電氣百科:靜止無功補(bǔ)償器在電力系統(tǒng)中的作用，金屬封閉高壓開關(guān)柜的智能技術(shù)，無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行中易出現(xiàn)的問題及對策

電氣百科:靜止無功補(bǔ)償器在電力系統(tǒng)中的作用

靜止無功補(bǔ)償器(SVC)是一種產(chǎn)生或吸收無功功率的并聯(lián)靜態(tài)元件。其輸出被控制改變以維持或控制由電力系統(tǒng)指定的參數(shù)。靜態(tài)無功補(bǔ)償器包括發(fā)電機(jī)和吸收器，以及相應(yīng)的控制器，其可以向電力系統(tǒng)提供電容或電感電流，如圖1所示。靜止無功系統(tǒng)(SVS)是靜止無功補(bǔ)償器和機(jī)械無功補(bǔ)償器的組合。無功補(bǔ)償系統(tǒng)(VCS，無功補(bǔ)償器系統(tǒng))是指靜止無功補(bǔ)償器和旋轉(zhuǎn)無功補(bǔ)償器的組合。

SVC的典型電壓和電流特性如圖2所示。在其容量范圍內(nèi)，靜止無功補(bǔ)償器吸收或產(chǎn)生無功功率以保持恒定電壓。如圖2 (b)和2 (c)所示，該特性相當(dāng)于理想電壓源Uref在連接點(diǎn)處與系統(tǒng)電壓u同相，或者壓控電容器在同一連接點(diǎn)處。這樣，靜止無功補(bǔ)償器就像一個(gè)同步電容器，但它沒有慣性，其響應(yīng)速度比電容器快得多。

2〓靜止無功補(bǔ)償器在電力系統(tǒng)中的作用

2.1〓電壓控制如果電力系統(tǒng)的短路容量水平低或線路長，電壓將受到負(fù)載變化的嚴(yán)重影響。在重負(fù)載下，電壓會(huì)大幅下降，甚至系統(tǒng)崩潰。如果電壓降導(dǎo)致欠壓保護(hù)動(dòng)作，許多負(fù)載將被切斷。然而，當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，系統(tǒng)電容會(huì)過度補(bǔ)償，同步發(fā)電機(jī)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)過度激勵(lì)，導(dǎo)致變壓器飽和，從而產(chǎn)生過多的諧波。如果可能，電容器組、傳輸線等將發(fā)生鐵磁諧振。，這可能導(dǎo)致避雷器動(dòng)作和損壞、電容器和電動(dòng)機(jī)因諧波而過熱，以及用戶設(shè)備損壞。如果系統(tǒng)上安裝了靜止無功補(bǔ)償器，負(fù)載電壓將保持在額定容量范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)限值內(nèi)。如果SVC的容量是無限的，總線電壓在任何負(fù)載下都會(huì)保持恒定，如圖3所示。■2.2〔不對稱負(fù)載平衡或單相負(fù)載會(huì)使電壓不對稱，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備過載和旋轉(zhuǎn)機(jī)器的額外損失。采用合適的靜止無功補(bǔ)償器，可以達(dá)到以下目的:(1)負(fù)載和電壓平衡；(2)正功率因數(shù)。對于電弧爐、電氣化鐵路等不斷變化的負(fù)荷，采用各相獨(dú)立調(diào)節(jié)的靜止無功補(bǔ)償器可以解決不對稱負(fù)荷平衡問題。假設(shè)在某一時(shí)刻，負(fù)載的導(dǎo)納(Gab+jBab)、(Gbc+jBbc)、(Gca+jBca)基于復(fù)功率關(guān)系p-jQ=U2(G+jB)。因此，為了實(shí)現(xiàn)平衡，各相所需的無功并聯(lián)導(dǎo)納由以下公式確定:B■■=-B ■+(g ■- g■)/■(1)B■=-B ■+(g ■- g■)/■(2)B■=-B ■+(g ■- g■)/■(3)，其中:-B■■■■■■■、-B■■-- B■■為負(fù)載提供無功補(bǔ)償。而(G■-G■)/■，(G■-G■)/■，(G■-G■)/■項(xiàng)提供了相間有功負(fù)荷的平衡。最后，計(jì)算的相間負(fù)載等于:G=(G■+G■+G■)/■(4)。例如，如果在a相和B相之間存在單相有功負(fù)載，即Gab≠0，Gbc=Gca=0，Bab=Bbc=Bca=0，根據(jù)等式(1)、(2)和(3)，可以得到:B■■=0B■■=-B■■=G■■/■也就是說，為了平衡三相的單相負(fù)載，需要在B相和c相之間添加電容器，并且需要在a相和c相之間添加電抗器。2.3〕由于系統(tǒng)故障、負(fù)荷突然下降等，增加系統(tǒng)阻尼對電力系統(tǒng)造成的大擾動(dòng)相對較少。而由正常負(fù)荷變化和運(yùn)行引起的小擾動(dòng)更為頻繁。這種干擾引起電機(jī)的機(jī)械振蕩，通常由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼電路和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器以及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)來阻尼。這種振蕩的阻尼取決于電力傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制、發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)負(fù)載特性。然而，如果阻尼太小，將導(dǎo)致電壓和功率的連續(xù)擺動(dòng)，甚至失去發(fā)電機(jī)之間的同步。如果在系統(tǒng)中安裝一個(gè)連續(xù)可控的快速響應(yīng)靜止無功補(bǔ)償器，在靜止無功補(bǔ)償器中引入適當(dāng)?shù)碾姎鈪?shù)，可以改變阻尼特性，增加系統(tǒng)阻尼，保持系統(tǒng)穩(wěn)定性。2.4〔增加輸電能力〕電力系統(tǒng)的輸電能力一般受系統(tǒng)間運(yùn)行電壓和轉(zhuǎn)移電抗的限制。對于單機(jī)無窮大系統(tǒng)模型，功率表示為:■=sinδ(5) Pm=■(6)，其中P是傳輸?shù)挠泄β?；預(yù)防性維護(hù)——傳輸?shù)淖畲笥泄β剩沪?前端和尾端電機(jī)內(nèi)部電壓之間的角度；e-首端電壓和尾端電壓的幅度；x-等效互連電抗，包括發(fā)電機(jī)和變壓器的漏抗以及輸電線路的電抗。當(dāng)δ = 90時(shí)，最大有功功率Pm達(dá)到最大值，即pm = p。如果輸電線路上安裝了SVC，由于SVC在連接節(jié)點(diǎn)支持電壓的能力，輸電容量將會(huì)增加。當(dāng)特定容量的SVC應(yīng)用于互連電抗的中點(diǎn)時(shí)，傳輸容量將為:■=2sin■(7)，這意味著理論上穩(wěn)態(tài)極限現(xiàn)在將達(dá)到180，即最大傳輸功率將加倍。

3“工程應(yīng)用

2004年11月，中國電力科學(xué)研究院研制的靜止無功補(bǔ)償器在鞍山弘毅變電站投入運(yùn)行。該項(xiàng)目是“十五”期間國家重大技術(shù)裝備開發(fā)項(xiàng)目，也是我國自主開發(fā)的靜止無功補(bǔ)償器首次應(yīng)用于電網(wǎng)。鞍山弘毅已成為東北電網(wǎng)11+的樞紐，原有額定容量為60兆瓦的攝像機(jī)由于設(shè)備陳舊，只能產(chǎn)生20兆瓦的無功功率，動(dòng)態(tài)無功功率支持能力低，系統(tǒng)電壓水平低，網(wǎng)損大。弘毅變壓器二次66kV系統(tǒng)的鞍形負(fù)荷和鞍山主負(fù)荷都是沖擊負(fù)荷，影響系統(tǒng)電壓，使11+主變壓器過載。本項(xiàng)目采用具有快速調(diào)節(jié)能力的靜止無功補(bǔ)償器SVC代替原調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)無功調(diào)節(jié)，穩(wěn)定了電網(wǎng)電壓，抑制了沖擊負(fù)荷和諧波對電網(wǎng)的影響。整套無功補(bǔ)償裝置和所有濾波支路直接接入33kV母線，無功補(bǔ)償容量為80MVA，安徽總?cè)萘繛?2Mvar。濾波器有6個(gè)分支，包括2個(gè)3階、2個(gè)5階和2個(gè)7階單調(diào)諧濾波器。項(xiàng)目投產(chǎn)后，每年減少網(wǎng)絡(luò)損耗18000兆瓦，節(jié)約設(shè)備維護(hù)費(fèi)用720萬元和100萬元。表1為66kV母線上靜止無功補(bǔ)償器投入運(yùn)行前后相關(guān)電氣參數(shù)的測量結(jié)果對比。表1 SVC調(diào)試前后結(jié)果對比■從表1可以看出，SVC調(diào)試后，系統(tǒng)母線電壓大幅提高，三相電壓更加穩(wěn)定，功率因數(shù)也有所提高。

結(jié)論

靜止無功補(bǔ)償器(SVC)連接到電網(wǎng)時(shí)可以執(zhí)行不同的功能。SVC提供的經(jīng)濟(jì)、快速、連續(xù)的無功控制比傳統(tǒng)的系統(tǒng)方法更有效。它可以維持系統(tǒng)電壓，平衡三相負(fù)載，增加現(xiàn)有輸電系統(tǒng)的輸電容量，提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定極限。此外，靜止無功補(bǔ)償器還起到抑制次同步諧振和降低暫態(tài)過電壓的作用。

電工百科:金屬封閉高壓智能技術(shù)開關(guān)柜

【摘要】介紹了中壓開關(guān)柜智能的相關(guān)技術(shù)。首先，以微處理器為核心的智能測控保護(hù)裝置，充分利用數(shù)字技術(shù)和軟件技術(shù)，能夠在相同的硬件環(huán)境下實(shí)現(xiàn)基本保護(hù)功能、控制功能、電量測量功能和通信功能。二是在線監(jiān)測技術(shù)，可以在線監(jiān)測柜內(nèi)母線接頭和斷路器的機(jī)械特性。第三，特別介紹了內(nèi)部開關(guān)柜的故障電弧和保護(hù)裝置。它用于重要場合的金屬封閉高壓開關(guān)柜中。

【關(guān)鍵詞】中壓開關(guān)柜智能監(jiān)控保護(hù)在線監(jiān)控維護(hù)機(jī)械故障異常溫升故障電弧保護(hù)裝置按狀態(tài)。

1概述

配電改造網(wǎng)自動(dòng)化是未來的發(fā)展方向。為了對變配電網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控和管理、運(yùn)行計(jì)劃模擬和優(yōu)化、運(yùn)行分析和管理、用戶負(fù)荷監(jiān)控和故障報(bào)警，變配電網(wǎng)主站需要獲取現(xiàn)場一次設(shè)備(中壓成套開關(guān)設(shè)備、斷路器、變壓器等)的信息。)，還需要一次設(shè)備不僅執(zhí)行遠(yuǎn)程主站的命令，還要完成現(xiàn)場的合閘和分閘命令，因此需要中壓開關(guān)柜(即一次系統(tǒng))來提高智能。

此外，計(jì)算機(jī)技術(shù)和電磁兼容性(即抗強(qiáng)電磁干擾能力)的提高，信息傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、通信和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，也推動(dòng)了成套中壓開關(guān)柜的智能化進(jìn)程。

智能中壓開關(guān)柜主要由硬件和軟件組成:(1)運(yùn)行可控的高可靠性開關(guān)柜；(2)測控保護(hù)裝置具有保護(hù)、測量、監(jiān)控、控制和通訊等功能。(3)在線檢測裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)控SF6斷路器、油斷路器等電氣設(shè)備和環(huán)境。(4)先進(jìn)的傳感器可以實(shí)現(xiàn)各種信號的可靠轉(zhuǎn)換；(5)緊湊型和小型化結(jié)構(gòu)，中壓開關(guān)柜。

2智能測控保護(hù)裝置

2.1智能測控保護(hù)裝置的功能

智能測控裝置的核心部件是微處理器。該裝置充分利用數(shù)字技術(shù)和軟件技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測、控制、測量和通信于一體。在相同的硬件環(huán)境下，可以實(shí)現(xiàn)多種功能。

(1)基本保護(hù)功能:定向或非定向過流和接地故障保護(hù)；低周減載保護(hù)；自動(dòng)重合閘功能(后加速)；零序電壓、過壓和欠壓保護(hù)；斷路器故障保護(hù)。電流速斷、限速斷和反向時(shí)限過流保護(hù)。

(2)控制功能:保護(hù)跳閘、關(guān)閉、遠(yuǎn)程和本地控制、各種信號控制和控制對象顯示等。

(3)電量測量功能:可測量相電流、相間和相對地電壓、零序電壓和電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)和電能。

(4)通信功能:可完成與PC機(jī)的本地通信或通過變電站通信系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信。該設(shè)備一般支持modbus協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議IEC 870-5-101 (103)、DNP3.0、TCP/IP等。串行標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS485、工業(yè)現(xiàn)場總線CANBUS、Lonworks等。以太網(wǎng)接口；支持多種通信介質(zhì)，如雙絞線、光纖和無線。

(5)監(jiān)控功能:斷路器狀態(tài)監(jiān)控、跳閘和閉合回路監(jiān)控以及機(jī)器運(yùn)行的自檢。

故障記錄和記錄功能:可記錄故障類型、發(fā)生時(shí)間和故障量的最大/最小值，也可記錄故障波形。

2.2由智能測控保護(hù)裝置組成的二次接線

當(dāng)在開關(guān)柜上安裝具有測量、控制、保護(hù)和通信功能的智能測控保護(hù)裝置時(shí)，二次接線非常簡單，智能測控保護(hù)裝置與外部單元之間的接線如圖1所示。用戶只需將電壓和電流信號、斷路器狀態(tài)位置信號和出口控制信號與開關(guān)柜內(nèi)相應(yīng)一次元件的端子連接。

智能測控保護(hù)裝置通過采集電壓、電流信號、斷路器狀態(tài)信號等輸入開關(guān)量信號和接地故障狀態(tài)，獨(dú)立完成數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制和故障記錄顯示功能，并通過通信接口完成信息上傳。因此，與傳統(tǒng)的二次技術(shù)相比，智能測控保護(hù)裝置不僅功能更多、精度更高，而且二次接線更簡單。

3在線監(jiān)控裝置

3.1按狀態(tài)劃分的維護(hù)技術(shù)

由于高壓電氣設(shè)備在電網(wǎng)中的重要性，一旦發(fā)生事故，將會(huì)造成局部或大面積停電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此，在運(yùn)行一段時(shí)間后或運(yùn)行期間，必須對這些設(shè)備進(jìn)行必要的檢查和維護(hù)。迄今為止，電力部門一直采用傳統(tǒng)的維護(hù)方法:即定期維護(hù)技術(shù)。所謂定期維護(hù)是指在一段特定的時(shí)間(如5年)后，對設(shè)備進(jìn)行特定的項(xiàng)目維護(hù)。這些項(xiàng)目是設(shè)備檢查、零件更換、拆卸檢查等。應(yīng)該說，這種定期維護(hù)技術(shù)在減少和防止設(shè)備故障的發(fā)生方面起到了很好的作用，但是這種定期維護(hù)方法存在很多缺陷。例如，在設(shè)備拆卸和檢查期間，需要拆卸斷路器和電氣設(shè)備的零件。不僅在運(yùn)行期間需要斷電，而且根據(jù)項(xiàng)目的不同，還需要相當(dāng)多的費(fèi)用。此外，設(shè)備狀態(tài)(如溫度、工作電壓等)之間的不一致性。)和設(shè)備斷電后的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)影響一些數(shù)據(jù)的判斷。

另一方面，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)、光學(xué)傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號處理技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的定期維護(hù)技術(shù)已經(jīng)過渡到預(yù)測性維護(hù)，即基于狀態(tài)的維護(hù)。

與傳統(tǒng)的定期維護(hù)技術(shù)相比，基于狀態(tài)的維護(hù)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)狀態(tài)維修技術(shù)的基本點(diǎn)是在運(yùn)行狀態(tài)下對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和判斷，避免了定期維修帶來的浪費(fèi)和其他缺點(diǎn)；

(2)狀態(tài)檢修技術(shù)以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，采用自動(dòng)化管理技術(shù)，合理延長設(shè)備使用壽命，降低設(shè)備運(yùn)行總成本。

圖2是加拿大溫尼伯馬尼托巴省附近的多爾西測試站中的高壓SF6斷路器的在線檢測系統(tǒng)。在試驗(yàn)斷路器上安裝各種類型的傳感器，實(shí)現(xiàn)電能、機(jī)械和SF6氣體的在線監(jiān)測，取得了許多有價(jià)值的成果。3.2在線監(jiān)控項(xiàng)目

(1)斷路器機(jī)械和電氣性能監(jiān)控。如閉合和打開線圈電流、操作機(jī)構(gòu)特性、接觸行程和速度、振動(dòng)信號監(jiān)控。

(2)中壓開關(guān)柜的內(nèi)部母線連接處的溫升檢測。

3.3斷路器機(jī)械故障的監(jiān)控

3.3.1斷路器閉合和斷開線圈電流監(jiān)控

如果高壓斷路器的操作機(jī)構(gòu)是電磁操作機(jī)構(gòu)，其閉合和斷開線圈通常由DC電源供電，如圖3所示。經(jīng)驗(yàn)表明，閉合和打開線圈的電流可用作診斷機(jī)械故障的信息，閉合和打開線圈的電流信號可由補(bǔ)償霍爾電流傳感器給出，閉合和打開線圈的電流信號也顯示在圖3中。

在圖中，開始時(shí)間是關(guān)閉和打開過程的開始時(shí)間。t1是線圈中的電流和磁通量上升到足以驅(qū)動(dòng)鐵芯移動(dòng)的點(diǎn)的時(shí)間，即鐵芯開始移動(dòng)的時(shí)間。T2是鐵芯接觸(啟動(dòng))操作機(jī)構(gòu)時(shí)的負(fù)載，也是開關(guān)觸點(diǎn)開始移動(dòng)的時(shí)刻。T3是開關(guān)的輔助觸點(diǎn)切斷電源的時(shí)間，即電磁線圈電路被切斷的時(shí)間?？梢酝ㄟ^比較電流波形的變化或差異來診斷操作機(jī)構(gòu)的故障程度。3.3.2行程和速度的監(jiān)控

斷路器觸頭的分?jǐn)嗨俣葘缁⌒阅苡泻艽笥绊憽＿m當(dāng)提高開斷速度對降低電弧能量和零件燒損有很大影響。然而，開斷速度的過度增加并不一定會(huì)改善滅弧性能，而是會(huì)增加操作機(jī)構(gòu)的負(fù)擔(dān)。同樣，斷路器觸頭的閉合速度對滅弧性能有很大影響。因此，測量斷路器觸頭的行程和速度特性并對其進(jìn)行在線監(jiān)測是非常重要的。為了完成正確的測量，必須選擇合適的位移傳感器。

可以選擇旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼傳感器。增量旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼傳感器可用于測量旋轉(zhuǎn)角度和方向。通常，旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼傳感器安裝在斷路器操作機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸上。該傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。

增量旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼通常有三個(gè)編碼軌道(軌道A、軌道B和軌道Z)。軌道A和軌道B之間的差異是90度?？梢愿鶕?jù)測量分辨率選擇每周的代碼軌道數(shù)。軌道Z每周一個(gè)軌道用于確定旋轉(zhuǎn)次數(shù)。當(dāng)重要官員旋轉(zhuǎn)時(shí)，編碼器輸出通道A和通道B之間相差90度的正交脈沖，并將正交脈沖輸入信號處理電路。旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向可以從通道A和通道B的信號的相對位置來確定。如果通道A在通道B之前，它是正旋轉(zhuǎn)，而通道B在通道A之前，它是反轉(zhuǎn)。然后通過加減計(jì)數(shù)器對通道A和通道B信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到旋轉(zhuǎn)角度的大小和方向，從而可以測量斷路器運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)和回彈，并計(jì)算出動(dòng)觸頭的行程；開合的同步性；平均速度；超程。劃分后10毫秒內(nèi)或關(guān)閉前10毫秒內(nèi)的速度(主要是平均速度和最大速度)等。

3.4在線檢測中壓開關(guān)柜母線連接處的溫升

3.4.1母線連接處異常溫升的原因

溫度是一個(gè)基本的物理量，許多設(shè)備故障都是由異常的溫升引起的。正常運(yùn)行時(shí)，高壓電器導(dǎo)電回路的長期工作電流產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致電器材料溫度上升，一般不超過規(guī)定范圍；然而，如果導(dǎo)電回路的接觸不可靠，電氣材料的溫度將升高超過規(guī)定的范圍，并且電氣材料的機(jī)械強(qiáng)度和物理性能將下降。因此，國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 3906-91 3~35kV高級金屬封閉開關(guān)設(shè)備》和《GB/T 11021999高壓開關(guān)設(shè)備及控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)通用技術(shù)要求》規(guī)定了不同電氣材料的允許長期工作溫度。

兩條總線的連接點(diǎn)處有一個(gè)接觸電阻。當(dāng)電流流動(dòng)時(shí)，接觸電阻的存在將在結(jié)處產(chǎn)生熱量。如果結(jié)處的溫度超過規(guī)定值，將增加結(jié)處的氧化，氧化結(jié)果將導(dǎo)致接觸電阻增加，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)熱和溫度增加，導(dǎo)致故障。因此，國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 3906-91》和《GB/T 11021999》規(guī)定，必須對額定電壓3kV及以上、頻率50Hz的電器進(jìn)行溫升試驗(yàn)，如斷路器、隔離開關(guān)、封閉式組合電器、金屬封閉式開關(guān)設(shè)備、負(fù)荷開關(guān)等產(chǎn)品，以保證設(shè)備長時(shí)間超過額定工作電流時(shí)，電氣連接部位的溫度不超過標(biāo)準(zhǔn)允許值。

3.4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控嵌入應(yīng)時(shí)溫度傳感器的母線溫升位置的溫升

應(yīng)時(shí)溫度傳感器是天然的應(yīng)時(shí)晶體。在特定方向切割后，可以發(fā)現(xiàn)振蕩頻率與溫度有一定的關(guān)系。特殊的切割可以加強(qiáng)這種變化，所以F-T特性可以用于溫度測量。

應(yīng)時(shí)晶體有三個(gè)晶軸:X、Y和Z。如果切片平面用X和Y表示，則X軸和Z軸的夾角為φ，Y軸和X軸的夾角為φ，則得到以下結(jié)果:

f1 = f01+A(t-t0)+B(t-t0)2+C(t-t0)3

在公式中，A、B和C分別是與切削角有關(guān)的常數(shù)，與φ和φ有關(guān)。F0是t0溫度下的振蕩頻率。如果滿足φ = 9.4，φ = 11.6，則在-80~250℃范圍內(nèi)，a = 35×10-6/度，b = c = 0。

所以上面的公式變成:f1=f01+A(t-t0)，f1與t成正比

當(dāng)T0 = 0°C，f0 = 28.2MHz兆赫，代入A值，頻率靈敏度為987.3赫/℃，即溫度變化1℃，頻率變化接近1000赫，分辨率為0.001℃，應(yīng)時(shí)晶體溫度傳感器在-80～250℃范圍內(nèi)的基本誤差在±0.04～0.075℃范圍內(nèi)，穩(wěn)定性約為±0.007℃/月，具有相當(dāng)優(yōu)越的精度和穩(wěn)定比。由于測量值是頻率，所以很容易與計(jì)算機(jī)配合。

ABB開發(fā)的在線溫升檢測裝置如圖5所示。其特點(diǎn)如下:

(1)當(dāng)總線通過電流時(shí)，其交變電磁場提供溫度傳感器探頭所需的工作功率。當(dāng)需要40A(50Hz)的電流通過總線時(shí)，傳感探頭可以正常工作，而不會(huì)由于短路故障而損壞傳感器。

(2)由于測量點(diǎn)處存在強(qiáng)電磁場，且處于高電位，因此采用紅外調(diào)制發(fā)射技術(shù)。紅外發(fā)光二極管將高電位溫度值(脈沖值)發(fā)送到低電位的紅外接收器。幾個(gè)傳感器的測量值可以發(fā)送到同一個(gè)接收器。

(3)溫度傳感單元由應(yīng)時(shí)晶體、輔助電源和信號輸出回路組成。可以方便地安裝在母線接頭處。應(yīng)時(shí)晶體溫度傳感器具有體積小、精度高、耐老化性能好的特點(diǎn)。

在ABB于1992年5月提供的新的溫度監(jiān)控系統(tǒng)中，這個(gè)極小的溫度傳感單元安裝在一側(cè)的中壓開關(guān)柜12觸點(diǎn)(總線觸點(diǎn))的暴露部分，其中三個(gè)傳感單元安裝在總線連接處，三個(gè)安裝在斷路器上端的連接線處，另外三個(gè)安裝在電纜終端處。通常，只使用九個(gè)傳感器，因?yàn)閿嗦菲飨露说慕泳€靠近電纜終端。

4故障電弧保護(hù)裝置

4.1內(nèi)部故障電弧

金屬封閉高電壓開關(guān)柜時(shí)，由于一些意外因素如小動(dòng)物、過電壓、濕度、內(nèi)部電弧等，當(dāng)然也有誤入帶電區(qū)間、隔離開關(guān)誤操作等原因使內(nèi)部電弧升高。溫度約為15000-20000℃的電弧將直接加熱周圍的絕緣氣體，熱能將通過對流和傳導(dǎo)迅速傳遞，導(dǎo)致開關(guān)柜室過壓。當(dāng)壓力超過允許的壓力極限時(shí)，熱氣會(huì)沖出封閉柜體的泄壓裝置，熱氣和瞬時(shí)壓力波會(huì)對配電室的工作人員造成傷害(如呼吸系統(tǒng))；它還可能損壞電氣設(shè)備和建筑物。

故障電弧的損壞程度取決于電弧電流的大小和切割時(shí)間。例如，在1985年，當(dāng)天津變電站接通并送電時(shí)，發(fā)生了開關(guān)柜電弧故障，最終燒毀開關(guān)柜8臺機(jī)組。2004年4月，某公司配電系統(tǒng)35kV拆甲式開關(guān)柜發(fā)生電弧爆炸，導(dǎo)致開關(guān)柜電纜室爆炸變形，其后門、側(cè)板和側(cè)加強(qiáng)筋爆炸變形，配電室木門被沖擊波打開，玻璃窗戶爆炸。

因此，對于重要場合使用的金屬外殼開關(guān)柜時(shí)，應(yīng)進(jìn)行內(nèi)部故障電弧試驗(yàn)和故障電弧保護(hù)裝置。故障電弧試驗(yàn)規(guī)定可參見GB 3906-2005和國際電工委員會(huì)6227200標(biāo)準(zhǔn)。

4.2故障電弧保護(hù)裝置

ABB公司開發(fā)的故障電弧保護(hù)裝置已應(yīng)用于AX1 開關(guān)柜；德國默勒公司已經(jīng)開發(fā)了電弧故障電弧保護(hù)裝置。

通用電弧保護(hù)裝置由三部分組成:保護(hù)主機(jī)；過電流和弧光檢測輔助單元；弧光傳感器。

4.2.1弧光傳感器

作為一個(gè)光敏元件，它安裝在開關(guān)柜總線室內(nèi)的幾個(gè)位置，以檢測故障發(fā)生時(shí)光強(qiáng)的突然增加。

4.2.2過電流和弧光檢測輔助裝置

電弧檢測輔助單元從電弧光傳感器收集光信息，并將其傳輸?shù)街鲉卧＿^流檢測輔助單元提供過流操作信息，這是操作標(biāo)準(zhǔn)之一，可以進(jìn)一步保證弧光保護(hù)系統(tǒng)的操作準(zhǔn)確性和可靠性。

4.2.3主機(jī)保護(hù)

它是弧光保護(hù)系統(tǒng)的核心，用于管理和控制整個(gè)弧光保護(hù)系統(tǒng)。它接收檢測到的短路電流和來自弧光傳感器的信息，處理和判斷收集到的數(shù)據(jù)，如果確認(rèn)是弧光故障，它發(fā)出跳閘命令，使輸入斷路器跳閘，即切斷輸入電源。如果進(jìn)入的斷路器不能跳閘(拒絕移動(dòng))，斷路器故障保護(hù)邏輯被啟動(dòng)，跳閘命令被發(fā)送到上部斷路器以切斷電源。此外，根據(jù)過流和電弧檢測輔助單元發(fā)送的信息，提供電弧故障點(diǎn)和報(bào)警信號。

還有一種方法:如果確認(rèn)是電弧故障，啟動(dòng)快速短路開關(guān)快速接通，將電弧故障轉(zhuǎn)換成三相短路電流，打開上游斷路器快速滅弧。

圖6示出了故障弧光保護(hù)系統(tǒng)的框圖。

結(jié)論

(1)智能開關(guān)設(shè)備是新一代電氣產(chǎn)品。它融合了計(jì)算機(jī)、信息、控制、傳感器和微技術(shù)。通過將各智能單元的通信接口與值班室的計(jì)算機(jī)連接，可構(gòu)成一個(gè)11+綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程保護(hù)，并可實(shí)現(xiàn)11+廣域監(jiān)控和診斷。

(2)計(jì)算機(jī)技術(shù)和電磁兼容性的提高，使智能測控裝置比傳統(tǒng)的機(jī)電測控產(chǎn)品更加可靠，這一點(diǎn)已被多年的運(yùn)行所證明。

(3)在根據(jù)狀態(tài)維修技術(shù)建立在線監(jiān)測技術(shù)和信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，可根據(jù)實(shí)際需要確定在線監(jiān)測項(xiàng)目。

(4)在重要場合使用開關(guān)柜時(shí)，應(yīng)配置智能故障電弧保護(hù)裝置。

電力百科:無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行中的問題及對策

通過長期的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)低壓無功補(bǔ)償裝置在投切過程中存在諸多問題。本文闡述了問題產(chǎn)生的原因及相應(yīng)的對策。[關(guān)鍵詞]補(bǔ)償裝置元件故障分析相應(yīng)對策

無功補(bǔ)償裝置是配電系統(tǒng)的主要設(shè)備之一。其功能是提高功率因數(shù)，降低功率損耗和功率損耗，改善電壓質(zhì)量，降低用戶用電費(fèi)用。因此，供電部門和用電單位對無功補(bǔ)償裝置有很高的要求。然而，無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行中存在諸多問題，主要與補(bǔ)償裝置電氣元件的選擇是否合理、電氣元件使用是否正確、電網(wǎng)中是否存在諧波干擾以及安裝過程等因素有關(guān)。

1控制器問題

補(bǔ)償裝置的電氣元件(控制器)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題是補(bǔ)償控制器上的cosφ顯示不準(zhǔn)確。這種情況有兩種可能:(1)補(bǔ)償控制器產(chǎn)生誤操作和誤操作，這主要是由電網(wǎng)或負(fù)載源中產(chǎn)生的諧波引起的。相應(yīng)的方法是更換抗諧波控制器或在配電系統(tǒng)中安裝抗諧波元件。(2)補(bǔ)償控制器與采樣電流或電壓有關(guān)。當(dāng)電容器在有負(fù)載的正常條件下投入運(yùn)行時(shí)，功率因數(shù)應(yīng)該從滯后值逐漸增加到1.00。如果電容器再次投入運(yùn)行，功率因數(shù)應(yīng)提前，提前值應(yīng)降至正常。出現(xiàn):1)始終只顯示1.00。2)電網(wǎng)負(fù)荷滯后，但補(bǔ)償器總是超前顯示。3)電網(wǎng)負(fù)荷處于滯后狀態(tài)，補(bǔ)償器呈現(xiàn)滯后。然而，電容器投入運(yùn)行后，滯后值不會(huì)在正常方向上改變(增加)，但是電容器投入運(yùn)行越多，滯后值越小。4)電網(wǎng)負(fù)荷處于滯后狀態(tài)。雖然補(bǔ)償器顯示滯后值，但滯后值在電容器投入運(yùn)行后不變，滯后值僅隨負(fù)載變化而變化。上述情況:1)這通常是因?yàn)椴蓸与娏鳑]有饋入補(bǔ)償器。2，3)通常是因?yàn)椴蓸与娏骱筒蓸与妷合辔徊徽_4)通常是因?yàn)殚_關(guān)電容器產(chǎn)生的電流不通過采樣變壓器。補(bǔ)償控制器能夠正常工作，采樣電流必須正確，負(fù)載電流和電容切換產(chǎn)生的電流必須從采樣變壓器中反映出來。

2保險(xiǎn)絲問題

在無功補(bǔ)償過程中，熔斷器經(jīng)常會(huì)熔斷。(1)原因分析1)熔斷器熔斷與選擇和配置的合理性有關(guān)。2)熔斷器熔斷與計(jì)算實(shí)際開關(guān)電流的對應(yīng)倍數(shù)有關(guān)。3)保險(xiǎn)絲熔斷與補(bǔ)償控制器的切換時(shí)間有關(guān)。4)熔斷器熔斷與電網(wǎng)系統(tǒng)或負(fù)載設(shè)備產(chǎn)生的諧波有關(guān)。5)保險(xiǎn)絲熔斷與不平衡相電流有關(guān)。6)保險(xiǎn)絲熔斷與安裝過程、工作環(huán)境等有關(guān)。(2)相應(yīng)對策1)應(yīng)充分考慮無功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)。在切換過程中，當(dāng)涌入電流相對較大(通常約15 ~ 30英寸)時(shí)，選擇熔體芯是非常重要的。通常選擇M型(具有強(qiáng)過載能力)或相同類型的熔體芯，而不是JL型(具有低過載能力)或相同類型的熔體芯。2)對于熔斷器保護(hù)電容器，計(jì)算實(shí)際開關(guān)電流非常重要。然而，由于無功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)，應(yīng)考慮安全系數(shù)電流。一般情況下，應(yīng)取實(shí)際開關(guān)電流的1.35 ~ 2倍。例如，在電壓為400伏、頻率為50Hz、容量為20千伏的電路中，計(jì)算每個(gè)電路的實(shí)際開關(guān)電流和安全系數(shù)電流。實(shí)際開關(guān)電流應(yīng)為I1 =■×20千伏×1.42≈28.87安，保險(xiǎn)系數(shù)電流應(yīng)為1.4倍I2 =■×20千伏×1.42≈40.41 a3)。保險(xiǎn)絲的熔斷與補(bǔ)償控制器設(shè)定的開關(guān)時(shí)間有一定的關(guān)系。從網(wǎng)絡(luò)中移除電容器后，電容器中的電壓會(huì)隨著時(shí)間逐漸降低。當(dāng)間隔很短并投入運(yùn)行時(shí)，剩余電壓和施加的電壓將形成疊加電壓，導(dǎo)致過壓和過流。長期運(yùn)行肯定會(huì)導(dǎo)致電容器擊穿或短路，強(qiáng)電流會(huì)導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷。因此，在設(shè)置切換時(shí)間時(shí)，不應(yīng)太短。一般來說，開關(guān)時(shí)間設(shè)置在20 ~ 30秒比較合適。4)電網(wǎng)或負(fù)載設(shè)備中產(chǎn)生的諧波將改變電源原有的50-60Hz電壓特性。當(dāng)諧波含量高時(shí)，由諧波引起的放大基波電流將熔斷保險(xiǎn)絲。5)補(bǔ)償裝置運(yùn)行中三相電流的長期不平衡也會(huì)導(dǎo)致保險(xiǎn)絲部分熔斷。如果發(fā)現(xiàn)三相電流不平衡，應(yīng)及時(shí)查找原因。如果非三相電流不平衡，最好同時(shí)更換三相鐵芯。如果只有一相熔化的鐵芯被更換，受損鐵芯的另外兩相將再次投入運(yùn)行，并在短時(shí)間內(nèi)熔化。6)熔斷器的熔斷與安裝過程和使用環(huán)境有一定的關(guān)系，尤其是使用環(huán)境。有些使用場合溫度非常高，長時(shí)間可達(dá)70℃以上。在這種情況下，必須采取冷卻措施。

3電容器接觸器問題

在無功補(bǔ)償裝置的投切過程中，電容器接觸器的損壞尤為突出。從主觀上講，電容器接觸器是消耗性的，但從客觀上講，還有其他幾個(gè)方面會(huì)造成電容器接觸器的損壞。(1)補(bǔ)償控制器設(shè)定的切換時(shí)間太短，二次吸合產(chǎn)生的疊加電壓導(dǎo)致沖擊電流過大，損壞接觸器。(2)接觸器的損壞與接觸器的正確安裝有一定的關(guān)系，特別是接觸器的導(dǎo)體連接部分必須連接緊密，不得松動(dòng)和套在絕緣套上。(3)當(dāng)電路中諧波含量高時(shí)，電壓和電流波形嚴(yán)重失真，基波電流的膨脹會(huì)導(dǎo)致觸頭燒損、相間短路或接觸器相對短路，造成接觸器損壞。(4)當(dāng)電流不平衡范圍值增大時(shí)，長期運(yùn)行也會(huì)導(dǎo)致接觸器損壞。(5)接觸器自身的質(zhì)量問題也有很大關(guān)系。目前，國內(nèi)有很多電容接觸器制造商，型號和很多，但材料和產(chǎn)品質(zhì)量不盡相同。電流補(bǔ)償要求非常高，因此最好選擇抗浪涌電流、諧波或諧波的電容接觸器。

4電容器問題

電容器在運(yùn)行中的損壞相當(dāng)突出，如擊穿無法愈合、短路、鼓肚和運(yùn)行時(shí)間短、容量下降、情況嚴(yán)重甚至爆炸。然而，電流電容器基本上是自愈的。在正常情況下，一旦崩潰發(fā)生，它會(huì)自動(dòng)愈合。如果故障頻繁出現(xiàn)，電容器將一次又一次地被完全損壞。(1)電容器損壞情況1)電容器損壞是由補(bǔ)償控制器的質(zhì)量問題引起的誤切換和誤切斷引起的。2)補(bǔ)償期間瞬時(shí)切換的涌入電流非常大，這損壞了電容器。3)電容器因三相電流和電壓長期不平衡而損壞。4)疊加電壓(由于控制器設(shè)置的切換時(shí)間短)。例如，每個(gè)電容的電容為30kvar，由8個(gè)通道補(bǔ)償，總補(bǔ)償電容為240kvar。如果切換時(shí)間設(shè)置為5s，8個(gè)通道完全切換之間的時(shí)間間隔小于1分鐘(5s×8個(gè)通道=40s)。正常情況下，電容器的電壓在斷電后1分鐘內(nèi)降至50V。如果電容器頻繁開關(guān)，就會(huì)造成疊加。每個(gè)電容器的實(shí)際電壓應(yīng)為380v+(≤50v)+(≤50v)+(≤50v)+(≤50v)+(≤50v)+...n乘以5)對電容器的諧波干擾。(2)相應(yīng)的對策1)使用更好的質(zhì)量控制員。2)當(dāng)補(bǔ)償期間的瞬時(shí)浪涌電流非常大時(shí)，建議連接電氣部件，例如串聯(lián)30In以上的電抗器。3)如果發(fā)現(xiàn)缺相或三相電流和電壓不平衡，必須及時(shí)查找原因并及時(shí)解決。4)控制器的設(shè)置和切換時(shí)間不容易太短，以免形成疊加電壓。如果實(shí)際補(bǔ)償容量不足或確實(shí)需要頻繁切換，則應(yīng)增加補(bǔ)償容量或?qū)嵭芯偷匮a(bǔ)償和集中補(bǔ)償相結(jié)合。5)如果電網(wǎng)中存在諧波干擾，應(yīng)及時(shí)采取措施安裝濾波裝置或抗諧波元件。

結(jié)論

為了改善和提高無功補(bǔ)償裝置所達(dá)到的補(bǔ)償要求，有必要了解電網(wǎng)或負(fù)載源中是否存在諧波，無功補(bǔ)償裝置電氣元件配置的合理性，以及補(bǔ)償裝置的正確使用，以使無功補(bǔ)償裝置無故障正常運(yùn)行。

我最了解電的世界。