臺灣博碩士論文加值系統

電力系統中包含許多複雜電磁暫態現象，其中電容開關切換會產生異常過電壓及極大突入電流威脅電力設備。雖然過去有許多文獻提出關於電容開關暫態探討及抑制方法;但電容開關暫態突波造成的事故仍頻傳。本報告為探討異常發生原因，尋求改善及解決方案，以避免類似事故一再發生。首先針對並聯電容器組中少數電容器單體燒損後造成中性點電壓不平衡現象，分析電容器單體因而承受的過電壓，適時將並聯電容器組予以切離，防止系統產生更大損害。再彙整了一般常用的抑制方法，透過實際台電電力系統上變電所的並聯電容器組切換，利用MATLAB/SIMULINK 模擬軟體得到模擬結果對照分析。本報告彙整抑制方法及模擬結果可在實際系統上應用，減少電容開關暫態突波事故發生率。

They are many complicated magnetic transient phenomena in the power system, in which the capacitor switching producing abnormal overvoltage and extremely surge current would menace the power equipments. Although many existing papers presented some methods to remedy the capacitor switching transients in the past, the capacitor accidents of switching transients still happen all the time. Some methods to improve and solve process for searching those abnormal causes in this report are provided, avoiding the similar cases happen. First, the phenomena about neural voltage imbalance caused by few capacitors burnt in the shunt capacitor unit are presented, capacitor unit overvoltage is analysed for switching off shunt capacitor bank at proper time to prevent more damages in the system. Then, common remedy processes are collected. The Taipower system was used to be a test system for illustrating the capacitor switching using MATLAB/SIMULINK. Through the remedy method collection and simulation results upon a realistic system, the accidents caused by capacitor switching can be reduced.

第一章: 說明本報告研究動機及背景，並回顧相關論文之研究。
第二章: 說明目前台電公司系統上使用電容器組之材料規範，並依IEEE 電容器額定及特性規範整理，及國內使用之『屋內線路裝置規則』之規定介紹。
第三章: 針對電容器組連接方式及保護方式探討分析，並說明電容器故障造成不平衡電壓之影響。
第四章: 分析電路切換暫態現象及並聯電容器組切換暫態探討。
第五章: 本章彙整了一般常用的抑制方法來做討論分析。
第六章: 本報告工具使用之方法:MATLAB/simupowersystems toolbox介紹。
第七章: 實際台電電力系統上變電所模擬測試。
第八章: 將上述各章節做一總結。

表目錄
表2.1 耐壓試驗規定值------------------------------------------------------8
表2.2 電容器之設備接地--------------------------------------------------12
表3.1 電容器個別保護熔絲選用-----------------------------------------17
表3.2 電容器短時過電壓運轉能力--------------------------------------18
表3.3 一般電容器組保護方法--------------------------------------------18
表5.1 避雷器不同裝設位置對過電壓大小的影響--------------------49

圖目錄
圖3.1 電容器組Δ接線---------------------------------------------------14
圖3.2 電容器組Y接線中性點接地-----------------------------------14圖3.3 電容器組Y接線中性點不接地---------------------------------15
圖3.4(a) 並聯電容器組過電流保護使用過電流電驛保護------------16
圖3.4(b) 使用群組熔絲保護---------------------------------------------16
圖3.5 Y接線中性點不接地並聯電容器組架構圖-----------------20
圖3.6 雙Y接線中性點不接地並聯電容器組架構圖---------------22
圖3.7 23.9KV或11.95KV Y接中性點不接地並聯電容器組-----23
圖3.8 2組SC 3000KVAR Bank運轉之結構-------------------------24
圖3.9 單組6000或9000KVAR SC Bank 運轉之結構--------------24
圖3.10 引接示意圖---------------------------------------------------------24
圖4.1 理想電路斷路器之啟斷------------------------------------------33
圖4.2 斷路器啟斷故障電流實際三相電壓波形---------------------33
圖4.3 RL電路斷路器之投入現象--------------------------------------34
圖4.4 斷路器清除短路故障等效電------------------------------------36
圖4.5 斷路器啟斷短路故障波形---------------------------------------37
圖4.6 絕緣恢復特性------------------------------------------------------38
圖4.7 IEEE 暫態再襲電壓標準測試波形----------------------------39
圖4.8 LC共振暫態電路說明--------------------------------------------40
圖4.9(a) 單一電容器組投入電路-------------------------------------------41
圖4.9(b) 背對背電容器組投入電路----------------------------------------42
圖4.10 三相電容器組之啟斷暫態電路---------------------------------43
圖4.11 暫態再襲電壓峰值與C1/C0關係圖-----------------------------43
圖5.1(a) 斷路器使用並聯限流電阻----------------------------------------45
圖5.1(b) 斷路器使用串聯限流電阻----------------------------------------45
圖5.2 電容器組與系統等效電路圖------------------------------------46
圖5.3 兩種閘流體控制之電容器組態---------------------------------50
圖6.1 宋屋變電所系統模型---------------------------------------------51
圖6.2 三相斷路器方塊設定---------------------------------------------52
圖6.3 三相電源方塊設定方式(一)-------------------------------------53
圖6.4 三相電源方塊設定方式(二)-------------------------------------53
圖6.5 三相變壓器方塊設定---------------------------------------------54
圖6.6 三相負載設定方塊-----------------------------------------------55
圖6.7 #1主變壓器區塊------------------------------------------------55
圖6.8 建構#1主變壓器區塊--------------------------------------------56
圖6.9 資料收集方塊------------------------------------------------------56
圖6.10 波形方塊-----------------------------------------------------------57
圖6.11 電壓、電流波形取樣流程----------------------------------------57
圖6.12 相電壓K值方塊設定---------------------------------------------58
圖6.13 相電流K值方塊設定---------------------------------------------58
圖6.14 模擬參數設定------------------------------------------------------59
圖6.15 並聯電容器組開關投入暫態波形------------------------------59
圖7.1 宋屋變電所單線圖------------------------------------------------62
圖7.2(a) A相電壓0˚時SC投入三相電壓、電流波形------------------63
圖7.2(b) A相電壓90˚時SC投入三相電壓、電流波形-----------------63
圖7.2(c) A相電壓180˚時SC投入三相電壓、電流波形---------------64
圖7.2(d) A相電壓270˚時SC投入三相電壓、電流波形---------------64
圖7.2(e) A相電壓0˚時 SC 切離三相電壓、電流波形------------------65
圖7.2(f) A相電壓90˚時 SC 切離三相電壓、電流波形-----------------65
圖7.2(g) A相電壓180˚時 SC 切離三相電壓、電流波形--------------66
圖7.2(h) A相電壓270˚時 SC 切離三相電壓、電流波形--------------66
圖7.3 電容器組切離後放電情形-----------------------------------------67圖7.4(a) SC在A相電壓0˚時切離之電壓、電流波形------------------68
圖7.4(b) SC在A相電壓90˚時切離之電壓、電流波形-----------------69
圖7.4(c) SC在A相電壓180˚時切離相電壓、電流波形---------------69圖7.4(d) SC在A相電壓270˚時切離之電壓、電流波形---------------70
圖7.5 深美變電所11/22KV單線圖--------------------------------------71
圖7.6 #1SC單獨投入時之電流波形-------------------------------------73
圖7.7 系統再投入#2SC之電流波形-------------------------------------74
圖7.8 #1SC切離時之電流波形-------------------------------------------74
圖7.9模擬#1SC單獨投入時三相電壓、電流波形------------------------75
圖7.10 模擬系統再投入#2SC時三相電壓、電流波形-------------------75
圖7.11 模擬#1SC切離時三相電壓、電流波形----------------------------76
圖7.12(a)插入電阻R=10Ω時，#1SC投入之三相電壓、電流波形----77
圖7.12(b)插入電阻R=10Ω時，#1SC切離之三相電壓、電流波形----77
圖7.13(a)插入電阻R=20Ω時，#1SC投入之三相電壓、電流波形-----78
圖7.13(b)插入電阻R=20Ω時，#1SC切離之三相電壓、電流波形-----78
圖7.14(a)插入電阻R=30Ω時，#1SC投入之三相電壓、電流波形-----79
圖7.14(b)插入電阻R=30Ω時，#1SC切離之三相電壓、電流波形-----79
圖7.15 頂湖變電所69KV單線圖----------------------------------------81圖7.16 三相電容器組切離時之Ia, Ib 及Inct波形---------------------82圖7.17 三相電容器組投入(A相少一個100kVAR電容器)
時之Ia, Ib 及Inct波形-----------------------------------------82
圖7.18 三相電容器組切離(A相少一個100kVAR電容器)
時之Ia, Ib 及Inct波形--------------------------------------------83
圖7.19(a) #1SC切離時之三相電壓、電流波形----------------------------86
圖7.19(b) #1SC切離時Vnct及Inct波形---------------------------------------86
圖7.19(c) #1SC投入(A相少一個100KVAR電容器)
時之三相電壓、電流波形---------------------------------------87
圖7.19(d) #1SC投入(A相少一個100KVAR電容器)
時之Vnct及Inct波形-----------------------------------------------87
圖7.19(e) #1SC切離(A相少一個100KVAR電容器)
時之三相電壓、電流波形---------------------------------------88
圖7.19(f) #1SC切離(A相少一個100KVAR電容器)
時之Vnct及Inct波形----------------------------------------------88
圖7.20(a) #1SC(A相少一個100KVAR電容器)未加入6% 串聯電抗器
投入之三相電壓、電流波形------------------------------------89
圖7.20(b) 圖7.20(b) #1SC(A相少一個100KVAR電容器)未加入6% 投入之Vnct及Inct波形------------------------------------------89
圖7.21加長#1SC切離模擬時間(A相少一個100KVAR電容器)
Vnct及Inct波形圖-------------------------------------------------91
圖7.22 台北變電所69KV單線圖-----------------------------------------92
圖7.23 #3SC電容器組投入時之電壓與電流----------------------------93
圖7.24 #3SC電容器組切離時之電壓與電流波形----------------------93
圖7.25 模擬#3SC電容器組投入時三相電壓、電流波形----------------96
圖7.26 模擬#3SC電容器組投入時三相電壓、電流波形----------------97
圖7.27 #1SC未加入6% 串聯電抗器投入之三相電壓、電流波形-----97
圖7.28 #1SC加入6% 串聯電抗器投入之三相電壓、電流波形--------98

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