ZRTBKV型调压式无功自动补偿装置方案

1.概述

中容电力补偿设备有限公司是专门从事电压质量、无功补偿和谐波治理的专业公司，公司致力于提高电力系统供电的电能质量，保证供电系统及用电设备的安全、正常、稳定的运行，减少输变电系统的损耗，达到节能降耗的目的。

2．传统的无功补偿装置

通常由断路器（QF）、电抗器（L）、电容器（C）、放电线圈（TV）等元件构成。其接线原理图如下：

系统母线

QF

L

C

TV

a、系统母线电压恒定，要改变无功补偿的容量，只能通过投入一组或几组电容器组，即改变接入系统的电容值。国内目前的变电站无功补偿设备通常采用手动方式投切电容器，一般是一段母线投一组电容器，而且，电容器的容量都较大，当电容器的补偿容量大于变电站的无功缺额时，投入电容器就会出现过补，而不投又会欠补。

传统补偿设备存在主要问题：

l       单组补偿容量大，无功补偿不细。

l       经常出现过补与欠补，经常处于设备闲置状态，设备利用率低，无功补偿效果不理想，浪费投资。

l       在投切电容器组时，存在较大的涌流及操作过电压，容易造成开关和电容器的损坏。

为了克服上述弊端，部分变电站虽然采用了自动装置来投切电容器，但用于投切的开关，通常是真空断路器，其缺点是不适于频繁操作，不能经常投切电容器组，无法满足精细补偿的要求。

b、分组自动投切无功补偿装置

后来人们为了满足多级补偿的要求，其产品为分组自动投切无功补偿装置，通常的做法是把一个较大容量电容器组拆分为多个小容量的电容器组，投切开关选用真空接触器，一般接触器的电气寿命可达10万次，可满足频繁操作的需要。

存在缺点：

l       拆分的组数越多，需要的真空接触器、电抗器、放电线圈越多，造价高、占地面积大，所以，一般在设计时，*多拆分成四组，而且电抗器多为干式铁心电抗器，只能户内布置。

l       这种补偿方式，只是在一定程度上细化了补偿容量，还是通过开关的动作来改变接入系统的电容值，不能较好解决无功精细补偿问题。

其基本接线原理图如下：

上述两种无功补偿装置，不管是靠断路器投切大电容器组，还是靠接触器分组投切小电容器组，都是通过开关的分合来改变接入系统的电容值，该类装置必然存在投切涌流大和操作过电压等问题，装置可靠性低，特别是开关和电容器等部件故障率高。还存在无功过补与无功欠补问题。

3．无功欠补和无功过补的具体危害如下：

a无功欠补对电网的影响

（1）降低电网电压

当变电所负荷比较重时，无功缺额势必过大，出现欠补偿的情况，引起母线电压降低。母线电压降低，会造成下一级变电站压降过大，损耗过多，有些设备仪器没办法启动。

（2）增加有功损耗

欠补偿所引起的有功损耗：

①线路的损耗：

根据线路电阻率的特性，电流流过导线必然引起一定量的有功损耗，欠补量过大，有功损耗越大。

（3）降低功率因数

供电部门为了电网的优化稳定，能够多创效益，尽量提高线路的功率因数，多输送有功功率。因此欠补偿所带来的这一不好现象是与电网公司的初衷相违背的。

b无功过补对电网的影响

（1）抬高电网电压

当变电所处于低谷负载时，电容器的补偿容量势必过大，出现过补偿的情况，引起母线电压升高。电压升高，不仅威胁线路和设备的安全，也威胁电容器自身的安全。我国电容器产品标准规定电容器的*高运行电压不得超过其额定运行电压的1.1倍，电压超过时电容器就必须退出运行，否则将因过电流而发热升温，缩短其使用寿命甚至立即烧毁。

（2）增加有功损耗 
过补偿从三个方面增大了有功损耗：

① 无功倒送的损耗：

无功功率向电源方向倒送，和顺送时一样造成线路损耗和变压器损耗增加，倒送的无功越多，线路损耗和变压器损耗就越大，变压器的利用率就越低。

② 变压器损耗

③ 多余的电容器ΔC的有功损耗：
   电容器的有功损耗，主要是介质损耗，它占电容器有功损耗的98%以上

（3）降低功率因数

过补偿的越多，功率因数越低。

无论欠补或过补，都会增加电力系统设备损耗。

为了更好解决上述问题，我司研制了ZRTBKV系列变电站无功补偿装置。

ZRTBKV工作原理及特点

1、工作原理

根据电工学原理，电容器组的输出无功与电容器组的电容值成正比，与电容器组的端电压的平方成正比，即Q=wCU²。

我公司新推出的ZRTBKV型调压式无功变电站无功自动补偿装置，对无功的补偿原理则是就是根据电容器组的输出无功与电容器组的端电压的平方成正比研制而成。其基本接线原理图如下：

TV

C

L

QF

系统母线

T

该装置由断路器（QF）、自耦调压器（T）、电抗器（L）、电容器（C）、放电线圈（TV）组成。自耦调压器串联在断路器和电容器组中间，用来调节电容器组两端的电压，由于电容器组的电容值恒定，电容器组输出的无功功率随施加的电压不同而不同。假设电容器组的补偿容量为Q_CN（Q_CN为电容器组的额定容量），调压器的电压调节范围为0.6U_CN～U_CN（U_CN为电容器组的额定电压），调压器档位为9档，电容器组的输出容量为 。假设每档调节电压相等（0.05 U_CN），则各档对应的电容器组输出容量为：

档位	1	2	3	4	5	6	7	8	9
端电压 （UC）	0.6 UCN	0.65 UCN	0.7 UCN	0.75 UCN	0.8 UCN	0.85 UCN	0.9 UCN	0.95 UCN	UCN
输出容量（QC）	0.36 QCN	0.42 QCN	0.49 QCN	0.56 QCN	0.64 QCN	0.72 QCN	0.81 QCN	0.90 QCN	QCN

2、该装置具有如下特点：

1）              无功补偿级数多，补偿精细，电容器组利用率高。假设变电站每段母线各安装一套该装置，在变电站分列运行时，可分9级进行补偿；在并列运行时，可分18级进行补偿。这对于传统的无功补偿装置几乎是不可能实现的。

2）              采用自耦式有载调压器，无功补偿调节过程电容器组不断电，调压器每档之间只有几百伏，调节过程无过电压和涌流问题。

3）              电容器长期工作在额定电压之下，流过电容器的电流也小于额定电流，且无涌流和过电压冲击，使电容器寿命长，成套装置可靠性高。

4）              如果变电站供电负荷的谐波电流很小，还可以去掉电抗器，调压器自身的漏抗可以抑制成套装置在断路器投入时的合闸涌流。

5）              元件数少，电抗器可采用干式空芯电抗器（户外放置），也可采用干式铁芯电抗器（户内放置）。

6）              适合老站改造。用于老站改造时，该装置只是在传统无功补偿装置的断路器和电容器组之间串联了一套调压器，所以原有断路器、电抗器、电容器、放电线圈等都可以继续使用。

7）              非常适合高电压等级（6kV、10kV、35kV）下的分级无功补偿。35kV可频繁操作的开关价格高、体积大，用该装置可避免这些问题。

3设备选型

中容电力补偿设备有限公司的ZRTBKV自动无功补偿装置可以解决以上问题，该无功自动补偿装置采用9级补偿无功，补偿级数多，补偿精细，电容器组利用率高，而且无涌流、操作过电压等问题。

ZRTBKV的调压器输出电压在（1-0.6）Ucn范围内变化，则ZRTBKV调压器+固定电容器组向电网补偿的无功功率在（1-0.36）Qcn之间变化，补偿级数多，更加精细，ZRTBKV是变电站补偿较优的方法。

例如：在10kV母线上采用一套ZRTBKV调压式调无功变电站无功自动补偿装置，选用的ZRTBKV调压式调无功变电站无功自动补偿装置的设备型号相应为：ZRTBKV-3000/10.5。

ZRTBKV无功补偿设备的分接开关采用9档调节，无功自动补偿设备对10kV母线分9级补偿无功功率，则9级无功功率补偿变化表具体见下表：

设备9级无功功率补偿变化表

U（k V）	10.5	10		9.5		9		8.5		8		7.5		7		6.5
ZRTBKV档位	9	8		7		6		5		4		3		2		1
Qc(kvar)	3000	2700		2430		2160		1920		1680		1470		1260		1080
极差(kvar)	300		270		270		240		240		210		210		180

 

3.1.4 经济效益分析

安装调压式无功自动补偿装置后产生的经济效益主要体现在以下几个方面：

**：稳定系统电压，减少主变分接头动作频率。

调压式无功自动补偿装置设计原则是先考虑电压的合格，后考虑无功的合格，在调节之前，将主变分接头保持在合适位置，即将电压基准设定在适当的合格范围内，当负荷增加导致电压低于合格标准时，自动逐级增大无功量输出，抬高母线电压到合格范围；当负荷减小母线电压高于合格标准时，减小无功输出量将母线电压降低到合格范围；当电压处于合格范围内时，根据无功缺额满足功率因数要求。

第二：延长系统及用户设备使用寿命，保持电容器较高的使用率。

调压式无功自动补偿装置的控制原理是把一组大容量无功补偿电容器并接在一台可有载调压的自藕变压器的输出侧，自藕变压器的一次侧接在电容开关柜的下方，通过对变压器9个档位的调节，改变电容器上的电压，从而改变无功量。由于电容切换是通过有载调压方式，电容器在1-9档之间不会出现断电的过程，电压调节过程中通过过渡电阻实现过渡，电压切换时电容器不脱开网络，不存在由于电源相位形成的电压叠加问题，调节过程中不会对补偿系统和电网及其他电器产生冲击。并且电容大部分时间工作在较低电压，可以保证电容器安全，大大延长其使用寿命。

调压分接开关，机械寿命长，切换动作速度快，满足频繁快速投切要求。调压装置在高压无功补偿自动控制装置的控制下根据系统感性无功的变化，动态调节电容器两端的电压，通过特种调压变压器实现动态无功的馈送。由计算机构成的高压无功补偿自动控制装置，通过实时采集电网的电压、电流、功率因数，分析负荷的变化趋势、系统无功功率、系统谐波含量、电压波动情况等，利用模糊控制技术调节有载分接开关，实现动态优化补偿，并达到无功补偿容量随系统负荷无功容量的变化自动跟踪的目的。

第三：实现变电站的无人值守，节约人力资源。

调压式无功自动补偿装置采用全自动控制，设备投切、容量变换完全由控制器自动控制，不需要再通过人为的投切电容器控制。调压式无功自动补偿装置在节约人力资源上主要体现在一下三点：

一、它能更好地适应工业对电能质量的要求。现代工业，尤其是高新技术产业，对电能的电压水平、频率、纹波系数、供电连续性等指标都有较高的要求,而传统的操作方法则有着信息加工量大、信息反馈慢等缺点，调压式无功自动补偿装置能够通过变电站的通讯系统将设备各种参数及时、准确的上传至调度或相关部门。装置采用自动控制，控制器可根据实际负荷情况判断无功需求并对产生的无功功率做出调整，调度或相关部门亦可根据实际情况调整设备产生的无功功率。因此，在变电站中引入工业自动化，采用自动补偿装置是科学的选择。

二、是电力企业安全运行的要求，统计表明电力行业的事故中，由人为因素造成的事故占有一定的比重，实践证明人容易受环境、情绪、疾病等诸多因素影响，因此本身就是一个不可靠因素，使用自动装置也可以提高运行的安全性、可靠性。

三、从经济效益的角度看，当采用自动化程度高的设备时，就可以大大提高设备的使用率，有效的减少人工费用。

第四：补偿较为精细，降低系统损耗。

①线路的损耗减少：

线损和电流的平方成正比，输电线上的电流越大，线损就越大，如果我们在不改变电网输送能力的前提下，提高电网的功率因数，就能够有效的减小输电线上的电流大小，也就能有效减小线损。如果安装调压式无功自动补偿装置则可以使得输电线上的电流从减少到，那么线损减少量为：

由于无功补偿后带来的电压变化在此忽略不计。

② 变压器损耗减少：

无功电流流过变压器时，由于变压器自身的阻抗特性会产生有功损耗。同样投入使用SVQR设备后，可实现无功的就地补偿，流过变压器的电流减少，变压器的损耗也相应减少。

产品使用环境   

◆海拔高度：≤2000m；

◆环境温度： *高气温+45℃，*低气温-25℃；

◆倾斜度：≤3⁰；

◆风速：不超过35m/s；

◆抗震水平：地震水平加速度为0.4m/S²，垂直加速度0.2m/ S²；

◆周围环境：无明显污秽和火灾及爆炸危险。

ZRTBKV成套装置主要技术参数

◆ 额定电压：10.5kV

◆ 额定容量：3000kvar

◆ 额定频率：50Hz

◆ 无功功率调整范围：36%～100%额定容量

◆ 控制方式：自动、手动

◆ 保护：过流保护、过压保护、欠压保护、不平衡保护、油温报警

◆ 安装方式：户内（调压器户外安装）

◆ 涌流：装置投入时涌流小于20倍电容器额定电流，在正常无功调节时，涌流小于2倍电容器额定电流

ZRTBKV成套装置主要功能

1.控制功能

◆ 装置能够根据事先设定的判据自动跟踪电网无功和电压情况，依据无功补偿容量的原则，自动调节调压器的档位，改变输出无功，使功率因数能稳定在定值设定范围内，并能防止调节振荡。

◆ 控制器采用大屏幕液晶显示器，中文显示，菜单式选择，六按键操作，使用简单，操作人员无需培训。

2.显示功能

◆ 控制器上有工作电源指示灯，能够显示主变高压侧的电压、电流、无功功率、功率因数、有功功率和主变的低压侧电压；

◆控制器可以显示调压器的分接开关档位；

◆可以显示主变以及母线的各种运行状态，相应断路器的通断状态。

.3.报警、保护及闭锁功能

◆ 过压保护：系统电压高于标称电压的120%，断路器分，装置自动退出；

◆ 欠压保护：系统电压低于标称电压的80%，断路器分，装置自动退出；

◆ 过流保护：当调压器输入端电流大于过流整定值并保持事先设置的延时以上，

断路器分，装置自动退出；

◆ 不平衡保护：当电容器组不平衡运行时，零序电流互感器的二次侧电流大于

整定值并保持事先设置的延时以上，断路器分，装置自动退出；

◆ 油温报警：当油温超过固定值时，发出报警信号；

◆ 重瓦斯保护：当重瓦斯继电器动作后，断路器分，装置自动退出；

◆ 控制装置自检异常闭锁所有操作指令，发出报警信号。

4.手动操作功能

◆ 控制装置具有对控制对象进行手动和自动控制操作功能，自动和手动操作互为闭锁

.5.远方通讯功能

◆ 控制装置提供标准的串行通信端口和101通讯协议，由后台综自厂家负责解析上传信号量。

主要部件参数

.1.控制屏

◆ 工作电源：AC/DC 220V

◆ 模拟量输入：电压：AC100×（60%～120%）V

               电流：5×（10%～120%）A

◆   测量精度：电压：0.5级

             电流：0.5级

             无功功率：1级

             功率因数：1级

◆   开关量输入：21开关量输入

◆   开关量输出：12继电器输出，触点容量220V/5A

◆   抗干扰等级：3级，符合GB/T17626.12-1998的要求

◆   *大功耗：≤30W

◆   工作温度：-5℃～+45℃（控制屏放置在户内）

◆   相对湿度：+45℃时，85%～90%

.2.调压器

◆ 额定电压： 10.5   kV

◆ 额定容量： 3000 kVA

◆ 电压调节范围：60%～100%Ucn

◆ 档位：9档

◆ 连接组别：Ya0、三相三线星形接法

◆ 变压器油牌号：25#

◆ 冷却方式：ONAN

◆ 绝缘水平：LI 75 AC 35  kV

◆ 调压器采用全密封波纹油箱，有油温指示，压力释放阀

◆ 开关电动操作接换一次时间：12s

◆ 开关过渡电阻切换时间：15～24ms

◆ 开关在额定容量下触头的电气寿命：〉5万次

◆ 开关机械寿命：〉50万次

◆ 分接开关有油枕、吸湿器、在线滤油机

4.设备配置

设备型号：ZRTBKV-3000-10.5（一次设备户外，控制屏户内安装）

序号	设备名称	型号	数量	备注
1	控制屏	ZRZHBH-G	1面	置于控制室
2	调压器	ZRTBKV-3000/10.5	1台	带母排夹，筑水泥台，加围栏放在户外
3	高压并联电容器成套设备：
	高压并联电容器	SBFMR11-334-1W	9台
	干式空心电抗器	ZRCKGKL-60/10-6%	1组	后接11/√3电容器
	避雷器	YH5WR-17/46	1组
	放电线圈	ZRFDGR-11 11/√3-100/√3-100/3-1W	3台
	电容器架		1套
4	隔离开关组架：
	隔离开关带电磁锁，两对辅助触点	GW4-12D/630	1组
	隔离开关支架		1套
5	附件：
	围栏		1套
	绝缘瓷瓶	210mm/H	9只
	铝排	60*6	4根
6	用户需备
	电容器投切开关柜(含电容器保护)
	开关柜到调压器、无功补偿柜到调压器的一次电缆；架设隔离开关的等径杆；二次连接电缆