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牵引变电所并联电容补偿装置设计运行毕业论文目录摘要1第1章成昆线并联电容补偿装置简介21.1 并联电容补偿的综合作用21.2 并联电容补偿方案51.3 并联电容补偿主接线6第2章并联电容器支路确定82.1 电容器并联支路数的计算82.2 并联电容器组容量计算条件92.3 并联电容器组容量计算102.4 补偿装置谐波校验12第3章并联电容补偿装置整定计算163.1 并联电容器的保护原则163.2 并联电容补偿装置保护的整定计算16第4章运行分析234.1运行状态234.2原因分析244. 3处理办法274.4存在的问题27第5章电容器及其微机保护的防雷工作29第6章电容器的实验32第7章电容器的安全使用35结论37谢辞38参考文献39西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）纸N"共41页摘要电力机车总功率大，启动和加速快，过载能力强，运输能力大，能较好的满足现代铁路对快速、重载运输的需要。电力机车优点很多，但也存在诸多问题：其功率因数平均值为0.84,牵引变电所IlOKv电源侧功率因数，仅为0.750.78。同时产生以三次谐波为主的各次谐波电流，导致供电质量降低；负序、谐波等会对沿线通信线路造成干扰，额外占有发电设备的容量，降低主变压器的使用效率和容量利用率，甚至引起牵引负荷的谐振放大等，影响电力系统的运行和供电质量。为了有效改善电力牵引的供电质量，减少从电力系统中获得无功功率，提高牵引变电所的经济运行技术指标，须在变电所安装并联电容补偿装置。本文结合西昌供电段越西牵引变电所的实际运行情况，对并联补偿装置按传统的设计方法进行了设计校验，并针对运行过程中出现的问题进行分析并提出处理办法。关键词：并补装置电容器补偿谐波西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）2氏N&2共41页第1章成昆线并联电容补偿装置简介成昆线电气化改造是1997年开始施工，1999年正式投入运营的，按照电气化设计，电气化铁道牵引供电系统是单相接地系统，其负荷是单相整流负荷，所以功率因数较低，奇次谐波含量大。在三相电力系统中产生随机波动的负序电流。功率因数低,不仅造成三相压损，恶化供电质量，而且在系统中造成可观的有功网损和三相系统设备容量浪费。奇次谐波含量大，对电力系统极其设备产生多方面危害，如对附近通信线的干扰，谐振引起电容器过流，过压。可见，在牵引变电所安装并联电容补偿装置具有重要意义。他可以改善下列技术指标：1 .提高供用电系统及负教的功率因素，降低设备容量，减少功率损耗；2 .吸收谐波，降低谐波对电力系统的干扰和危害；3 .降低负序电流；4 ,降低压损，提高网压水平。保证并补装置安全可靠的运行是并补装置继电保护的主要任务。并补装置在运行过程中，可能发生接地短路故障，电容器过电压事故，电容器绝缘破坏，因谐波引起的电容器发热事故，电抗器过热等事故。为预防事故的进一步扩大必须设置可靠的继电保护。在成昆线牵引变电所里,A.B两相母线均要设置并补装置。以西昌供电段成昆线越西变电所为例，越西到甘洛臂长50KM。越西到普雄臂长度也为50KM,负荷设计按照最大负荷600Ao等要求进行确定.使用的设备有电容断路器，最大开断电流1200A,电容器容量2400KVAR,电抗器，阀型避雷器，电流互感器（IOoA/5A）,母线电压互感器（27.5KV/100V）,等设备.其中，电容断路器，电容器,避雷器，电流互感器，电压互感器安装在电容室，电抗器,小电流互感器安装在高压室。1.1 并联电容补偿的综合作用1.1.1 牵引负荷的特性1 .随机波动性由于列车在运行过程中的加速、恒速、惰行、制动等各种工况及运行中的坡道、西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）2氏N&3共41页弯道、站场、道岔、气候、司机操作过程等因素的影响，使牵引负荷随机波动。牵引负荷过程的主要特点是瞬态电流大幅度剧烈波动，从而使牵引变电所和牵引网上的电压发生波动，降低了牵引变压器的容量利用率。2 .非线性现行电力机车多为交-直整流型，运行过程是非线性的。正常运行时牵引电流的波形一般介于方波与三角波之间，含有明显的谐波成分，由于半波对称,其中只含有奇次谐波。牵引负荷流经大地时，会在地面空间造成不平衡电磁场，其谐波都处于音频带上，对临近通信线路产生的干扰不容忽视；同时，牵引负荷中的谐波可通过牵引变电所直接进入电力系统，额外占有系统及设备容量，引起附加发热；激发谐振，影响电容装置的正常运行等。3 .单相独立性和不对称性现行牵引变电所多为两相供电，一条馈线的负荷可能在另一条馈线上引起电压损失,从而影响其电压水平，但在正常网压范围内，由于机车自身的调节功能，其取流受到另一馈线的影响较小，谓之牵引变电所各供电臂取流的单相独立性。相对三相系统而言，牵引负荷具有不对称性。单相独立的牵引负荷也独立的在牵引负荷中造成负序，即使采用平衡变压器，由于两臂负荷的随机独立性，也存在未被平衡的剩余负序电流进入电力系统，给电力系统的运行造成不良影响。1.1.2并联电容补偿装置的综合作用无功功率和负序功率在电力系统中流通，直接影响到系统的技术指标和经济性能。并联电容补偿装置通过对无功、负序的综合补偿，尽可能的改善系统运行的技术指标，达到降低网损和释放设备容量的目的。1.提高功率因数如图IT示：设Ul为电源电压，rl及Xl为电力系统及牵引变压器每相的电阻和电抗，U2为牵引变电所母线电压，XC为并联电容器的容抗，XL为串联电抗器的感抗，Ij为牵引负荷，IC为电容器容性电流。从相量图可知，安装无功补偿装置以后,牵引变电所的功率因数由CoS（H提高至Icos2o(a)原理接线图(C)相量图图11补偿装置原理图西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）纸N&5共41页2.提高牵引变压器的容量利用率，降低安装容量，节约运行基本电费支出。由于并联补偿装置补偿了无功和负序，使流经电力系统的电流小于未补偿前的电流，显然降低了电力系统的能耗，从而降低了牵引变压器的安装容量，即提高了设备利用率，或者说进一步开发了设备容量，增大了供电能力。3 .改善电力系统的电压质量，提高母线电压。如图一，若电源电压Ul保持不变，则补偿前后的电压方程式分别为：Ul=Ij（rl+jxl）+U2（未补偿）Ul=I（rl+jxl）+U3（补偿后）因I<Ij,所以U3>U2,即提高了牵引变电所母线电压。若保持U2不变，则补偿后，电源电压可以允许变小，即在保证用户电压水平的前提下，允许电源电压适当降低，或者说可以在交大范围内波动，从而改善了电压质量。4 .吸收高次谐波，具有滤波作用。影响并联补偿装置滤波效果的因素主要取决于装置本身的容量，即谐波阻抗的大小、电网容量和运行方式，因此，在设计中要注意XL和XC的匹配关系，同时还必须注意（nXL-XC/n）与系统谐波阻抗性质的一致性。1.2 并联电容补偿方案1.2.1 并联电容补偿方案考虑到运行管理方便和当前技术发展状况，一般在牵引变电所内集中安装不可调补偿装置（随着力调考核计量方式的发展，要求补偿装置能够自动投切），同时，为了取得良好的补偿和滤波效果，优先选用两相补偿方案，使两臂牵引负荷高次谐波均能得到吸收，结合供电臂的不同相位，实行两臂不等量补偿。即根据两臂负荷大小确定总补偿容量后，采取滞后相多补，引前相少补的原则，进行两臂的合理分配。这样做可以在总补偿容量不变的前提下，力求各项功率因数趋向平衡，提高无功补偿效果，同时改善滞后相电压质量和牵引负荷对电力系统的负序影响。以Y-11变压器接线为例，对上述补偿方案进行论证。图L2三相Y/An变压器线圈电流分析如图1.2,负荷在滞后相线圈中产生感性电流，而滞后相的牵引负荷在引前相线圈中产生容性电流。即使在两臂负荷和功率因数相等的条件下，牵引变压器滞后相电压损失要比引前相大，如果滞后相的功率因数比引前相低，电压损失会更大。因此，在总补偿容量一定的情况下，适当加大滞后相的补偿容量，对平衡各相功率因数和弥补滞后相电压损失过大是有利的。尤其对于电源电压较高，牵引变电所距电源点近且处于空载时，补偿会引起牵引母线电压升高到图一所示的U3,在此情况下，引前相母线电压高于滞后相，因此，适当减少引前相的补偿容量对接触网的运行是有利的。1.2.2 改善负序问题的探讨：设UaC为基准相量，得出：I2=l3*Iq2+Ij2-2IqIjcos(1-2)(1/2)从式中可以看出，当1=2时，负序电流最小，要达到此目的，也必须提高滞后相的补偿容量。1.3 并联电容补偿主接线根据牵引负荷特点和运行条件，应合理选择并联电容补偿装置的主接线，一般情西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）纸N&7共41页况下，主接线设备应包括下列设备：1 .补偿无功用的电容器组。2 .串联电抗器，用于限制合闸涌流和分闸断路器的重燃电流，防止并联补偿装置与系统发生高次谐波并联谐振，吸收牵引负荷高次谐波，以及在发生短路故障时保护电容器。3 .投切电容装置的断路器。4 .为检修方便，保证明显的断开点的同时将电容对地短接，装设隔离开关。5 .保证电容器退出运行时放电，应采用放电线圈或电压互感器。6、为防止大气过电压，采用避雷器（或者保护电路）。7、单台电容保护的熔断器。西南交通大学成人教育学院毕业设计(论文)2氏N&8共41页第2章并联电容器支路确定无功补偿用电容器组应使电容器的额定电压与接入牵引变电所母线的运行电压相匹配，不得低于所承受的最高工作电压，并且应尽量使电容器输出额定功率。因此,电容器组额定电压不得低于下面的计算值：UchUmax(l-l.15)Umax牵引变电所最高母线电压，取29KV补偿装置的调谐系数(电抗比)1.15考虑电容器、电抗器的制造误差和电网频率的允许误差对a值的影响系数2.1电容器并联支路数的计算m=Q(nQO)Q安一一电容器实际安装容量Q0一一单台电容器容量n电容器串联数并联支路数应受下列允许值限制：最小允许值：Jin=(n-l)(n-UclU,)Ucl电容器组工作电压(KV)U'一故障电容器组电压，用电容器过电压Ll倍作为限制条件(KV)最大允许值：mx=2Wa*1O7CoUo2W允一一电容器允许的放电能量C0Uo2一一单台电容器故障瞬间具有的放电能量U0电容故障瞬间电压降Co一一单台电容器额定容量在牵引供电系统中，电抗器一端应接地，这样可使C-L接点对地电压小于电抗器两端都不接地的接线方案。同时，在施工时，应尽量避免接地网直接埋在电抗器下方，防止其动态工作特性发生变化，引起高次谐波谐振，造成不良后果。西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）2氏N&9共41页2. 2并联电容器组容计算条件3. 2.1确定计算步骤按电力系统与滤波支路组成的网络确定安全上限滤波率，从而确定综合最佳技术方案（按两臂补偿进行计算）。步骤一：设定偏差因子8f>l%（设备制造安装、运行误差和电网频率偏移等引起的综合误差），输入已知数据，赋初值，确定预想滤波率步骤二：调谐系数o步骤三：选定计算模型，由预想滤波率确定支路基波容性无功功率比例系数4；由网络结构参数确定实际滤波率dmno步骤四：若实际滤波率皿已稳定，便根据已确定的a、&等计算有关技术参数。步骤五：选择电容器和电抗器。步骤六：支路投切的暂态过程计算与校验及稳定运行校验。步骤七：输出有关参数及滤波效果的技术指标。4. 2.2确定计算条件（按目前常用的计算方式确定运行参数，同时，只考虑对含量较高的三次谐波进行滤波）。按完成实际行车量的要求，货车数由近期运量确定，考虑10%的波动系数;其他各类型列车按满载货车之计算条件如下：1、变电所名称：西昌供电段越西变电所变压器接线方式：三相/两相平衡变压器，电压比为110/27.5KV,短路电压为10.5%o变压器容量为2*16000KVA。最大运行方式下系统综合阻抗有名值为8.611,最小运行方式下系统综合阻抗有名值为H.775Q。补偿端口最大运行方式下系统综合阻抗有名值为5.74Q,补偿端口最小运行方式下系统综合阻抗有名半列进行计算。2、按完成实际行车量的要求，货车数由近期运量确定，考虑I嬲勺波动系数；西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）纸Ng10«41K其他各类型列车按满载货车之半列进行计算。3、按牵引变电所平均有功功率计算负荷需补无功容量，在本设计中只考虑第一-象限无功计量。鉴于线路为运量不大的单线铁路，按牵引变电所无电概率的90-95%考虑调整。4、补偿前，牵引侧功率因数为0.82,IlOKV侧功率因数为0.78。为使滤波装置安全、稳定的运行，应考虑最小运行方式的综合阻抗7.85Q。考虑电网频率的波动、运行环境等影响因素，取综合偏差因子为0.02。同时，实际构成滤波装置时，电容器串、并组合的容量离散度和安装容量总大于计算容量，为满足滤波时对无功的补偿要求且不过补偿，选择补偿后IlOKV侧功率因数按0.9（滞后）计算。5、无功补偿装置的调谐系数取0.125。序号车类列数1货上行/下行28/432客上行/下行12/123空上行/下行12/0表2-1列车对数（列/日）结合线路实际情况，考虑上、下行机车单位能耗一致，列车追踪间隔时间考虑为7分钟；货车牵引重量按3000吨计算，单耗为93.5KWh/万吨公里，时速为70kMh;客车牵引重量按100o吨计算，单耗为12L8KWh/万吨公里，时速为100kMh.示意图超前相（25km）滞后相（28km）列车带电走行时分（Inin）货上行/下行21.43/21.4324/24客上行/下行15/1516.8/16.8空上行/下行15/016.8/0列车走行时分（Inin）货上行/下行31.43/31.4334/34列车牵引能耗（KVAh）货上行/下行801.25/801.25915.4/915.4客上行/下行404.5/404.5441.04/441.04空上行/下行404.5/0441.04/0表2-2牵引计算结果2.3并联电容器组容量计算一、根据第四节的计算条件，按现行计算原则，首先考虑无功补偿效果，然后西南交通大学成人教育学院毕业设计(论文)纸N"共41页校验滤波情况。具体计算如下：1.补偿前平均有功功率P计算：两供电臂平均电流分别为：Iw=1.667Ni*Ai*103=1.667*(28*801.25+43*801.25+12*3*404.5)*103=119.IlAIjb=1.667*(28*915.4+43*915.4+36*441.04)*103=134.81A则平均有功功率为：Pr=IpUcos=119.11*27.5*0.82=2686(KVA)oP后=IPUeeOS='134.81*27.5*0.82=3040(KVA)。式中IP供电臂平均电流。U.牵引变电所母线额定电压。cos补偿前牵引侧功率因数。2、变电所无电概率计算：两供电臂列车追踪间隔分别为：nw=(31.43+31.43)/7=8.98njg=(34+34)/7=9.714两供电臂带电平均概率为：Pa=(71*21.43+24*15+12*15)/(1440*8.98)=0.15942PjB=(71*24+36*16.8)/(1440*9.714)=0.16505两供电臂无电概率为：Na=(1-0.15942)=0.2102Njb=(1-0.16505)9714=0.1734则变电所的无电概率为：N0=O.2102*0.1734=0.036453、两臂补偿无功容量计算（考虑第一象限无功西南交通大学成人教育学院毕业设计(论文)纸N&12共41页Qw=Ptt(lcos2l-l)-(lcos2Z-l)/(1-0.109824)=2686*0.317/0.89=95kavrQ后二P后(lcos2l-l)-(1cos22-1)/(l-0.109824)=3040*0.317/0.89=1083kavr4、两臂安装容量计算：Qirft=(1-0.125)(40/27.5)956=1783kavrQjbs=(1-0.125)(40/27.5)1083=2004kavr5、两臂实际安装容量计算选用BWFlO.5-100-1W型电容器，则两臂的并联支路数分别为：InIr=I783/(4*100)=4.46=5mjg=2004/(4*100)=5.01=6两臂实际安装容量分别为：Q实安=5*4*100=2000(Kvar)Q后实安=6*4*100=2400(Kvar)6、并联支路数校验：in=(4-1)/(4-31.43/11.55)=2.34InBU=2*4000*106/89*(1.2*1.414*10.5*1000)2)=8.727.校验合格2. 4补偿装置谐波校验2.1 .1两臂并补装置参数计算式如下：Xco=C)*10/QoXn=n*XcomXLI=aXciUCl=UM/(La)ICI=UCl/ICI西南交通大学成人教育学院毕业设计(论文)纸N&13共41页ICH=QO/UchLn=Xcl/11-11X.l电力系统阻抗归算到27.5KV有名值：最大运行方式下：Xs=3.6482最小运行方式下：Xs=6.81232.4 .2变压器单相阻抗归算Xb=2*27.510.5/(100*16)=9.9528包括主变在内的系统谐波阻抗计算式如下:超前相：Xsn=n(2Xs+Xb)滞后相:Xsn=n(3Xs2+Xb)项目超前项滞后项串、并联数n*m4*54*6实际安装容量(kvar)20002400单台电容器容抗XCO1101.981101.98电容器组基波容抗XCI881.58734.65电抗器基波感抗XLI110.291.83电容器组基波电压UCl31.4331.43电容器组基波电流Icl35.6542.78电容器组额定电流Ice47.6257.14并补装3次Xo336.7430.61置谐波5次Xo5374.68312.22阻抗7次Xaj645.46537.86系基波23.577420.1713统3次70.732260.5139阻5次117.887100.8565抗7次165.0418141.1991表2-3两臂并补装置参数计算表西南交通大学成人教育学院毕业设计(论文)纸N&14共41页两供电臂列车带电平均电流分别为：I*24*801.25/21.43=89.734（八）I后=2.4*9154/24=91.54（八）查阅供电臂95%最大车数一览表，结合现场实际运行情况得两供电臂的最大车数：Kw=3.52Kjg=3.11则两供电臂归算到27.5KV的谐波电流分别为：I3w=0.5*J37收*89.734*0.2=16.84（八）I5w=0.5*3752*89.734*0.1=8.42（八）I7w=0.5*352*89.734*0.06=5.052（八）I3js=0.5*3.11*91.54*0.2=16.14（八）k后二0.5*3.11*91.54*0.1=8.07（八）I7=0.5*311*91.54*0.06=4.842（八）由谐波分流计算ICU=InXj(Xen+Xctn),得到流入并补装置中的谐波电流为：Ia3W=16.84*70.7322/(70.7322+36.74)=11.08（八）Ici6W=8.42*117.887/(117.887+374.68)=2.015（八）Icl7M=5.052*165.042/(165.042+645,46)=1.029（八）Ia3JB=16.14*60.5139/(60.5139+30.61)=10.72（八）Id6后=8.07*100.8565/(100.8565+312.22)=1.97（八）Icl7jb=4.842*141.1991/(141.1991+537,86)=1.007（八）其等价三次谐波电流为：IM<=(11.08)z+(*2.0153)e+(7*1.0Z9/3)2=11.82（八）<0.5Icir后等=J(10.72)2+(*l.973)e+(7*1.007/3)2=11.46（八）<0.5Icjg通过以上校验得出结论：谐波电流校验合格，下面进行谐波电压校验。由UCn=LIXn得两供电臂并补装置的电容器电压分别为：西南交通大学成人教育学院毕业设计(论文)纸N&15共41页Udtt=31.43(KV)Uc3w=11.08*881.58/3=3.26(KV)Ue6tr=2.015*881.58/5=0.36(KV)Ue7r=L029*881.58/7=0.13(KV)则IL.=31.43e+3.26+0.36e+0.13£=31.6(KV)<1.1八.。Uc1jb=31.43(KV)Uc3后=10.72*734.65/3=2.62(KV)Uc6后=L97*734.65/5=0.29(KV)Uc7jb=1.007*734.65/7=0.Il(KV)则CU后二31.43¾.62e+0.Z9+0.Il2=31.54(KV)<1.lUjjgo式中Ua)=42KV。通过以上计算，谐波校验通过。西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）纸N&16共41页第3章并联电容补偿装置整定计算3.1并联电容器的保护原则1、电容器的保护分为正常运行时的保护和将故障电容器及时隔离出来而使系统和其它电容器继续运行的保护。2、对电压3.15KV以上的电容器必须在每个电容器上单独装设熔断器，根据熔断器标准，逐喷式熔断器的额定电流可取L5-L6倍的电容器额定电流，而限流式可取1.5-2.5倍电容器额定电流。3、对于电容器组，根据装设容量、网络构成等具体情况，可考虑采用下面几种继电保护： 过电压保护：使电容器组电压的升高不超过LnJn。 过电流保护：使流过电容器的电流不超过L3In° 失压保护：当母线电压低于某一规定值时或母线失压时，自动切除电容器组,防止电容器组与变压器同时投切或电容器带剩余电荷投入运行。为使故障电容器及时隔离出来，根据电容器接线方式可采用单星零序电流、零序电压、双星中性线差流、中性点差压、双三角形相横差和多串电容器差压等继电保护。4、为限制大气过电压和操作过电压，可采用氧化锌避雷器保护。5、为了降低因高次谐波引起的过电流，结合现场实际，应在补偿回路加装串联电抗器，降低回路的谐振频率，以抑制高次谐波和合闸涌流，降低操作过电压，但此时电容器的端电压要高于网络的运行电压。3. 2并联电容补偿装置保护的整定计算3. 2.1电流速断保护1、用于并补装置断路器到连接线的短路故障及母线的接地短路故障的保护，电流取自供给并补装置的总电流。其整定原则为：不因电力机车或电动车组产生的高次谐波电流而动作；不因电容投入时产生的涌入电流而动作。2、整定计算如下:西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）纸N&17共41页已知：压互变比27500/100；流互变比100/5动作方程：DLa其中：I并补支路总电流基波分量电流速断整定值1.¾*IyKK一一可靠系数，一般取L2Iyl并补装置投入时的涌入基波电流，按电容器组额定基波电流的计算见后。Iyw=182.4A1.后=2188A整定值如下：1.d尸182.4*1.2/20=10.94A1.d后=218.8*1.2/20=13.13A动作时限：OS3. 2.2过电流保护1、用于电流速断的后备保护及并补装置内部部分接点故障的保护，电流取自供给并补装置的总电流，其整定原则为：整定电流应小于最大正容差电容器长期允许电流，一般为L3倍额定电流；用延时的方法躲过合闸涌流。2、整定计算：Icw=47.62,L后=57.14动作方程：DLd其中：I并补支路总电流基波分量Ld过电流整定值定值计算：IZd=Ks*IcK1可靠系数，一般取1.3Ic一一并补装置基波最大负荷电流：Icw=47.62,Ice后=57.14西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）纸N&18共41页整定值如下：Igiw=47.62*1.3/20=3.IAIgljg=57.14*1.3/20=3.71A动作时限（按躲过并补装置最大合闸涌流整定）：0.5S3.2.3高次谐波过流保护1、用于并补装置谐波过电流保护，可根据流入并补装置的高次谐波允许值进行整定，电流取自供给并补装置的总电流。2、整定计算：谐波等价三次电流如下：IMIf=I1.82Ijbw=11.46动作方程：IQL其中：I等一一并补装置3、5、7次谐波等价3次电流1.d谐波过电流整定值整定计算：Ld=IJkkIhn电容器允许谐波电流值kk可靠系数，一般取L2Iam=47.62*0.5/20=1.2AI««57.14*0.5/20=1.43A动作时限:t=120S3. 2.4过电压保护1、用于保护并补装置的过电压。电压取自27.5KV母线电压，过电压受电容器装置的基波过负荷和电动车组的允许过电压两方面的限制。电容器装置最大使用电压，要在其额定电压的110%以下，保护延时动作于跳闸。2、整定计算：动作方程：U>UzdU母线电压基波分量西南交通大学成人教育学院毕业设计(论文)纸N&19共41页Uzd过电压定值整定计算：Uzd=(1.l.3)UnUn母线额定电压计算Utd=L15*100=115V整定时限：T=2S3. 2.5低电压保护1. 为并补装置“最后投入，最先开放”的原则而设置，低电压保护无特别保护意义，但设置其目的在于：防止在无负荷时电容器和变压器同时投入。因为在此情况下，会有很大的合闸涌流通过变压器和并补装置，使并补装置过电压或过电流，甚至使变压器、电抗器铁心严重饱和，所产生的高次谐波将可能引起谐振放大，此时，由于没有抑制谐波的有功负荷，该次谐波将被放大很多倍，给装置和系统带来严重后果。在电流恢复时，仅电容器不在投入状态，这样可防止电压恢复时，电容器上的残压大于10%的额定电压，避免恢复电压和残余电压迭加可能造成的装置过电压。低电压的电压检测也取自27.5KV母线电压。2、整定计算：动作方程：U<UzdU母线电压基波分量Uzd过电压定值整定计算：UZd=(0.50.6)UnUn母线额定电压计算Uld=0.6*100=60V整定时限：T=0.5S3. 2.6差电压保护1、用于电容器内部故障的保护。电容器内部故障时，最严重的是绝缘破坏，导致故障电流发生电弧使绝缘油分解、气化。由于电容器内部故障引起的故障电流增加较小，不足以使补偿装置的过电流保护或电流速断保护动作，从而使电容器内部故障西南交通大学成人教育学院毕业设计(论文)纸N&20共41页得以继续发展，致使外壳鼓肚破坏甚至爆炸，因此必须切除内部故障电容器。差动电压保护是一种灵敏度高，不受合闸涌流、高次谐波及电压波动影响的保护方式，它既可检查电容器的内部故障，限制事故扩大，又可兼作电压互感器匝间绝缘击穿的保护。正常时，因差压继电器的差电压为零，继电器不动作，当电容器内部元件发生故障时，两段电容容抗不再相等，继电器得到差电压，当大于整定值时，差压继电器动作并切除并补装置。2、整定计算(按单台电容器内部串联元件击穿率60%-80%进行整定)：ucd>uldUcd并补装置两组串联电容器电压基波分量之差Uxd差压定值计算步骤：1)确定电容器组中故障电容器端电压超过LI倍额定电压时，熔断器已切除电容器的台数限按MUJ(N(M-K)(I-D)÷K)1.IUcn式中：M并联电容器数N串联电容器数D补偿度UZ一母线最高电压Uco电容器额定电压经计算得出K二I计算差电压：U=(M-(N-I)(M-K)*Umax(N(M-K)(I-D)+K)定值计算：UZd=AU/K(Kk可靠系数，取L3L5)Uzd=837西南交通大学成人教育学院毕业设计(论文)纸Ng21共41页动作时限：T=0.IS3.2.7差电流保护用于并补装置接地故障的主保护，其原理图如下：图3-1差流保护原理图整定计算方案：1、保护功能主要用于并补装置的绝缘不良或者接地保护。2、整定计算：动作方程：IALdIca并补装置差电流基波分量1.d差电流定值定值计算：IZd=KI*K*AJ*1.其中：Im=(1+(VXi)(l/2)L式中：K1可靠系数，一般取L3Ktx一一同型系数，顶流互与底流互同型时取0.5,不同型时取LO西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）纸N&22共41页fmx一一流互最大允许误差，取0.1I-X并补装置投入时涌流有效值In并补装置额定电流具体计算：I.bm=182.4AI后i=2188AIsdw=L3*1*0.1*182.4/20=1.19A1.d后=L3*1*0.1*218.8/20=1.42A动作时限：根据故障要求取T=OS西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）纸N&23共41页第4章运行分析另外，保护系统必须注意补偿电容器在自动投入时，电容器上的电压叠加问题，当一组电容器退出运行后，在再投入前，必须保证其充分放电后再投入运行。保证其在再投入时其上的残余电压值降低到允许的电压范围以内，避免由于再投入时残余电压与额定电压的叠加造成电容器上的过电压损坏。其次控制系统中，特别需要注意的是工作电源、信号电源等检测量的相位的正确配置。正确的向量配置是设备调试能顺利进行的有力保证和最起码的要求，否则，会给调试工作带来不必要的麻烦和增加许多不必要的工作量，以至于有时可能会调不出正确结论。高压电容器自动补偿装置的保护和控制，除常规的保护和控制外，还有一些特殊的需要注意的问题。我们在实际工程中遇到的一些在保护系统设计和调试过程中容易忽略的问题，一并在此作简单介绍。在实际工程中，根据电动机数量，一般采用78步控制投入。保护系统除过电压、过电流等常规保护外，必须注意采用完善的三相保护，避免因单相故障造成的保护失灵和故障扩大。合理配置限制涌流的电抗器，严格防止电磁谐振现象造成的破坏。控制系统的设计随着使用元件不同结构略有差异。例如：补偿装置的接触器，若使用电磁式真空接触器，开/停为一个信号的10状态，若使用机构式接触器或者采用真空断路器时，其开/停必须是两个独立的信号。两种控制各有优缺点，从节能、噪音等不同角度各有不同结论。仁者见仁，智者见智。设计可根据工程具体情况采用经经济、合理、实用和技术先进的设备配置。采用机构式接触器或者采用真空断路器时的控制原理见电容器自动补偿装置控制原理图。3.1 运行状态为了验证装置设计运行的正确性，下面列出西昌供电段成昆线越西牵引变电所A相并联补偿装置的运行情况。投运口期：1999年12月19日。故障情况：1、2002年11月9口5时12分，221DL低电压动作；9时20分，值班人员投运西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）纸N&24共41页A相并补装置，20IA动作。巡视电容室发现：真空221DL灭弧室击穿，绝缘支持杆及上部支持瓷瓶烧坏，27.5KV母线避雷器动作1次。2、2002年11月21日8时09分，22IDL低电压动作；13时36分，值班人员投运，20IA动作。巡视电容室发现，221DL真空灭弧室击穿，断路器机构箱顶烧出一圆弧形小孔，绝缘支持杆及上、下部绝缘支持瓷瓶烧坏，27.5KV母线避雷器动作。3、2002年11月29日3时06分，A相低电压动作；18时08分，值班人员投运221DLo巡视高压室发现，电抗器着火。在一个月内，该组补偿装置连续发生三次较大故障，为了搞清设备故障原因，按照事故处理“四不放过”的原则，我们作了大量的试验论证工作。4. 2原因分析经过分析，造成上述故障现象的可能原因在两个方面：1、系统操作过电压。2、系统内过电压。为了查清故障真正原因，我们总体作了下列试验工作，并进行了初步故障原因分析：1、检查保护装置的整定值低电压动作电压60V,动作时限0.ISo动作时限0.IS明显偏短，一旦接触网线路出现短路故障导致母线电压降低时，投切并补装置的断路器便会接受“低电压动作”的命令而动作。由于该段线路为混合牵引线路，瓷闪情况频率大，211、212DL（馈线断路器）、221DL动作频繁，由此产生的分闸过电压对装置的冲击次数较多，致使并补装置回路电气设备绝缘逐步破坏，出现烧坏电抗器的故障。2、检查断路器的工作性能出现第一次故障后，我们对断路器的工作性能进行了检查和恢复：断路器分、合闸时间符合规定；断路器行程、超程符合规定；断路器绝缘符合规定；西南交通大学成人教育学院毕业设计（论文）纸N&25共41页真空灭弧室真空度符合规定。3、检查并补装置的调谐系数我们对调谐系数进行了校验：为了排除相邻运行线路对电抗器参数测试的影响，申请全所停电对各项参数进行测试（采用交流调压法测试感抗进行验证），各项指标均符合规定。4、检查一次保护设备1）通过检查，该并补装置在设计变更时，考虑到单个设备的耐压性能，取消了分、合闸并联保护回路，以母线避雷器作为电容器分合闸过电压的放电回路。同时电压互感器也作为放电回路之一对电容器进行放电，防止在下一次投运时电容器电压过高。2）电抗器末端接地良好，各种地线布置合理，不会对电抗器的动态感应特性产生较大的影响。5、电力系统相序核实电力系统是否因“农网改造”或“负荷调整”对相序进行了调整，导致牵引变电所的重负荷臂落在了滞后相，而装置设计滤波能力不足，造成系统某次高次谐波振荡产生“系统内过电压工经过核实，电力系统未对相序进行调整。6、分析操作过电压的情况并补装置合闸过电压分析（如下图）：如