高压动态无功补偿ZRSVG

 高压动态无功补偿ZRSVG

1方案概述................................................................................................................ 2

2 设计目标及标准..................................................................................................... 3

2.1设计目标...................................................................................................... 3

2.2设计标准...................................................................................................... 3

3设计方案及选型...................................................................................................... 5

3.1 补偿方案的确定.......................................................................................... 5

3.2 SVG技术参数............................................................................................... 6

3.2.1 SVG装置的组成........................................................................................ 6

3.2.2 控制及保护系统功能................................................................................ 8

3.2.2.1控制方式............................................................................................... 8

3.2.2.4装置具有的保护功能............................................................................. 9

3.2.3 基本技术参数......................................................................................... 10

3.2.4 逆变器运行环境条件要求....................................................................... 12

3.2.5输出电抗器............................................................................................. 12

3.2.6人机界面................................................................................................. 12

3.2.7并网变压器............................................................................................. 13

4 方案实施.............................................................................................................. 14

4.1安装地点.................................................................................................... 14

4.2 现场连接方式............................................................................................ 14

4.3 装置运行方案............................................................................................ 15

4.4控制电源.................................................................................................... 15

4.5 输出谐波特性............................................................................................ 15

4.6 散热方案................................................................................................... 16

 方案概述

本次工程设计在35kV母线上通过降压变压器装一套额定补偿容量为

±8Mvar的ZRSVG型动态无功补偿装置，成套装置可以实现-8Mvar（容性）—+8Mvar（感性）平滑连续的无功功率调节范围。

    根据要求，选用中容电力ZRSVG系列产品中的ZRSVG-C8.0/35规格，能满足工况要求

2 设计目标及标准

2.1设计目标

1）功率因数维持在 0.95及以上（可设定）；

2）稳定系统电压（可设定）；

3）根据设定时间段自动切换补偿目标；

4）动态补偿额定输出电流THD≤3%；

5）补偿无功容量自动跟踪电网变化；

6）动态补偿响应时间≤5ms；

7）允许短时过载能力1.2倍；

8）完善的保护功能；

9）友好的人机界面；

10）灵活的通讯接口，可远程监控设备运行，并记录运行数据；

11）冷却方式采用强迫风冷；

2.2设计标准

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：

DL/T672-1999   《变电所电压无功调节控制装置订货技术条件》

DL/T597-1996   《低压无功补偿控制器订货技术条件》

GB11920-89     《电站电气部分集中控制装置通用技术条件》

GB 1207-1997    《电压互感器》

SD 325-89       《电力系统电压和无功电力技术导则》

SD205-1987     《高压并联电容器技术条件》。

DL442-91       《高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件》。

GB50227-95    《高压并联电容器装置设计规范》。

GB311.2～311.6-83 《高电压试验技术》。

GB11 024       《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》。

ZBK48003       《并联电容器电气试验规范》。

GB50227        《并联电容器装置设计规范》

GB3983.2-89    《高电压并联电容器》

JB7111-97      《高压并联电容器装置》

DL/T604-1996   《高压并联电容器装置定货技术条件》

GB3983.2      《高压并联电容器》

GB5316        《串联电抗器》

GB1985-89     《交流高压隔离开关和接地开关》

JB 5346-1998   《串联电抗器》

DL/T 462－1992《高压并联电容器用串联电抗器订货技术条件》

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》

GB/T 11024.1-2001《放电器》

GB2900        《电工名词术语》

GB3ll.1～6     《高压输变电设备的绝缘配合》

GB3ll.7        《高压输变电设备的绝缘配合使用导则》

GB 5582      《高压电力设备外绝缘污秽等级》

GB11022      《高压开关设备通用技术条件》

GB1985       《交流高压隔离开关和接地开关》

GB 2536      《变压器油》

GB5273      《变压器、高压电器和套管的接线端子》

GB775       《绝缘子试验方法》

GB/T4109    《高压套管技术条件》

GB 1094.1-1996 《电力变压器  **部分  总则》

GB 1094.2-1996 《电力变压器  第二部分  温升》

GB 1094.3-1996 《电力变压器  第三部分  绝缘水平和绝缘试验》

GB 1094.5-1996 《电力变压器  第五部分  承受短路的能力》

GB/T6451-1999 《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》

JB/T10088-1999 《6～220kV级变压器声级》

DL/T574-1995   《有载分接开关运行维护导则》

GB/T13499-1992 《电力变压器应用导则》

G/T 12325-2003     《电能质量  供电电压允许偏差》

GB 12326-2000      《电能质量  电压波动和闪变》

GB/T14549-1993  《电能质量 公用电网谐波》

GB/T 15543-1995   《电能质量  三相电压允许不平衡度》

GB14285-93      《继电保护和安全自动装置技术规程》

GB50217-94      《电力工程电缆设计规范》

GB4856     (IEC255) 《电气继电器的绝缘试验》

DL/T677-1999     《继电保护设备信息接口配套标准》

《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》  国家电网公司

国家现行包装运输标准。

其它有关的现行标准。

所有螺栓、双头螺栓、螺纹、管螺纹、螺栓夹及螺母遵守国际标准化组织（ISO）和国际单位制（SI）的标准。

3设计方案及选型

3.1 补偿方案的确定

依据技术要求，为本工程设计的8MVar ZRSVG产品通过35KV/10kV变压器连接到35KV母线。装置跟踪35KV母线电能质量变化，并根据变化情况调节无功输出，可实现无功从容性8Mvar～感性8Mvar范围内连续快速调节，满足功率因数稳定在0.95以上（可设定）。 

动态无功补偿装置ZRSVG采用户内柜式安装，35KV/10kV变压器采用户外安装。

3.2 SVG技术参数

3.2.1 SVG装置的组成

 本方案提出的ZRSVG系列无功补偿装置，采用现代电力电子、自动化、微电子及网络通讯等技术，采用先进的瞬时无功功率理论和基于同步坐标变换的功率解耦算法，以功率因数、电网电压或者两者分时间段作为控制目标，动态的跟踪电网电能质量变化来调节无功输出，实现电网的高质量运行。

系统主电路采用链式串联结构,每相由12个功率单元组成如图3.1所示，并采用冗余设计；功率单元利用可关断大功率电力电子器件（如IGBT）组成桥式电路。它的输出电压是由多个电平台阶合成的阶梯波，开关器件所承受的电压应力较小，避免大的dv/dt所导致的问题。

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系统，主控与各单元信号连接均采用光纤通讯。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

进线柜为变压器副边10kV电缆接入点，主要包括输出电抗器，开关器件，电压互感器等。

整机外形尺寸：7600（长）*1400（深）*2750（高含风机），整机外形图和地基图见图3.3和图3.4。

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

3.2.2.1控制方式

由于调制过程具有非线性，加上存在运算参数的误差、以及在整个系统中存在偏移及漂移等因素，因此要得到所要求的控制精度，必须进行闭环控制。

                         图3.5 闭环控制原理图

图3.5所示为一相控制原理图，其他两相控制相同。其中，电流反馈控制，有利于提高对无功电流的控制精度和响应速度。

3.2.2.2控制柜的结构及组成

控制柜采用柜式结构，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。

控制柜由主控机箱、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：实时显示系统运行状态和数据，查询与设定系统运行参数以及整机逻辑控制等功能；操作简单方便，界面友好，是一个人机交互的窗口（下文有详细说明）；

PLC：高可靠性的工业级PLC，实现整机的逻辑控制，实时与主控部分、触摸屏通讯，把装置的运行状态实时的传给触摸屏显示，并且完成触摸屏、柜门按钮对装置的控制，使整机逻辑与数据通讯的传输中枢。

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，用DSP+FPGA组成的控制核心，充分发挥DSP超强的计算能力和FPGA出色的数据处理能力，实时计算电网所需的无功功率，动态跟踪与补偿，实现了准确计算，高速响应，准确补偿的效果。

3.2.2.3主控制系统的基本功能

控制柜内控制系统可根据系统电压/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。

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。

控制系统具有和上位机通讯的标准化接口。通讯采用RS485等通讯接口，采用标准Modbus_RTU或用户自定义等多种通讯协议。高压开关柜的合闸、分闸等操作及状态监控可以在现场后台上位机上实现。

3.2.2.4装置具有的保护功能

1）装置过电流保护

2）电网过电压保护

3）电网欠电压保护

4）单元过压保护

5）单元过温保护

6）单元短路保护

7）单元通讯异常保护

8）光纤传输异常保护

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。

3.2.3 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

     本装置的变压器副边额定电压等级为10kV，额定电流为288A。原边额定电压为35KV，额定电流为83A。

2) 功率因数补偿

在补偿容量足够前提下，35KV母线侧的功率因数值高于0.95（无过补可设定）。

3) 输出电流谐波

在补偿容量足够前提下，注入系统的谐波电流（THD）≤3%，低于国家标准《电能质量、公用电网谐波》GB/T14549-93中的谐波电流允许值，如表3.2所示：

表3.2 注入系统的谐波电流允许值

标准电压kV	基准短路容量MVA	谐波次数及谐波电流允许值，A
		2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
6	100	43	34	21	34	14	24	11	11	8.5	16	7.1	13	6.1	6.8	5.3	10	4.7	9.0	4.3
10	100	26	20	13	20	8.5	15	6.4	6.8	5.1	9.3	4.3	7.9	3.7	4.1	3.2	6.0	2.8	5.4	2.6
35	250	15	12	7.7	12	5.1	8.8	3.8	4.1	3.1	5.6	2.6	4.7	2.2	2.5	1.9	3.6	1.7	3.2	1.5
66	500	16	13	8.1	13	5.4	9.3	4.1	4.3	3.3	5.9	2.7	5.0	2.3	2.6	2.0	3.8	1.8	3.4	1.6
110	750	12	9.6	6.0	9.6	4.0	6.8	3.0	3.2	2.4	4.3	2.0	3.7	1.7	1.9	1.5	2.8	1.3	2.5	1.2

注：a.标称电压为220KV的公用电网可参照110KV执行；

    b.220KV基准短路容量取2000MVA。

4)输出容量

本装置以35kV侧母线无功功率作为控制目标，能实现输出容量从容性8Mvar至感性8Mvar连续、平滑、动态、快速调节的功能。

5)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≤5ms。

6) 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。

7)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0.8%。

8) 过载能力

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%、时间持续3分钟开始报警停机。过载无功补偿容量为成套装置总容量的20%、时间持续1分钟保护停机。

 9）三相电压不平衡度

电网公共连接点35kV母线的电压不平衡度≤1.3%，满足中华人民共和国国家标准《GB/T 15543 2008 电能质量三相电压允许不平衡度》的要求。

 10）电压波动

去除背景电压波动后，在电网公共连接点35kV母线的电压波动d％≤2%，中华人民共和国国家标准《GB 12326-2008 电能质量 电压波动和闪变》的要求。

    11)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，噪音小。

3.2.4 逆变器运行环境条件要求

额定电压:    10kV

*高电压：   12kV

额定频率:    50HZ

贮存温度：－40～+65℃

运行温度：-20℃---+40℃

相对湿度:  月平均值不大于90﹪(25℃)，无凝露

海拔高度:   ﹤1500m

防护等级：  IP43或根据用户需求定制

地震烈度:    8度

控制电源:    220VAC、380VAC

污秽等级：  Ⅳ级

3.2.5输出电抗器

本方案选用3个单相电抗器将装置和并网变压器连接起来，电抗器经过特殊设计，噪音小，体积小，重量轻，无需专门的散热装置，可满足额定功率长时间运行。

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（35KV侧与10KV侧电压、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。动作次数一直保存，即使掉电也不丢失。事件的清除靠手动操作来实现。

3.2.7并网变压器

本方案装置采用油浸式35KV/10KV变压器，其主要技术参数：

1．原边额定输入线电压：35kV。

2．副边额定输出线电压：10kV。

3．额定频率: 50Hz

4. 谐波特性：二次绕组电流总谐波畸变率不大于10%，其中2次不大于4%，3次和4次不大于2%，其它各次不大于1%。

5．联接组别：  Yd-11

6.过载能力：150%（1Min）、110%长期运行

7.冷却方式： 自冷

8．安装条件： 室外

9．噪声：低于现行国标限制

4 方案实施

4.1安装地点

 10KV SVG设备户内安装，35KV/10KV变压器户外安装。

4.2 现场连接方式

 装置现场连接方式如图4.1所示，具体连接方式在技术协议上说明。

图4.1 SVG连接示意图

4.3 装置运行方案

1)装置需要现场提供接入35KV母线A、B两相的网侧电流信号，检测位置示意图（如图4.2所示）以及35KV三相电压PT（电压互感器）二次侧信号。

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0.95-1的某个设定值（无过补）。

3)以母线电压为目标运行时，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。

图4.2  电流检测位置示意图

4.4控制电源

需要现场提供单独5KVA的220VAC和5KVA的380VAC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。

 

企业名片