淺談改進型CKY與MSC的比較
摘要:近年來,電力系統中出現了多種新型的無功靜止補償裝置,它們與傳統的無功靜止補償裝置存在一些共同點,同時它們也具有自身的特性。從技術經濟角度出發,對新型晶體管串聯調壓電容無功補償裝置(改進型CKY)與傳統機械開關投切電容器組(MSC)進行分析比較。
關鍵詞:機械開關投切電容器組(MSC) 晶體管串聯調壓電容無功補償裝置(改進型CKY) 技術經濟性能 比較
0 引言
隨著社會的進步和科學發展,用戶和電力系統自身在提出穩定運行要求的同時,對電能的頻率、電壓和波形也提出了越來越高的質量要求。從技術經濟的角度考慮,電力系統通常在線路末端并列無功靜止補償設備,以保證線路末端電壓的質量。
各種無功靜止補償裝置的作用都是通過改變自身阻抗的大小,與系統的阻抗相匹配,達到調節進線無功、接入點電壓和維持功率因素的目的。同時,它還對電力系統的穩定狀態和過濾過程發生作用,但其本身并不具備生產、傳輸和分配電能的功能。現在電力系統中有兩種比較典型的無功靜止補償裝置:一種是廣泛使用的機械開關投切電容器組,簡稱MSC;另一種是近年來新型的晶體管串聯調壓電容無功補償裝置,簡稱改進型CKY。
1 機械開關投切電容器組(MSC)的工作原理
機械開關投切電容器組是通過控制機械開關的合分投切電容器組
QC-電容器組的無功功率;QF-機械開關(每一組電容器用一個機械開關來控制其投切);U-10千伏母線或35千伏母線的電壓;XC-電容器組的電抗;
QC=U2/XC...............................公式1
根據公式1可知,通過改變投入電力系統電容器組的數目,而改變電容器組的電抗XC,使電容器組的無功功率發生變化,達到調節無功功率的目的,使被控母線的電壓控制在規定范圍內。當負荷增加時,系統電壓降低,低于規定范圍的下限值時,可以通過合上機械開關,增加電容器組的投入量,使電容器組的電抗XC減小,使電容器輸出的無功功率QC增加,使被控母線的電壓升高至規定范圍內;反之,當負荷減少時,系統電壓升高,高于規定范圍的上限值時,可以通過斷開機械開關,減少電容器組的投入量,使電容器組的電抗XC增加,使電容器輸出的無功功率QC減少,使被控母線的電壓降低至規定范圍內。
2 晶體管串聯調壓電容無功補償裝置(改進型CKY)的工作原理
電容器安裝在輔助變壓器的副邊繞組,它與晶體管開關組合是串聯關系
QF-高壓開關;1-8:均為晶體管開關,如圖3;U-輔助變壓器原邊繞組電壓,也是110千伏(或220千伏)母線電壓;UC-電容器電壓;E-輔助變壓器副邊繞組電勢;W3-輔助變壓器副邊固定繞組;W2、W1-輔助變壓器副邊調節繞組;K-輔助變壓器副邊繞組與原邊繞組的匝數之比,小于1;
UC=U-E=U-KU=U(1-K)………………………………公式2
QC=UC2/XC=U2*(1-K)2/XC…………………………………公式3
根據公式3可知,通過改變K來改變電容器上的電壓UC,從而達到調節無功的QC目的。K的改變是通過晶體管開關組合來實現的,它可使輔助變壓器副邊調節繞組W2、W1正接、反接或不接入電路,使輔助變壓器副邊繞組的等效匝數改變,從而達到改變K。當負荷增加時,系統電壓降低,低于規定范圍的下限值時,可以減少輔助變壓器副邊繞組等效匝數,使K變小,使電容器輸出的無功功率QC增加,使被控母線的電壓升高至規定范圍內;反之,當負荷減少時,系統電壓升高,高于規定范圍的上限值時,可以增加輔助變壓器副邊繞組等效匝數,使K變大,使電容器輸出的無功功率QC降低,使被控母線的電壓降低至規定范圍內。
3 改進型CKY與MSC的比較
機械開關投切電容器組(MSC)與晶體管串聯調壓電容無功補償裝置(改進型CKY)都屬于無功靜止補償裝置,都只能發出無功,而不能吸收無功,它們在技術經濟方面都有自身的特點。
3.1 改進型CKY與MSC的技術性能比較
3.1.1 MSC的分級少,一組為一級,一般情況一個變電站下只有6-8組,所以它的單級容量大,不能滿足調壓精度要求,主變需要采用有載分接頭開關與它配合調壓,才能滿足調壓要求;改進型CKY輔助變壓器副邊調節繞組W2、W1可以正接、反接或不接入電路,它們與輔助變壓器副邊固定繞組W3有多種組合方式,每一種組合方式都對應一個級,所以改進型CKY的分級多,它的單級容量小,能滿足調壓精度要求,主變可取消有載分接頭開關,采用無載分接頭開關代替。
3.1.2 MSC切除后,不能立即再投入,因為電容器沒有放電,若立刻投入可能引起很大的沖擊電流,所以不具備調壓快速性;MSC采用真空開關,一般是1年檢修一次,開斷1000次就需要檢修,即真空開關平均每天只能開斷3-5次,固不可頻繁調節;改進CKY的晶體管開關可以頻繁斷合,并且它的換級時間很短,所以它可以快速頻繁調節電壓。
3.1.3 事故后,MSC不具備調壓快速性,它不能及時的投入足夠的組數,所以它防止電壓崩潰的能力差;改進型CKY具備調壓快速性,它能在很短的時間內(1秒內),換級完成,發出足夠的無功,保證電壓在額定電壓的0.8倍及以上,可以可靠的防止電壓崩潰。
3.2 改進型CKY與MSC的經濟性能比較
3.2.1 MSC的構成簡單,每一組只包括一套低壓真空開關和一套電容器組,但它對變電站主變的要求較高,要求主變選用有載分接頭開關,并且它只能安裝在低壓側10千伏或35千伏母線上,所以要求主變第三繞組的容量大。
3.2.2 改進型CKY的構成較復雜,每一套包括一套110千伏高壓開關及電流互感器、一臺輔助變壓器、一套晶體管開關組合和一套電容器組,但它對變電站主變的要求相對較低,只要求選用無載分接頭開關、第三繞組的容量小的主變。
無載分接頭的變壓器比有載分接頭的變壓器節約投資20%;主變第三繞組容量的減少,可以大大降低投資,繞組的造價一般占該變壓器造價的50%。下面,對同一變電站的無功補償裝置設計兩種方案:方案一只含改進型CKY,方案二只含MSC。假設這變電站的主變容量為300兆伏安,電容器容量為200兆乏,改進型CKY與MSC的經濟性能比較。
4 結束語
通過對機械開關投切電容器組(MSC)與晶體管串聯調壓電容無功補償裝置(改進型CKY)在技術經濟性能方面比較,得出以下結論:近年來新型的改進型CKY雖然在價格方面略高于傳統的MSC,但改進型CKY的技術性能遠遠高于MSC。在電力系統無功補償裝置發展中,改進型CKY將是未來的一個發展方向。

責任編輯:電力交易小郭
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