CN111130081A - 一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统，包括：电容器、限流电抗器、电流互感器、断路器、旁路开关及测控单元，电流互感器的一次绕组连接断路器的一端，断路器的另一端分别连接限流电抗器的一端及旁路开关的一端，限流电抗器的另一端及旁路开关的另一端连接电容器；测控单元上设有电流继电器，电流继电器连接电流互感器的二次绕组，测控单元通过电流继电器的动作状态控制旁路开关的分闸与合闸，本发明还提出一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的方法，既能在电容器投入瞬间抑制涌流，提高供电质量，又能使电抗器在电容器投运后及时退出电路，降低电能损耗，且对时间响应速度的要求低。

Description

一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统及方法

技术领域

本发明涉及调节限流电抗器电能损耗的技术领域，更具体地，涉及一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统及方法。

背景技术

变电站安装10kV并联电容器后，可提高变电站线路的功率因数，补偿无功功率，同时还可以提高电压、降低线损、减少电费支出、节约能源、增加电网有功容量传输以及提高设备的使用效率。

参见图1，图1中DL表示用于控制电容器C投切的断路器，CT表示电流互感器，若电容器C未加装限流电抗器，则在电容器C未运行前，电容器极间电压为零，由电工理论可知，电容器C两端的电压不能发生突变，因此在电容器C回路的开关合闸送电后的瞬间，电容器C两极间的电圧仍为零，此时，所有的电压均施加于开关至电容器C前的回路之间，而由于回路电阻很小，电压将在回路产生一个较大的涌流，经过几百毫秒至几秒后，电容两端充电稳定，回路才能恢复至正常的额定电流，在电容两端充电稳定之前，较大的涌流持续较长的时间，将使开关保护跳闸，导致投运不成功。为抑制这种涌流，常规做法是在每组电容器C回路上串接限流电抗器，但限流电抗器在运行中存在两大问题：影响供电质量以及电能损耗大，而为了抑制合闸瞬间的涌流现象，提高供电质量，用户又不得不忍受巨大的电能损失以满足电力运行的要求。

现有加装限流电抗器快速旁路开关的方法主要应用于系统发生短路故障时的限流操作中，这种情况对快速旁路开关的动作要求高，需要通过熔断器和开关快速断开，否则无法起到限流作用，因此对响应速度要求较严格，而对常规电容器组限流来说，对时间响应速度要求并不苛刻，加装限流电抗器只在电容器投运瞬间起作用，其它时间造成的电能损耗副作用反而较大，因此常规电容器组限流更侧重于降低电能损耗，而现有加装限流电抗器快速旁路开关的方法对电容器组限流并不适用。

综上所述，在电容器组投运的时候，如何通过加装限流电抗器旁路开关降低系统电能损耗，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

当电容器组加装限流电抗器时，具有增大系统电能损耗的缺陷，而用户又不得不采用限流电抗器来抑制电容器合闸瞬间的涌流，另一方面，现有加装限流器旁路开关的方法需要熔断器和快速开关配合，对时间响应速度要求较高，为克服上述缺陷，本发明提出一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统及方法，既能在电容器投入瞬间抑制涌流，提高供电质量，又能使电抗器在电容器投运后及时退出电路，降低电能损耗，且对时间响应速度的要求低。

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统，包括：电容器C、限流电抗器、电流互感器、用于控制电容器C投切的断路器DL、旁路开关F及测控单元，所述电流互感器的一次绕组连接断路器DL的一端，断路器DL的另一端分别连接限流电抗器的一端及旁路开关F的一端，限流电抗器的另一端及旁路开关F的另一端连接电容器C；所述测控单元上设有电流继电器LJ，电流继电器LJ连接电流互感器的二次绕组，所述测控单元通过电流继电器LJ的动作状态控制旁路开关F的分闸与合闸。

在本申请中，测控单元为二次回路的设计，对电容器C所在的一次回路的工况进行监测、控制、测量和调节，利用测控单元中的电流继电器LJ串联接入系统的电流互感器的二次绕组中，对电容器C所在的一次回路工况，如电压电流及开关通断情况实现监测。

优选地，所述测控单元包括交流回路单元和直流回路单元，所述交流回路单元由电流继电器LJ与电流互感器的二次绕组串联组成；所述直流回路单元包括合闸回路及分闸回路，合闸回路与分闸回路并联，电流继电器LJ通过控制合闸回路的接通，从而控制旁路开关F的合闸，电流继电器LJ通过控制分闸回路的关断，从而控制旁路开关F的分闸。

优选地，所述合闸回路包括延时常开接点LJ1、第一辅助接点QF1及合闸线圈HC，延时常开接点LJ1、第一辅助接点QF1及合闸线圈HC依次串联；所述分闸回路包括常闭接点LJ2、第二辅助接点QF2及分闸线圈TC，常闭接点LJ2、第二辅助接点QF2及分闸线圈TC依次串联。

优选地，当断路器DL断开，电容器C未投运时，测控单元的电流继电器LJ不动作，分闸回路的常闭接点LJ2接通，第二辅助接点QF2闭合，分闸线圈TC通电动作，旁路开关F分闸，限流电抗器接入系统，断路器DL用于控制电容器C投切，断路器DL断开，电容器C未投运，限流电抗器接入系统，为电容器C的投运做准备，起到在电容器C投运前期抑制涌流的作用。

优选地，电容器C未投运时，测控单元监测到流过电流继电器LJ的电流幅值为零。测控单元监测电流可以通过现有比较成熟的操作进行，当电容器C未投运时，电容器C所在系统的电流为零，因此，测控单元监测到流过电流继电器LJ的电流幅值也为零。

优选地，待电容器C投运且系统电流稳定后，电流继电器LJ动作，合闸回路的延时常开接点LJ1经过t秒延时后接通，第一辅助接点QF1闭合，合闸线圈HC通电动作，旁路开关F合闸，限流电抗器退出系统。

在此，设定延时常开接点LJ1的延时时间t是为了匹配电容器C的充电完成，这样整个测控单元在监测到系统的电流稳定后，通过设定的延时时间t，自动接通延时常开接点LJ1，避免了人为控制旁路开关，又能保证在电容器C稳定投入运行后，限流电抗器的及时退出，降低因限流电抗器存在造成的巨大电能损耗。

优选地，系统电流稳定的标准为：测控单元在电容器C投运t1秒后，监测到流过电流继电器LJ的电流为额定电流I。

在此，设定的电容器C投运t1秒表示电容器C投入运行后，电容器C的整个充电过程的时间长短，当电容器C充电完成后，电容器回路的电流恢复正常，测控单元监测到的流过电流继电器LJ的电流为额定电流I。

优选地，合闸回路的延时常开接点LJ1的延时时间t大于t1，确保延时常开接点LJ1在延时时间t秒后接通时，电容器C投运t1秒也完成了充电，整个系统进入稳定状态。

优选地，所述第一辅助接点QF1在合闸线圈HC通电动作后，将自动断开，第二辅助接点QF2自动闭合；所述第二辅助接点QF2在分闸线圈TC通电动作后，将自动断开，第一辅助接点QF1自动接通，避免合闸线圈HC及分闸线圈TC长时间带电而烧坏的现象发生。

在此，第一辅助接点QF1和第二辅助接点QF2的接通与断开是与旁路开关F的分合闸状态是相关联的，即当分闸线圈TC通电动作后，旁路开关分闸时，第二辅助接点QF2自动断开，而第一辅助接点QF1自动接通，为下一步合闸做准备，当合闸线圈HC通电动作后，旁路开关F合闸时，第一辅助接点QF1自动断开，而第二辅助接点QF2自动接通，为下一步分闸做准备。

一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的方法，至少包括：

S1.将旁路开关F的b端连接限流电抗器的a端，将旁路开关F的d端连接限流电抗器的c端；

S2.将测控单元中的电流继电器LJ与电流互感器的二次绕组连接；

S3.判断电容器C是否投运，若是，执行步骤S4；否则，电流继电器LJ不动作，旁路开关F分闸，限流电抗器接入电路；

S4.判断系统电流是否稳定，若是，电流继电器LJ动作，旁路开关F合闸，限流电抗器退出电路；否则，电流继电器LJ不动作。

在此，测控单元中的电流继电器LJ与电流互感器的二次绕组连接后，测控单元可以通过监测流过电流继电器LJ的电流，从而监测到电流互感器的一次绕组即电容器C所在系统的电流，通过判断流过电流继电器LJ的电流幅值是否零，判断出电容器C是否投运；通过监测到流过电流继电器LJ的电流是否为额定电流，判断系统电流是否稳定。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提出一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统及方法，通过判断电容器是否投运以及系统电流是否稳定，根据测控单元中的电流继电器响应的动作状态，控制旁路开关F的分闸与合闸，从而控制限流电抗器的投入与退出：电容器未投运时，电流继电器不动作，旁路开关分闸，限流电抗器投入电路，为电容器投运做好准备，抑制电容器充电稳定前的涌流现象，提高供电质量；当电容器回路的电流稳定后，电流继电器动作，旁路开关合闸，限流电抗器退出电路，降低了系统的电能损耗，而且不需要熔断器和快速开关等高时间响应速度性能要求的器件配合，对时间响应速度的要求低。

附图说明

图1为本发明背景技术中提出的电容器投运的电路图。

图2为本发明实施例中提出的加装限流电抗器旁路开关的电路结构示意图。

图3为图2中结构测控单元M的电路结构图。

图4为本发明提出的加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的方法流程示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

本发明提出一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统，结构示意图如图2示，包括：电容器C、限流电抗器1、电流互感器2、用于控制电容器C投切的断路器DL、旁路开关F及测控单元3，电流互感器2的一次绕组21连接断路器DL的一端，断路器DL的另一端分别连接限流电抗器1的一端及旁路开关F的一端，限流电抗器1的另一端及旁路开关F的另一端连接电容器C；测控单元3上设有电流继电器LJ，电流继电器LJ连接电流互感器2的二次绕组22，测控单元3通过电流继电器LJ的动作状态控制旁路开关F的分闸与合闸。

具体实施时，测控单元3为二次回路的设计，对电容器C所在的一次回路的工况进行监测、控制、测量和调节，利用测控单元3中的电流继电器LJ串联接入系统的电流互感器2的二次绕组22中，对电容器C所在的一次回路工况，如电压电流及开关通断情况实现监测。

图2中的结构M表示测控单元3，具体的，测控单元3的电路结构图如图3所示，测控单元3包括交流回路单元31和直流回路单元32，交流回路单元31由电流继电器LJ与电流互感器2的二次绕组22串联组成；直流回路单元32包括合闸回路321及分闸回路322，合闸回路321与分闸回路322并联，电流继电器LJ通过控制合闸回路321的接通，从而控制旁路开关F的合闸，电流继电器LJ通过控制分闸回路322的关断，从而控制旁路开关F的分闸。

合闸回路321包括延时常开接点LJ1、第一辅助接点QF1及合闸线圈HC，延时常开接点LJ1、第一辅助接点QF1及合闸线圈HC依次串联；分闸回路322包括常闭接点LJ2、第二辅助接点QF2及分闸线圈TC，常闭接点LJ2、第二辅助接点QF2及分闸线圈TC依次串联。

结合图2及图3，在本实施例中，当断路器DL断开，电容器C未投运时，测控单元3的电流继电器LJ不动作，分闸回路的常闭接点LJ2接通，第二辅助接点QF2闭合，分闸线圈TC通电动作，旁路开关F分闸，限流电抗器接入系统，断路器DL用于控制电容器C投切，断路器DL断开，电容器C未投运，限流电抗器接入系统，为电容器C的投运做准备，起到在电容器C投运前期抑制涌流的作用。

电容器C未投运时，测控单元监测到流过电流继电器LJ的电流幅值为零。当电容器未投运时，电容器C所在系统的电流为零，因此，测控单元监测到流过电流继电器LJ的电流幅值也为零。

待电容器C投运且系统电流稳定后，电流继电器LJ动作，合闸回路的延时常开接点LJ1经过t秒延时后接通，第一辅助接点QF1闭合，合闸线圈HC通电动作，旁路开关F合闸，限流电抗器退出系统。

在此，设定延时常开接点LJ1的延时时间t是为了匹配电容器C的充电完成，这样整个测控单元在监测到系统的电流稳定后，通过设定的延时时间t，自动接通延时常开接点LJ1，避免了人为控制旁路开关，又能保证在电容器C稳定投入运行后，限流电抗器的及时退出，降低因限流电抗器存在造成的巨大电能损耗。

系统电流稳定的标准为：测控单元在电容器C投运t1秒后，监测到流过电流继电器LJ的电流为额定电流I。

在此，设定的电容器C投运t1秒表示电容器C投入运行后，电容器C的整个充电过程的时间长短，当电容器C充电完成后，电容器回路的电流恢复正常，测控单元监测到的流过电流继电器LJ的电流为额定电流I。

合闸回路的延时常开接点LJ1的延时时间t大于t1，确保延时常开接点LJ1在延时时间t秒后接通时，电容器C投运t1秒也完成了充电，整个系统进入稳定状态。在本实施例中，t1取2秒，因为一般电容在2秒内即可充电完成，在具体实施时，合闸回路321的延时常开接点LJ1的延时时间t取3s~5s之间的时间均可。第一辅助接点QF1在合闸线圈HC通电，旁路开关F动作后，将自动断开，第二辅助接点QF2自动闭合；第二辅助接点QF2在分闸线圈TC通电，旁路开关F动作后，将自动断开，第一辅助接点QF1自动接通，避免合闸线圈HC及分闸线圈TC长时间带电而烧坏的现象发生。第一辅助接点QF1和第二辅助接点QF2的接通与断开是与旁路开关F的分合闸状态是相关联的，即当分闸线圈TC通电动作后，旁路开关分闸时，第二辅助接点QF2自动断开，而第一辅助接点QF1自动接通，为下一步合闸做准备，当合闸线圈HC通电动作后，旁路开关F合闸时，第一辅助接点QF1自动断开，而第二辅助接点QF2自动接通，为下一步分闸做准备。

本发明还提出一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的方法，方法流程示意图如图4所示，结合图2所示的加装限流电抗器旁路开关的电路结构示意图，步骤如下：

S1.将旁路开关F的b端连接限流电抗器1的a端，将旁路开关F的d端连接限流电抗器1的c端；

S2.将测控单元3中的电流继电器LJ与电流互感器2的A、B相的二次绕组22连接；

S3.判断电容器C是否投运，若是，执行步骤S4；否则，电流继电器LJ不动作，旁路开关F分闸，限流电抗器1接入电路；

S4.判断系统电流是否稳定，若是，电流继电器LJ动作，旁路开关F合闸，限流电抗器1退出电路；否则，电流继电器LJ不动作。

测控单元3的电流继电器LJ与电流互感器2的二次绕组连接后，测控单元3可以通过监测流过电流继电器LJ的电流，从而监测到电流互感器2的一次绕组21即电容器C所在系统的电流，通过判断流过电流继电器LJ的电流幅值是否零，判断出电容器C是否投运；通过监测到流过电流继电器LJ的电流是否为额定电流，判断系统电流是否稳定。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统，其特征在于，包括：电容器C、限流电抗器、电流互感器、用于控制电容器C投切的断路器DL、旁路开关F及测控单元，所述电流互感器的一次绕组连接断路器DL的一端，断路器DL的另一端分别连接限流电抗器的一端及旁路开关F的一端，限流电抗器的另一端及旁路开关F的另一端连接电容器C；所述测控单元上设有电流继电器LJ，电流继电器LJ连接电流互感器的二次绕组，所述测控单元通过电流继电器LJ的动作状态控制旁路开关F的分闸与合闸。

2.根据权利要求1所述的加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统，其特征在于，所述测控单元包括交流回路单元和直流回路单元，所述交流回路单元由电流继电器LJ与电流互感器的二次绕组串联组成；所述直流回路单元包括合闸回路及分闸回路，合闸回路与分闸回路并联，电流继电器LJ通过控制合闸回路的接通，从而控制旁路开关F的合闸，电流继电器LJ通过控制分闸回路的关断，从而控制旁路开关F的分闸。

3.根据权利要求2所述的加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统，其特征在于，所述合闸回路包括延时常开接点LJ1、第一辅助接点QF1及合闸线圈HC，延时常开接点LJ1、第一辅助接点QF1及合闸线圈HC依次串联；所述分闸回路包括常闭接点LJ2、第二辅助接点QF2及分闸线圈TC，常闭接点LJ2、第二辅助接点QF2及分闸线圈TC依次串联。

4.根据权利要求3所述的加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统，其特征在于，当断路器DL断开，电容器C未投运时，测控单元的电流继电器LJ不动作，分闸回路的常闭接点LJ2接通，第二辅助接点QF2闭合，分闸线圈TC通电动作，旁路开关F分闸，限流电抗器接入系统。

5.根据权利要求4所述的加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统，其特征在于，电容器C未投运时，测控单元监测到流过电流继电器LJ的电流幅值为零。

6.根据权利要求5所述的加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统，其特征在于，待电容器C投运且系统电流稳定后，电流继电器LJ动作，合闸回路的延时常开接点LJ1经过t秒延时后接通，第一辅助接点QF1闭合，合闸线圈HC通电动作，旁路开关F合闸，限流电抗器退出系统。

7.根据权利要求6所述的加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统，其特征在于，系统电流稳定的标准为：测控单元在电容器C投运t1秒后，监测到流过电流继电器LJ的电流为额定电流I。

8.根据权利要求7所述的加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统，其特征在于，合闸回路的延时常开接点LJ1的延时时间t大于t1。

9.根据权利要求8所述的加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的系统，其特征在于，所述第一辅助接点QF1在合闸线圈HC通电，旁路开关F动作后自动断开，第二辅助接点QF2自动闭合；所述第二辅助接点QF2在分闸线圈TC通电，旁路开关F动作后自动断开，第一辅助接点QF1自动接通。

10.一种加装限流电抗器旁路开关降低电能损耗的方法，所述方法的实现基于权利要求1-9任意一项所述的系统，其特征在于，至少包括：

S1.将旁路开关F的b端连接限流电抗器的a端，将旁路开关F的d端连接限流电抗器的c端；

S2.将测控单元中的电流继电器LJ与电流互感器的二次绕组连接；

S3.判断电容器C是否投运，若是，执行步骤S4；否则，电流继电器LJ不动作，旁路开关F分闸，限流电抗器接入电路；

S4.判断系统电流是否稳定，若是，电流继电器LJ动作，旁路开关F合闸，限流电抗器退出电路；否则，电流继电器LJ不动作。

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