10 kV變臺(tái)電容器組投切檢測負(fù)載裝置研究

吳晗序 ，段慧娟 ，伊文龍 ，牟 童 ，田博文，王飛鳴，王金輝，郎福成

（1.遼寧東科電力有限公司，沈陽 110006；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院 國網(wǎng)高電壓強(qiáng)電流實(shí)驗(yàn)室，沈陽 110006）

引言

10 kV柱上變壓器臺(tái)區(qū)一體化檢測關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用對(duì)提升配電臺(tái)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化水平，滿足配網(wǎng)裝備“成套化、一體化、智能化”的發(fā)展趨勢，提高配電網(wǎng)工程質(zhì)量，提升工作效率等具有非常重要的意義[1‐3]。10 kV變臺(tái)一體化檢測方面存在如下問題：①現(xiàn)行配電自動(dòng)化設(shè)備檢測方法的系統(tǒng)功能、性能及可靠性無法驗(yàn)證，配電自動(dòng)化建設(shè)中面臨的配電無功補(bǔ)償準(zhǔn)確性、一二次接口的兼容性和擴(kuò)展性、二次設(shè)備供電電源可靠性等問題，且無標(biāo)準(zhǔn)的檢測方法和檢測條件；②10 kV變臺(tái)一二次設(shè)備融合后，其一、二次設(shè)備間產(chǎn)生相互干擾，現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)誤操作、拒動(dòng)、數(shù)據(jù)失真等故障現(xiàn)象頻發(fā)，目前國內(nèi)暫無科學(xué)、有效的一二次融合配電變臺(tái)系統(tǒng)可靠性的評(píng)估方法和標(biāo)準(zhǔn)體系[4‐6]。

本試驗(yàn)研發(fā)10 kV變臺(tái)電容器組投切檢測負(fù)載裝置，建立設(shè)備可靠性評(píng)估體系和檢測環(huán)境，以提升配電設(shè)備運(yùn)行水平、運(yùn)維質(zhì)量與效率。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求

變壓器額定容量：200/400 kVA；變壓器額定電壓：10 kV/400 V；負(fù)載功率因數(shù)調(diào)節(jié)范圍：0.7～0.95；共補(bǔ)電容器組：（3*10+3*20）kvar（400 kVA）；（5+2*10+20）kvar；（200 kVA）；分布電容器組：（10+20）kvar（400 kVA）；（5+10）kvar；（200 kVA）。

設(shè)計(jì)變壓器低壓側(cè)負(fù)載電路，要求負(fù)載功率因數(shù)可調(diào)，負(fù)載電流不大于250 A，可通過調(diào)整線路功率因數(shù)檢測電容器組投切響應(yīng)時(shí)間及準(zhǔn)確率。按照GB/T 29312—2012的規(guī)定，檢測電容器投入響應(yīng)時(shí)間以及電壓、電流波形。

2 可調(diào)負(fù)載并聯(lián)電路設(shè)計(jì)

根據(jù)變壓器無功補(bǔ)償容量配置條件，分別設(shè)計(jì)共補(bǔ)5 kvar、10 kvar和20 kvar負(fù)載支路，通過投切不同容量的負(fù)載支路，分別檢測電容器投切響應(yīng)時(shí)間及涌流值。變壓器等效參數(shù)為L=0.05 mH，R=0.2 mΩ；R1=19 Ω。電容器組在電流過零時(shí)刻關(guān)合。

共補(bǔ)負(fù)載裝置為三相設(shè)備，額定電壓為400 V，每相設(shè)備共有7個(gè)并聯(lián)支路，1個(gè)電阻支路提供有功電流12 A；3個(gè)提供10 kar無功電流的電感、電阻串聯(lián)支路；3個(gè)提供20 kar無功電流的電感、電阻串聯(lián)支路；每個(gè)支路串有投切開關(guān)負(fù)責(zé)每個(gè)并聯(lián)支路的投入和切除。每個(gè)投切開關(guān)投入切除時(shí)間時(shí)序可控，時(shí)序控制精度≤1 ms。工作制：每次短路持續(xù)時(shí)間30 s，間隔3 min，連續(xù)工作100次。仿真計(jì)算主回路與支路開關(guān)關(guān)合操作涌流值與開斷操作過電壓值，仿真波形如圖1所示。

圖1 主回路電容器投切波形

分補(bǔ)負(fù)載回路電路中變壓器等效參數(shù)為L=0.05 mH，R=0.2 mΩ；R1=19 Ω。分補(bǔ)負(fù)載裝置為三相設(shè)備，額定電壓為400 V，每相設(shè)備共有兩個(gè)并聯(lián)支路，1個(gè)支路提供10 kar無功電流的電感、電阻串聯(lián)支路，每個(gè)支路電流為i=22∠-45°A；另一個(gè)支路提供20 kar無功電流的電感、電阻串聯(lián)支路，每個(gè)支路電流為i=44∠-45°A；每個(gè)支路串有投切開關(guān)負(fù)責(zé)每個(gè)并聯(lián)支路的投入和切除。每個(gè)投切開關(guān)投入切除時(shí)間時(shí)序可控，時(shí)序控制精度≤1 ms。工作制：每次短路持續(xù)時(shí)間30 s，間隔3 min,連續(xù)工作100次。仿真計(jì)算主回路與支路開關(guān)關(guān)合操作涌流值與開斷操作過電壓值，仿真波形如圖2所示。

圖2 主回路電容器投切波形

3 變壓器臺(tái)區(qū)無功補(bǔ)償裝置一體化檢測試驗(yàn)

以400 kVA容量變臺(tái)為例，在此檢測系統(tǒng)對(duì)變臺(tái)進(jìn)行檢測[7,8]。電容器組采用復(fù)合開關(guān)投切，實(shí)現(xiàn)無功需量自動(dòng)投切的智能控制。10 kV一體化柱上變壓器臺(tái)區(qū)無功補(bǔ)償裝置功能試驗(yàn)主要包括：電容器涌流試驗(yàn)、電容器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)、電容器投切試驗(yàn)。電容器組投切電流及電壓波形如圖3所示。

圖3 10 kV變壓器臺(tái)區(qū)無功補(bǔ)償動(dòng)態(tài)投切主回路三相電壓及電流波形

4 結(jié)論

經(jīng)過測試，這個(gè)試驗(yàn)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可以模擬10 kV配電網(wǎng)絡(luò)不同負(fù)載工況的性能，通過調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗值來改變線路功率因數(shù)，進(jìn)而檢測10 kV變壓器臺(tái)區(qū)中變壓器模塊、低壓傳感器模塊、無功補(bǔ)償模塊、智能控制單元等裝置的一體化協(xié)同工作性能。