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众所周知,高压并联电容器组是电力系统中应用最广泛的无功补偿设备,目前大多数均采用机械开关投切的方式进行分组调节。但并联电容器组在进行投切操作时,会带来合闸冲击涌流,真空断路器重击穿问题,以及分、合闸过电压问题。
这些问题严重影响电容器组及真空短路内部绝缘性能,严重时甚至将直接造成电容器组爆炸及断路器损毁(图1-1)。如图1-2所示,为并联电容器组典型合闸高频涌流波形图,这个涌流的幅值相当于电容器组正常运行时的几倍甚至几十倍,且频率很高,可达到几百Hz到几千Hz。
国标设计规范
因此在国标GB50227-2017《并联电容器装置设计规范》中有规定:“对于35kV及以上并联电容器装置,宜选用SF6断路器或负荷开关,且应具备频繁操作的性能、应能承受电容器组的关合涌流和工频短路电流,以及电容器高频涌流的联合作用。
四代无功补偿技术—高压SVG
随着新型电力系统的快速发展及电力电子技术的持续进步,促进了无功补偿技术的迭代发展。第四代基于绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)的无功补偿装置应运而生。它就是高压SVG,又称为静止无功发生器。因其容性和感性无功补偿调节灵活、并网无冲击、抗谐波能力强、运维智能化等优势已逐渐在各行业得到了广泛的应用。
软启动+控制设计,高压SVG投切无冲击
高压SVG装置由启动装置、功率阀组、水冷系统及控保系统组成。启动装置包含旁路开关、充电电阻及连接电抗器,如图2-1所示。
高压SVG分合闸工作原理
合闸:SVG换流阀采用自励启动的方式,启动回路中的充电电阻及连接电抗器可防止SVG接入系统瞬间产生较大的充电冲击电流。断路器合闸时,启动回路中的旁路开关分开,SVG换流阀通过启动电阻和连接电抗器接入电力系统中,对阀单元直流侧的直流电容进行充电。启动电阻有效地限制了断路器合闸时的冲击电流,其冲击电流非常地小,如图 2-2 所示,以35kV 60Mvar高压SVG合闸启动过程为例,其启动电流最大仅十几安培。
分闸:当SVG换流阀闭锁或者发生故障时,SVG发出启动回路中旁路开关的分闸信号,将旁路开关断开,使得主回路中串入启动电阻和电抗器,增加对电流暂态变化的阻尼。然后SVG发出断路器的跳闸信号,此时SVG回路电流实际上已很小,且由于二极管单向导通作用,不会造成类似切除电容器组时出现的高恢复电压导致开关重击穿。
综上所述,高压SVG在合闸、分闸时电流很小,投切开关采用真空断路器即可满足SVG的使用要求,正常运行时无需频繁投切开关,在满足电网安全稳定性的同时,可大幅降低了设备投资成本。
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