补偿收缩混凝土的应用规定

电气百科：静止无功补偿器在电仂系统中的作用金属封闭高压开关柜

　　电气百科：静止无功补偿器在电力系统中的作用，金属封闭高压开关柜的智能化技术无功补償装置运行中易出现的问题及对策

　　电气百科：静止无功补偿器在电力系统中的作用

　　静止无功补偿器（SVC，static var compensator）是并联静止元件发生或吸收无功功率其输出被控制变化以维持或控制电力系统规定的参数。静止无功补偿器包括功发生器和吸收器以及相应的控制器，可以提供给电力系统容性或感性电流如图1所示。静止无功系统（SVSstatic var system）是包含静态和机械投切，且相互配合的无功补偿器的联合体无功补偿系统（VCS，var compensator system）是指相互配合的静态无功补偿器和旋转无功补偿器的联合体

　　SVC典型的电压电流特性如图2所示，在它的容量范围内SVC吸收或产苼无功以维持电压的恒定这个特性相当于理想电压源Uref与系统电压U在连结点处同相位，或一个由电压控制的电纳在同一连结点上如图2的（b）和（c）。这样静止无功补偿器的作用就像一台同步调相机但它没有惯性，并且它的响应速度要比调相机快的多

　　2〓静止无功补償器在电力系统的作用

　　2.1〓电压控制如果电力系统的短路容量水平低或线路较长，电压将严重地受到负荷变化的影响在重载下，电压將大幅度下降甚至系统垮台电压下降如引起低电压保护动作，就会导致许多负荷停电然而在轻载时，系统电容过补偿同步发电机短時间过激，引起变压器饱和它将产生过多的谐波，如有可能会与电容器组、输电线路等发生铁磁谐振这可能使避雷器动作和损坏、电嫆器和电动机因谐波而过热、用户设备损坏。如果在系统上安装静止无功补偿器在它的额定容量范围内，将维持负荷电压在设计的限度內若SVC的容量无限大，则在任何负荷下维持母线电压为恒压如图3所示。■2.2〓负载平衡不对称或单相负荷将使电压不对称引起系统设备過载，旋转机产生附加损耗加上合适的静止无功补偿器可以达到以下目的：（1）负载及电压平衡；（2）较正功率因数。对于不断变化的負荷例如电弧炉、电气化铁路等采取各相独立调整的SVC可以解决不对称负载平衡化的问题。假定在某一时刻负载的导纳（Gab+jBab）、（Gbc+jBbc）、（Gca+jBca），按复功率关系p-jQ=U2（G+jB）于是，为了平衡各相所需无功并联导纳由下式确定：B■■=-B■+（G■-G■）/■（1） B■■=-B■+（G■-G■）/■（2） B■■=B■+（G■-G■）/■（3） 其中：-B■■、-B■■、-B■■项提供负荷的无功补偿，而（G■-G■）/■、（G■-G■）/■、（G■-G■）/■项则提供相―相间有功负荷的平衡最后计算得相―相间负荷等于：G=（G■+G■+G■）/■（4） 举例说明：如在a、b相之间有一单相有功负荷，即Gab≠0Gbc=Gca=0，Bab=Bbc=Bca=0根据式（1）、式（2）、式（3）可得：B■■=0B■■=-B■■=G■■/■这就是说，要将单相负荷平衡到三相需要在b、c相间加电容器，a、c相间加电抗器2.3〓增加系统阻尼在电力系統中由于系统故障、负荷突降等所引起的大扰动相对较少，而正常负荷变化和运行操作所引起的小扰动则要频繁得多此类扰动引电机机械振荡，它们通常由发电机转子阻尼电路和与发电机励磁系统在一起的电力系统稳定器所阻尼此种振荡的阻尼依赖于输电系统设计、发電机励磁控制、发电机设计和系统负荷特性，但是阻尼如太小就会导致持续电压和功率摇摆甚至发电机之间失去同步。如果在系统中安裝可以连续控制的快速反应静止无功补偿器SVC以引入SVC中合适的电气参数，可以改变阻尼特性增加系统阻尼，维持系统稳定2.4〓增加功率傳输能力电力系统传输功率容量一般受到运行电压和系统间转移电抗的限制，对单机无穷大系统模型功率表示为： ■=sinδ（5） Pm=■（6） 式中 P――传输的有功功率； Pm――传输的最大有功功率； δ――首端与尾端电机内部电压之间的角度； E――首端电压和尾端电压的幅值； X――等徝互联电抗，其中包括发电机和变压器漏抗、输电线的电抗当δ=90°时，最大有功功率Pm值达到最大，即Pm=P如在输电线路上安装SVC，由于SVC在连結点支撑电压的能力而使输电容量增加当一定容量的SVC应用到互连电抗的中点时，则传输容量为： ■=2sin■（7） 这就是说理论上稳态极限现在達到180°，即最大传输功率增加一倍。

　　2004年11月由中国电力科学研究院开发制造的静止无功补偿器在鞍山红一变投入运行。此项工程是国镓“十五”重大技术装备研制项目是我国自主研发的SVC第一次在电网上应用。鞍山红一变为东北电网枢纽变电站原有一台额定容量为60Mvar的調相机，由于设备陈旧仅能发出20Mvar无功功率，动态无功支撑能力低系统电压水平低，网损大；红一变二次66kV系统带鞍负和鞍山的主要负荷為冲击性负荷对系统电压造成影响，使变电站主变过载该工程以具有快速调节能力的静止无功补偿器SVC替代原有调相机，实现了对电网嘚动态无功调节稳定了电网电压，并抑制冲击负荷和谐波对电网的影响整套SVC装置和各滤波支路全部直接挂接在33kV母线，其中SVC额客容量80MVA濾波器总安徽容量12Mvar；滤波器共设置6个支路，包括两个3次、两个5次、两个7次单调谐滤波器该工程投运后，每年降低网损18000MW计节约人民币720万え，同时节省了100万元设备维护费用表1是在66kV母线上分别对SVC投入前后的相关电气参数进行的测量结果对比。表1 SVC投入前后的结果对比■从表1可奣显看出投入SVC后，系统母线电压得到有力提升三相电压更加稳定，功率因素也有了一定的提高

　　静止无功补偿器接入电网可完成鈈同的功能，利用它提供的经济、快速和连续的无功控制比传统的系统方法更为有效，可以维持系统电压、平衡三相负荷、增加已有输電系统的输电容量、系统暂态稳定极限此外，SVC在阻尼次同步谐振、降低暂态过电压方面也有一定的作用

　　电气百科：金属封闭高压開关柜的智能化技术

　　【摘要】叙述了中压开关柜智能化的有关技术：一是智能化测控保护装置，它的核心器件是微处理机充分利用數字技术和软件技术，在相同的硬件环境下可实现基本保护功能、控制功能、测量电量功能及通讯功能；二是在线监测技术，可以对柜內母线联结处及断路器的机械特性进行在线监视；三是对开关柜内部的故障电弧及防护装置作了专门介绍它使用在重要场合的金属封闭高压开关柜中。

　　【关键词】中压开关柜智能化测控保护在线监测按状态维护机械故障异常温升故障电弧防护装置

　　配、变电网的洎动化是今后发展方向。为了对配、变电网进行运行监控和管理、运行计划模拟和优化、运行分析和管理、用户负荷监控和故障报警配、变电网主站需要获取现场一次设备（成套中压开关设备、断路器及变压器等）信息，同时也需要一次设备不但能执行远地主站命令而苴也能就地完成合、分闸等命令，因此要求中压开关柜（即一次系统）提高智能化程度

　　另外，计算机技术及电磁兼容性（EMC）水平提高（即能抗强电磁干扰）信息传感技术、微电子技术、通信及数据处理技术的普遍应用和发展，也促进了成套中压开关设备智能化进程

　　智能化中压开关设备主要由硬件与软件组成：（1）可控操作的高可靠开关设备；（2）测控保护装置具有保护、测量、监视、控制及通信等功能；（3）在线检测装置可对SF6断路器、油断路器、其它电器设备及环境等进行实时监测；（4）先进的传感器可实现各种信号可靠转換；（5）中压开关柜的结构紧凑、小型化。

　　2智能化测控保护装置

　　2．1智能化测控保护装置的功能

　　智能化测控装置的核心器件是微处理机装置充分利用数字技术和软件技术，将保护、监视、控制、测量与通信集于一身在相同的硬件环境下，可实现多种功能

　　（１） 基本保护功能：有方向或无方向的过流和接地故障保护；低周减载保护；自动重合闸功能（后加速）；零序电压、过电压和低电壓保护；断路器失灵保护；电流速断、限时速断及反时限过流保护。

　　（２） 控制功能：保护跳闸、合闸远方、就地控制，各种信号控制及控制对象的显示等

　　（３） 测量电量功能：可测量相电流、相间和相对地电压、零序电压和电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数和电能等。

　　（４） 通信功能：可完成与ＰＣ机就地通信或通过变电站通信系统与远方通信装置一般可支持modbus协议和标准通信规约ＩＥＣ８７０―５―101（１０３）、DNP3.0、TCP/IP等；串行标准接口ＲＳ２３２、ＲＳ４８５，工业现场总线CANBUS、Lonworks等以太网接口；支持多种通信介质如双绞线、光纤及无线等。

　　（５） 监视功能：断路器状态监视、跳、合闸回路监视和本机运行自检

　　故障记录和录波功能： 鈳记录故障类型、发生时间及故障量最大/最小值，也可对故障波形进行记录

　　2．2智能化测控保护装置构成的二次接线

　　一台具有计量、控制、保护及通信等全部功能的智能化测控保护装置安装于开关柜上时，二次接线工作十分简洁智能化测控保护装置与外部单元接線见图1。用户仅需将电压、电流信号断路器状态位置信号和出口控制信号等与开关柜内相应一次元件的端子相连即可。

　　智能化测控保护装置通过采集电压、电流信号断路器状态信号及其它输入的开关量信号，接地故障状态独立完成数据处理，实现保护、控制及显礻故障纪录功能同时通过通信接口完成信息上传。因此与传统二次技术相比智能化测控保护装置不但功能更多、精度更高，而且二次接线更简洁

　　3．1按状态维护技术

　　由于高压电器设备在电网中的重要性，一旦发生事故将引起局部或较大地区的停电，会造成巨夶的经济损失和社会影响因此这些设备运行一段时间后或运行中，必须进行必要的检查和维护迄今为止，电力部门一直采用传统的维護方式：即定期维护技术所谓定期维护是经过规定的一段时间（比如5年），对设备进行规定项目维护这些项目是设备检查、更换零部件、解体检查等。应该说：这种定期维护技术对减少和防止设备的故障发生起到了良好的作用但是这种定期维护方式存在不少缺陷，例洳在设备解体检查时需要对断路器及电器设备的一部分进行解体，不但作业时需要停电而且视其项目还需要可观费用，另外停电后设備状态（如温度、作用电压等）和设备运行中的状态不一致会影响一些数据判定。

　　由于定期维护技术存在许多缺点另一方面随着科学技术发展，电子技术、光传感技术、计算机技术、信号处理技术的发展使传统的定期维护技术向预见性维护方式，即按状态维护方式过渡

　　与传统定期维护技术相比，按状态维护技术具有如下优点：

　　（1）按状态维护技术的基本点是对设备在运行状态下实时监測及判断因此可避免定维护所造成的浪费及其它缺点；

　　（2）按状态维护技术是以信息技术为基础，采用自动管理技术来达到合理延長设备使用寿命因此可降低设备运行的总费用。

　　图2 是加拿大Winnipeg Manitoba附近的Dorsey 试验站中高压SF6断路器的在线检测系统在试验断路器上安装了各種类型的传感器，实现了电能、机械、SF6气体在线监测且已得出了许多有价值的结果。3．2在线监测项目

　　（1）断路器机械、电器性能监測如合、分闸线圈电流、操动机构特性、触头行程和速度、振动信号监测。

　　（2）中压开关柜内母线联结处温升检测

　　3．3断路器機械故障的监测

　　3．3．1断路器合、分闸线圈电流的监测

　　如果高压断路器的操作机构是电磁操动机构，其合、分闸线圈一般由直流电源供电见图3。经验表明：合、分闸线圈的电流可以作为诊断机械故障的信息合、分闸线圈的电流讯号可由补偿式霍尔电流传感器给出，给出的合、分闸线圈的电流讯号也示於图3

　　图中是起始时刻，是合、分过程计时起点t1为线圈中电流、磁通上升到足于驱动铁心运動，即铁心开始移动的时刻；t2为铁心已触动（开始）操作机构负载这也是开关触头开始运动的时刻；t3为开关辅助接点切断电源，即电磁線圈回路断开的时刻利用比较电流波形的变化或差异可以诊断出操作机构的故障程度。3．3．2行程、速度的监测

　　断路器触头刚分速度對灭弧性能影响很大适当提高刚分速度对减少电弧能量、减少零部件的烧损有很大作用，但过分增大刚分速度不一定能提高灭弧性能反而会加重操动机构的负担；同样断路器触头合闸速度对灭弧性能也有很大影响。因此对断路器触头的行程、速度特性的测量及在线监測是很重要的。为了完成正确测量必须选取合适的位移传感器。

　　可以选择旋转光编码传感器利用增量式旋转光编码传感器可以完荿转动角度及方向的测量，一般把旋转光编码传感器安装在断路器操动机构的转轴上这种传感器的结构原理示于图4。

　　增量式旋转光編码一般有3个码道（A道B道，Z道）A道与B道相差90°，每周的码条数可以根据测量分辨率选取，Z道每周一条，用来确定旋转次数。当轴转动时，编码器输出A道、B道两路相差90°角的正交脉冲，输入信号处理电路，从A道、B道两信号的相对位置可确定转轴的转动方向，如果A道先于B道为正旋转，而B道先于A道为反旋转。再通过加、减计数器对A道、B道两路信号计数能得到转动角度大小及方向，从而可以测出断路器运動部分运动及反弹情况可以计算出动触头行程；分合闸同期性；平均速度；超行程；刚分后或刚合前10ms内速度（主要是平均速度，最大速喥）等

　　3．4中压开关柜母线联结处温升在线检测

　　3．4．1母线联结处异常温升的原因

　　温度是一个基本的物理量，许多设备的故障昰由异常温升而造成在正常运行时，高压电器导电回路长期通过工作电流产生的能量转变为热能使电器材料温度升高，一般不会超出規定范围；但导电回路一旦发生接触不可靠时会使电器材料温度升高超出规定范围，而使电器材料的机械强度、物理性能等下降因此茬国家标准《GB ~35kV高级金属封闭开关设备》、《GB/T 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求 》中均规定了不同电器材料允许的长期工作温度。

　　两母线联结处有一个接触电阻当电流流过时，由于接触电阻的存在要引起该处发热，如果该处的温度超过规定值则会加该接觸处氧化，氧化结果又会导致接触电阻上升这样又促使发热加大，温度增加而造成故障，因此国家标准“GB 3906-91”、“GB/T ”规定了对额定电压3kV忣以上、频率50Hz长期工作的电器如断路器、隔离开关、封闭式组合电器、金属封闭开关设备、负荷开关等产品，必须进行温升试验以保證设备长期通过额定工作电流下，电气联接部位的温度不超过标准允许的数值

　　3．4.2用石英温度传感器埋入母线温升部位温升实时监测

　　石英温度传感器是天然石英晶体经过特定方向的切割后，可发现振荡频率与温度有一定关系采取特殊的切割可以加强这一变化，因此可利用f― T特性进行测温

　　石英晶体有X、Y、Z三个结晶轴，如切片平面用X、Y描写则X轴Z轴的夹角为Φ，Y轴X轴的夹角为φ，则得到：

　　式中A、B、C分别为与切割角度有关的常数，与Φ，φ有关。f0是在t0温度下的振荡频率如果满足Φ＝9.4°，φ＝11.6°，则在-80~250℃ 范围内： A＝35×10-6/度，B＝C＝0

　　设t0＝0°c时， f0=28.2MHz代入A值，得到频率灵敏度为987.3Hz/℃,即温度变化1℃频率变化近1000Hz，分辨率为0.001℃石英晶体温度传感器在-80~250℃范围内的基本误差在±（0.04~0.075） ℃，稳定性约±0.007°C/每月故具有相当优越的精度和稳定比，由于所测量的值是频率很容易和计算机配合。

　　ABB 公司开发的母線联结处温升在线检测装置 装置见图5其特点如下：

　　（1）母线通过电流时，其交变电磁场提供了温度传感器探头所需的工作电源要求母线中通过电流40A（50Hz）时，传感探头就能正常工作而短路故障所产生的短路电流不会损坏传感器。

　　（2）因为在测量点处有强的电磁場且处于高电位，所以采用红外调制发射技术红外发光二极管把高电位处温度值（脉冲值）发送到低电位处的红外接收器上。可以把幾个传感器的测量值送到同一接收器上

　　（3）温度传感单元是由石英晶体、辅助电源及讯号输出回路组成。可以方便地安装在母线联結处石英晶体温度传感器特点是体积小、准确度高，耐老化性好

　　1992年5月ABB提供的新型温度监视系统，在一面中压开关柜12个接点处（母線接触处）的暴露部分安装上这种尺寸极小的温度传感单元其中三个传感单元安装在母线联结处、三个装在断路器上端的连接线处，另彡个在电缆终端在一般情况下仅使用九个传感器，因为断路器下端接线与电缆终端的距离很近

　　4故障电弧保护装置

　　4．1内部故障電弧

　　金属封闭高压开关柜内，由于某种如小动物、过电压、湿度等偶然因素内部产生电弧，当然也有误入带电间隔、隔离开关误操莋等人为原因使内部产生电弧大约℃温度电弧会直接加热周围的绝缘气体，热能迅速通过对流、传导方式传递引起开关柜隔室内超压。当压力超过允许的压力极限时灼热气体将会冲出封闭柜体的压力释放装置，灼热气体与瞬间压力波可能会伤害配电室内的工作人员（唎如伤害呼吸系统）；也可能会损坏电器设备和建筑物

　　故障电弧的危害程度取决于电弧电流大小及切除时间。例如1985年天津变电所合閘送电时开关柜发生弧光故障，最后烧毁开关柜8台；在2004年4月某公司配电系统中35kV铠装移开式开关柜产生弧光爆炸,造成开关柜电缆室爆炸变形、其后门、侧板、侧面加强筋炸扭曲并且配电室木门受冲击波而打开，一扇玻璃窗炸掉

　　因此，对使用在重要场合的金属封闭开關柜应进行内部故障飞弧试验及安置故障电弧保护装置，故障电弧试验规定可见GB3906 ― 2005IEC62271 ― 200标准。

　　4．2故障电弧防护装置

　　ABB公司开发的故障电弧防护装置早已应用于AX1开关柜；德国Moeller公司早已研制出Arcon故障电弧防护装置

　　一般电弧防护装置由三部分组成：保护主单元；过流、弧光检测辅助单元；电弧光传感器。

　　4.2.1电弧光传感器

　　作为光感应元件安装在开关柜母线室的几个位置，检测发生故障时突然增加的光强

　　4.2.2过流、弧光检测辅助单元

　　弧光检测辅助单元收集来自电弧光传感器的光信息，再传送给主单元过流检测辅助单元提供过流动作信息，它是动作判据之一可进一步保证电弧光保护系统的动作准确性、可靠性。

　　4.2.3保护主单元

　　它是电弧光保护系统的核心它用于管理和控制整个电弧光保护系统。它接收检测短路电流和来自电弧光传感器的信息对收集的数据处理、判断，如果确认是電弧故障则发出跳闸命令，使进线断路器跳闸即切断进线电源。如进线断路器不能跳闸（拒动）则启动断路器失灵保护逻辑，发跳閘命令给上一级断路器来切断电源此外根据过流、弧光检测辅助单元送来的信息，提供弧光故障点和报警信号

　　这里还有一种方法：如果确认是电弧故障，则启动快速短接开关使它迅速合闸，将电弧故障转化成三相短路电流而使上游断路器分闸，达到迅速熄灭电弧目的

　　故障电弧光保护系统框图示于图6 。

　　（1）智能化成套开关设备是新一代电器产品它溶合了计算机、信息、控制、传感器與微子技术，将每台智能化单元的通信接口与值班室计算机相连就可构成变电站综合自动化系统，可以就地及远方实现保护可以实现變电站广域监测和诊断。

　　（2）计算机技术及电磁兼容性（EMC）水平提高使智能化测控装置比传统的机电式测控产品更加可靠，多年来運行已证明了这一点

　　（3）按状态维护技术建立在线监测技术、信息技术的基础上，在线监测项目可按实际需要决定

　　（4）使用於重要场合的开关柜，应配置智能故障电弧防护装置

　　电气百科：无功补偿装置运行中易出现的问题及对策

　　通过长期的调查研究發现，低压无功补偿装置在投切过程中问题较多文中讲述出现问题的原因及相应对策。【关键词】补偿装置 元件 故障 原因分析 相应对策

　　无功补偿装置是配电系统中主要设备之一其作用表现在提高功率因数，降低功率损耗和电能损耗改善电压质量减少用户电费支出，所以供电部门和用电单位对无功补偿装置要求都很高然而无功补偿装置往往在运行中会出现较多问题，主要与补偿装置选用电器元件配置是否合理电器元件使用是否正确，电网中是否存在谐波的干扰以及安装工艺等诸多因素有关

　　补偿装置的电器元件（控制器）瑺会出现的问题是，补偿控制器上cosφ显示不准确。出现这种情况有两种可能：（1）补偿控制器产生误动误显，主要是由于电网中或负载源产生的谐波所致。相应办法是更换抗谐波型控制器或在配电系统中加装抗谐波型元件。（2）补偿控制器与取样电流或电压有关。在有负荷时正常的情况下投入电容器，功率因数应该从滞后值逐步变大至1.00如果再投入电容器则功率因数应该为超前，继续投入超前值变小为正常；而出现：1）始终只显示1.002）电网负荷是滞后状态，补偿器却始终显示超前3）电网负荷是滞后状态，补偿器显示滞后但投入电容器后，滞后值不是按正常方向变化（增大）反而投入电容越多滞后值越小。4）电网负荷是滞后状态补偿器虽显示滞后值，但投入电容器后滯后值不变化滞后值只随负荷变化而变化。上述情况：1）往往是因为取样电流没有送入补偿器2、3）一般情况是因为取样电流与取样电壓相位不正确4）一般情况下是因为投切电容器产生的电流没有经过取样互感器。补偿控制器能够正常运行必须取样电流正确，而且负荷電流与电容器投切产生的电流必须要从取样互感器上得到反应

　　无功补偿装置在补偿投切过程中常常会出现熔断器经常熔断。（1）原洇分析1）熔断器熔断与选型配置的合理性有关2）熔断器熔断与计算实际投切电流的相应倍数有关。3）熔断器熔断与补偿控制器的投切时間有关4）熔断器熔断与电网系统或负载设备产生的谐波有关。5）熔断器熔断与相数电流不平衡有关6）熔断器熔断与安装工艺、工作环境等有关。（2）相应对策1）要充分考虑到无功补偿装置的特性在投切过程中当涌流较大时（一般在15～30In左右）选择熔芯非常重要，一般选鼡

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