高压动态无功补偿成套装置ZRSVG

 

 

         技术方案

 

1方案概述

    本方案根据客户提供的无功补偿数据可知，现场为 10kV 配电系统柜母线，需要装设3Mvar/10kV动态无功补偿装置1套来实现，不仅可以达到稳定电网功率因数、电压的目的，提升用户电能质量，优化区域电网，而且降低了成本，减少了客户的投入。

2 设计目标及标准

2.1设计目标

1）进线点（电力部门计量点）的实时功率因数值高于0.95（无过补，可设定）；

2）在补偿容量范围内，输出谐波电流总畸变率（THD）小于3％。

3）成套装置以 10 kV侧母线无功功率、 10 kV母线电压作为控制目标，成套装置额定补偿容量为3000kvar。

4）成套装置可动态跟踪电网电压变化及负载变化，并根据变化情况动态调节无功输出，实现高功率因数运行。动态响应时间不大于5ms。

5）成套装置输出谐波电流总畸变率（THD）小于3％，SVG具有有源滤波功能，达到输出电压谐波含量满足国标要求。

6）成套装置应具有短时过载能力，过载无功补偿容量为成套装置总容量的10%可长期运行。

7）成套装置采用强制风冷，技术先进、运行安全可靠，适应现场环境。冷却风机采用高效静音风机，产生的噪音应符合国家标准。

8）完善的保护功能；

9）友好的人机界面；

10）灵活的通讯接口；

2.2执行标准

设备的制造、试验和验收除了满足本技术协议的要求外，还符合下列国家标准或相应的IEC标准：

GB11920-89       《电站电气部分集中控制装置通用技术条件》

SD205-1987       《高压并联电容器技术条件》

GB50227-95       《高压并联电容器装置设计规范》

GB11024       《高电压并联电容器耐久性试验》。

GB11025       《并联电容器用内部熔丝和内部过压力隔离器》。

GB50227          《并联电容器装置设计规范》

GB3983.2-89      《高电压并联电容器》

GB3983.2      《高压并联电容器》

GB1985-89     《交流高压隔离开关和接地开关》

GB 10229-88      《电抗器》

DL/T653-1998  《高压并联电容器用放电线圈订货技术条件》

JB/T 3840-1985   《并联电容器单台保护用高压熔断器》

DL/T620       《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》

GB/T 11032-2000  《交流无间隙金属氧化物避雷器》

GB1985           《交流高压隔离开关和接地开关》

G/T 12325-2003   《电能质量  供电电压允许偏差》

GB/T14549-1993   《电能质量 公用电网谐波》

3设计方案

3.1 补偿方案的确定

     依据技术要求，装置运行电压等级为10kV，动态无功补偿与谐波治理装置（ZRSVG方式）1 套，ZRSVG设备采用直挂式，以进线无功功率及母线电压作为控制目标，动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动态调节无功输出，实现变电站在任意负荷下的高功率因数运行，满足功率因数稳定在0.95（可设定）以上。每套装置额定补偿容量为 3000 Kvar。动态无功补偿装与谐波治理成套装置ZRSVG本体部分采用户内安装。

3.2 SVG技术参数

3.2.1 SVG装置的组成

本方案提出的3000KVar/10KV的ZRSVG发生器，采用基于瞬时无功功率理论的无功检测方式，以进线无功功率及母线电压作为控制目标，动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动态调节无功输出，实现变电站在任意负荷下的高功率因数运行。采用先进进口的全控型器件IGBT，开关频率不低于500Hz。装置主回路元件的选用留有足够的电压、电流裕度，元件有良好的dv/dt，di/dt特性。

IGBT组成的H桥功率单元级联作逆变主电路的结构形式，并辅助以小容量储能元件。它的输出电压由多个电平台阶合成阶梯波，经过输出电抗滤波后正弦度好。这种逆变器由于输出电压电平数的增加，使得输出波形具有更好的谐波频谱，并且每个开关器件所承受的电压应力较小，不需要均压电路，可避免大的dv/dt所导致的各种问题。

系统主电路应采用链式串联结构，星型连接，每相如图3.1所示由12个换流链模块（功率单元）组成，并采用冗余设计，满足“N-1”的运行要求；

    

               图3.1主电路链式串联结构

每个功率单元简化电路如图3.2所示。每个功率单元均具有完善的保护措施，并且各工作状态均送回主控单元，主控与各单元信号连接均采用光纤。从图3.2可以看出，功率单元主回路是典型的“H”桥电路。

         

 

 

 

 

 

 

 

图3.2 功率单元简化电路

进线柜为10KV电缆接入点，主要包括输出电抗器，开关器件，电压互感器检测器件等。

图3.3整机外形示意图

图3.4整机地基示意图

 

 

3.2.2 控制及保护系统功能

装置内部出现任何电路故障均有告警、停机等相应对策，及时上传，不会对上级系统造成影响。成套装置实现自动检测、远程手动投切和近程手动投切，各种方式之间有可靠的闭锁，防止发生事故。检测、控制均实现完全自动无人值守。

3.2.2.1控制屏的外形及组成

控制屏就地安装，采用柜式结构，柜体选用优质 “三防”产品，抗强电磁干扰能力强。信号传输通道中用的光纤及附件采用进口优质产品。其它控制系统中的附件，如各类集成电路等都采用国外的知名公司产品。

控制系统由主控机箱、PLC（可编程逻辑控制器）和触摸屏等几个主要部分组成。各部分应实现以下功能：

触摸屏：人机界面；

PLC：控制触摸屏的显示与操作，并完成 10 kV母线电容器组的投切控制。其中一个RS485串口与主控机箱连接，另一个RS485口与触摸屏连接。

主控机箱：具有自主知识产权及专利的全数字化控制器，由各功能板卡组成，采用分相瞬时电流控制策略。

3.2.2.2主控制器的基本功能

成套装置控制系统应可根据系统电压/无功的变化情况，实现脉冲发生和分配功能，自动调节装置无功输出和控制并联电容器的投切；

成套装置具有供值班员使用的参数设置功能，所有设置的内容不受停电和干扰信号的影响；

3.2.2.3通讯功能

控制器应具有和上位机通讯的标准化接口。采用通讯管理机实现就地和远方通讯。同时控制具备与变电站综合自动化联网的功能，高压开关柜的合闸、分闸及状态监控在后台保护上实现。

通讯采用RS232C、RS485等通讯接口，采用标准Modbus或用户自定义等多种通讯协议。

3.2.2.4 显示功能

控制器应采用液晶显示器，具有友好的人机界面，数据保存6个月以上。可提供如下功能：

主接线图

实时电量参数显示（电压、电流、功率因数、及补偿曲线等）

历史事件记录

链式装置单元状态监视

显示当前时间、保护动作时间，显示保护类型、保护动作时间等信息。

记录相应的动作响应时间

3.2.2.5保护功能

成套装置应采用了综合保护策略，以提高装置可靠性；

保护保护类型如下：母线过压、母线欠压、过流、速断、直流过压、电力电子元件损坏检测保护、丢脉冲、触发异常、过压击穿、阀室超温、保护输入接口、保护输出接口控制和系统电源异常等保护功能。

3.2.3 基本技术参数

本装置满足调节系统电压、改善功率因数及治理谐波等技术要求，并达到以下技术指标：

1）额定电压等级和额定电流

     SVG装置的输出额定电压等级为10KV，额定电流为173A。

2) 功率因数补偿

在补偿容量足够前提下，进线点（电力部门计量点）的功率因数值高于0.95（无过补）。

3)输出容量

SVG装置能实现输出容量从感性3000kvar至容性3000kvar连续、平滑、动态、快速调节的功能。

4)响应时间

本装置的响应时间能实时动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动态调节无功输出，实现任意负荷段的高功率因数运行。动态响应时间≤10ms。

5) 谐波特性

动态无功补偿装置输出电流谐波含量能满足国标要求，并实现有源滤波功能。

6)运行效率

装置运行过程中，*大有功损耗不大于成套装置总输出容量的2%。

7) 过载能力

动态无功补偿装置具有短时（1s）过载能力，过载容量为成套装置总容量的15%。

8)冷却方式

动态无功补偿装置采用强迫风冷方式，能较好的适应现场环境。

3.2.4 装置运行环境条件要求

3.2.4.1自然条件

1. 环境温度：          *高+45℃

                       *低-30℃

2. 耐震能力：          按8级裂度设防。

3. 污秽等级：          Ⅳ级

3.2.4.2系统条件

1．额定电压：           10.5 kV

2．*高运行电压：      12Kv

3．额定频率：           50HZ

3.2.5输出电抗器

本方案选用3个单相电抗器将装置和电网连接起来，额定输出时输出电抗器会有部分压降。

3.2.6人机界面

本系统采用液晶显示器，具有友好的人机简体中文操作界面，数据保存至少6个月。能提供以下功能：

1）主接线图；

2）实时电量参数显示（电压、电流、功率、功率因数等）；

3）历史时间记录；

4）链式装置单元状态监控；

5）显示当前时间、保护动作时间、显示保护类型等信息；

当各类保护动作或监视的状态发生变化时，控制器能将自动记录事件发生的类型、相别及动作值，事件按顺序记录，通过液晶进行查询，并以通讯方式上传。动作次数持久保存，即使掉电也不丢失。事件的清除靠手动操作来实现。

4 方案实施

4.1安装地点

动态无功补偿装与谐波治理成套装置SVG本体部分采用户内安装，连接电抗器采用户外安装。

4.2 现场连接方式

装置现场连接方式为两段10KV母线的连接方式如图4.1所示，具体连接方式在技术协议上说明。

图4.1 一段10KV母线的连接方式

4.3 装置运行方案

1)装置需要现场提供接入10KV母线的开关柜及与变压器组数相同的、独立的A、B两相的网侧电流信号，单组变压器的检测位置示意图如图4.2所示。

图4.2  电流检测位置示意图

2)装置并入电网后可24小时挂网运行。装置会自动跟踪电网功率因数的变化，使电网功率因数维持在0.95-0.99的某个设定值。

3)以网侧电压为目标运行时，根据用户设定的目标值运行。

4)以功率因数为目标或者以网侧电压为目标的时间段可自由设定。

4.4控制电源

需要现场提供单独的220VAC控制电源，控制电源经过UPS后给装置供电，因此控制电源短时间停电后，装置仍能正常工作。

4.5 输出谐波特性

本公司SVG采用了载波移相PWM技术和功率单元级联多电平技术，自身产生的谐波含量≤3%，装置输出侧无需滤波器。

4.6 散热方案

主功率器件IGBT采用强迫风冷，风机由风道抽风，外部冷空气流过散热器进入风道带走热量。只需保证安装空间空气通畅即可。

4.7 通信及监控功能

控制器具有和上位机通信的标准化接口，具备与变电站综合自动化联网的功能，装置的运行状态和故障类型均可上传。通讯采用RS232C、RS485等通讯接口，采用标准Modbus或用户自定义等多种通讯协议。

 

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