10 kV变台电容器组投切检测负载装置研究

吴晗序 ，段慧娟 ，伊文龙 ，牟 童 ，田博文，王飞鸣，王金辉，郎福成

（1.辽宁东科电力有限公司，沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 国网高电压强电流实验室，沈阳 110006）

引言

10 kV柱上变压器台区一体化检测关键技术研究与应用对提升配电台区的标准化、集成化和智能化水平，满足配网装备“成套化、一体化、智能化”的发展趋势，提高配电网工程质量，提升工作效率等具有非常重要的意义[1‐3]。10 kV变台一体化检测方面存在如下问题：①现行配电自动化设备检测方法的系统功能、性能及可靠性无法验证，配电自动化建设中面临的配电无功补偿准确性、一二次接口的兼容性和扩展性、二次设备供电电源可靠性等问题，且无标准的检测方法和检测条件；②10 kV变台一二次设备融合后，其一、二次设备间产生相互干扰，现场运行时误操作、拒动、数据失真等故障现象频发，目前国内暂无科学、有效的一二次融合配电变台系统可靠性的评估方法和标准体系[4‐6]。

本试验研发10 kV变台电容器组投切检测负载装置，建立设备可靠性评估体系和检测环境，以提升配电设备运行水平、运维质量与效率。

1 设计参数及要求

变压器额定容量：200/400 kVA；变压器额定电压：10 kV/400 V；负载功率因数调节范围：0.7～0.95；共补电容器组：（3*10+3*20）kvar（400 kVA）；（5+2*10+20）kvar；（200 kVA）；分布电容器组：（10+20）kvar（400 kVA）；（5+10）kvar；（200 kVA）。

设计变压器低压侧负载电路，要求负载功率因数可调，负载电流不大于250 A，可通过调整线路功率因数检测电容器组投切响应时间及准确率。按照GB/T 29312—2012的规定，检测电容器投入响应时间以及电压、电流波形。

2 可调负载并联电路设计

根据变压器无功补偿容量配置条件，分别设计共补5 kvar、10 kvar和20 kvar负载支路，通过投切不同容量的负载支路，分别检测电容器投切响应时间及涌流值。变压器等效参数为L=0.05 mH，R=0.2 mΩ；R1=19 Ω。电容器组在电流过零时刻关合。

共补负载装置为三相设备，额定电压为400 V，每相设备共有7个并联支路，1个电阻支路提供有功电流12 A；3个提供10 kar无功电流的电感、电阻串联支路；3个提供20 kar无功电流的电感、电阻串联支路；每个支路串有投切开关负责每个并联支路的投入和切除。每个投切开关投入切除时间时序可控，时序控制精度≤1 ms。工作制：每次短路持续时间30 s，间隔3 min，连续工作100次。仿真计算主回路与支路开关关合操作涌流值与开断操作过电压值，仿真波形如图1所示。

图1 主回路电容器投切波形

分补负载回路电路中变压器等效参数为L=0.05 mH，R=0.2 mΩ；R1=19 Ω。分补负载装置为三相设备，额定电压为400 V，每相设备共有两个并联支路，1个支路提供10 kar无功电流的电感、电阻串联支路，每个支路电流为i=22∠-45°A；另一个支路提供20 kar无功电流的电感、电阻串联支路，每个支路电流为i=44∠-45°A；每个支路串有投切开关负责每个并联支路的投入和切除。每个投切开关投入切除时间时序可控，时序控制精度≤1 ms。工作制：每次短路持续时间30 s，间隔3 min,连续工作100次。仿真计算主回路与支路开关关合操作涌流值与开断操作过电压值，仿真波形如图2所示。

图2 主回路电容器投切波形

3 变压器台区无功补偿装置一体化检测试验

以400 kVA容量变台为例，在此检测系统对变台进行检测[7,8]。电容器组采用复合开关投切，实现无功需量自动投切的智能控制。10 kV一体化柱上变压器台区无功补偿装置功能试验主要包括：电容器涌流试验、电容器动态响应时间试验、电容器投切试验。电容器组投切电流及电压波形如图3所示。

图3 10 kV变压器台区无功补偿动态投切主回路三相电压及电流波形

4 结论

经过测试，这个试验检测系统设计方案可以模拟10 kV配电网络不同负载工况的性能，通过调节负载阻抗值来改变线路功率因数，进而检测10 kV变压器台区中变压器模块、低压传感器模块、无功补偿模块、智能控制单元等装置的一体化协同工作性能。