调压型无功补偿装置

调压型无功补偿装置（精选7篇）

调压型无功补偿装置 篇1

2台粗轧4500 k W主电机和精轧2台7000 k W主电机均是大功率凸极同步电机, 主传动采用全数字交交变频矢量控制的交流调速装置。交交变频装置由3台电网自然换流、无环流可逆变流器, 整流变压器, 励磁主回路及调速矢量控制系统组成, 这些负荷产生大量谐波, 而且无功冲击大、功率因数低, 导致电压波动大, 经常使电机过压或低压跳闸, 严重影响生产。为此, 在35 k V侧装设一套SVC静止型动态无功补偿装置。SVC属于35 k V高压系统, 其控制部分与高压部分通过光电隔离, 控制系统的抗干扰效果较强, 不易出现误动作, 一般情况下控制系统内部不会出现问题, 大部分是硬件损坏导致系统出现故障。

(1) 上位机电脑画面显示AB相、BC相或CA相缺相故障, 控制柜上电压表显示数据不对, 一相电压显示值约为35 k V, 另外二相电压值约为22 k V。SVC系统电压检测是从高压系统PT柜过来, 确认PT柜的保险出现问题, 退出PT柜小车, 测量该相保险出现问题, 更换恢复正常。

(2) 系统跳闸, 上位机弹出红色警告对话框, 显示"CA+丢脉冲"。按停电操作规程进行停电, 检查发现阀组发射连接板出现问题, 其连接螺丝松动, 发热炭化, 更换螺丝后恢复正常。触发脉冲分为AB+、AB-、BC+、BC-、CA+和CA-等6路, 触发脉冲丢失现象和故障处理方法类似。

(3) 上位机显示CA相第7个晶闸管灯灭。停机检修时, 在线测量晶闸管不导通, 用手电筒或打火机检测光纤正常, 更换击穿反馈光纤板, 不投高压手动投控制系统发脉冲, 上位机显示CA相第7个晶闸管灯亮, 正常运行SVC时上位机显示晶闸管灯又灭, 重新拆下所有电容测量, 发现0.5μF电容的值与铭牌不一致, 更换恢复正常。击穿检测板分为AB、BC、CA三相, 三相击穿检测板可互换使用, 击穿现象和故障处理方法类似。以AB相击穿检测板为例, 分为两种情况: (1) 击穿的晶闸管数量≤2个, 此时只是报故障现象, 虽然有晶闸管击穿但并不跳闸, SVC系统还可正常运行, 本例故障即属于这种情况。 (2) 击穿的晶闸管数量>2个, 此时既报故障现象又立即跳闸, 保护SVC系统以免击穿更多晶闸管。如果系统出现击穿故障, 确认SVC设备停止运行, 高压开关在检修状态, 功率柜三相均可靠接接地线后, 具体排查故障按图1进行。

(4) 系统跳闸, 上位机弹出红色警告对话框显示“AB:过流320”。检查发现进线高压电缆被电缆支撑角钢磨破接地。重新做高压电缆接头, 投运前做低压导通试验和高压柜连锁试验, 投运后系统恢复正常。

(5) 系统跳闸, 上位机弹出红色警告对话框, 显示相对应的通信板故障。记录上位机显示的故障现象和下位机控制插卡箱数码管的状态。更换对应的硬件板, 重新启动SVC系统, 查看故障是否排除, 更换通信板, 重新启动SVC系统, 故障排除。

对于SVC安装, 应注意SVC内的TCR电抗室必须远离其他控制系统, 避免TCR电抗器产生的环流进入接地系统而产生很大接地电流, 对其他系统产生干扰, 影响其他设备正常运行。

调压型无功补偿装置 篇2

关键词：SVC装置,原理,应用

1 静止型动态无功补偿装置 (SVC) 原理概述

SVC装置主要由可控支路和固定电容器支路并联而成, 其主要应用型式是TCR+FC型:TCR支路功能是通过相控电抗器的电流控制相控电抗器输出的感性无功值QL, FC回路一个功能是提供固定的容性无功功率QC, 另一个功能是通过电容器与电抗器的串联支路滤除电弧炉产生的主要高次谐波;电弧炉工作时产生负载感性无功用QFZ表示, 当SVC装置系统参数设计合理时, 可以使系统的无功功率QS=QC-QFZ (随机变化) -QL (响应受控) =定值或0。图1为我厂110 kV变电站SVC装置原理图。

从图1可以看出, 整套SVC装置由3台高压开关柜、1组TCR支路、4组FC支路、1台TCR控制柜及配套电力电缆、支架组成。

2 SVC装置的作用

目前国内在用的SVC成套装置达1000套以上, 广泛应用于冶金、电力、煤炭、电气化铁路、有色冶金、石油化工等行业, 应用于工矿企业时其主要作用有以下几点。

(1) 滤除电弧炉、中频炉等产生的高次谐波, 消除谐波对数控加工设备的干扰。

(2) 平抑电弧炉炼钢时引起的电压波动、闪变和电压不平衡, 提高供电质量。

(3) 快速响应自动跟踪无功, 提高功率因数, 减少线路功率损耗。

3 SVC装置使用效果

我厂110 kV变电站6 KV母线为放射式单母线供电, 其主要用电设备为数控机床、电焊机、电动机, 中频炉, 三台10t电弧炉 (单台电炉变压器容量为5500 kVA) , 系统未上SVC装置前由于电弧炉、中频炉运行时产生2次、3次、4次及4次以上高次谐波, 同时引起系统电压波动大, 电压闪变严重。从而对系统中运行的其他设备产生极大的危害。

首先由于谐波的长期积累破坏作用, 使供电设备的绝缘老化变得越来越严重, 加上操作过电压和谐振过电压的经常发生, 从而引起高压开关柜的爆炸事故, 严重影响工厂供电系统的安全运行。其次谐波的存在会对数控电子设备形成干扰, 影响数控电子设备的准确性, 甚至造成数控系统死机;第三会造成异步电动机效率下降, 噪声增大。

2010年工厂投入SVC装置后系统运行参数实测满足国标GB/T14549-1993的要求, 供电质量得到提高;近三年也没有再发生高压开关柜爆炸的事故;车间数控机加工设备没有出现由于谐波干扰引起的死机的现象;功率因数保证在0.95以上, 年获得电业局功率因数奖励50万元以上。

4 SVC装置实际运行中存在的问题及对策

SVC装置目前已广泛应用于冶金、电力、铁路等行业, 但实际运行中可能碰到很多问题, 如果发现运行中高压开关柜有发热现象, 应检查柜内铜排连接处是否接触好, 可采取涂导电脂等措施减少接触电阻。如发现晶闸管阀组、旁路电阻发热严重、晶闸管被击穿的现象, 这时有可能是由于装置电容补偿容量偏大, 因为前期往往在做参数测试计算时是按最大运行方式下进行, 加之厂矿企业SVC装置阀组通常采取空气自冷方式, 解决办法可以先将某一支路进行改造减少补偿容量, 同时增加旁路电阻, 阀组控制室装设空调。如果运行中出现计算机突然死机的现象, 这时应对计算机控制程序进行优化、测试。 (如表1)

调压型无功补偿装置 篇3

从外特性看,TCR型静止无功补偿装置可以视为一种并联型可控阻抗,通过控制晶闸管的通、断向系统输出相应的无功功率,从而实现对电网特性的影响。所以从电网侧来看,TCR的功能和响应特性,在很大程度上取决于其控制系统[1,2,3]。

在实际应用中,根据控制目标的不同通常采用开环和闭环两种基本控制形式。开环控制具有实现简单、响应速度快的优点,但其稳态控制精度较低;闭环控制稳态控制精度较好,但响应速度稍慢,并且由于TCR本身所具有的非线性特性控制效果往往难以尽如人意[4,5,6];而且TCR主要应用于电弧炉炼钢、轧钢等供电环境较恶劣的场合,系统电压通常会含有大量的2次电压谐波分量,而在系统电压含有2次电压谐波的情况下,TCR正负半波导通电流面积不相等,会产生过多的直流电流分量,这种情况下会对变压器的安全运行及系统的可靠性产生较大的影响[7,8]。

针对以上问题,本文提出了一种用于T C R型静止无功补偿装置,可抑制2次谐波电压影响的控制器,该控制器采用比例控制与传统PI调节相结合的方式,提高了装置的响应速度与控制精度,并且采用平衡控制的方式抑制了系统2次电压谐波对装置的影响,仿真的结果验证的方法的有效性和正确性。

2 TCR型静止无功补偿器结构与工作原理

TCR的工作特性分析,是设计TCR装置参数和制定相应补偿策略的基础。本节对其拓扑及工作特性进行简要分析。

在电力系统中,通常由T C R与滤波装置共同组成补偿支路,对负荷进行补偿,其拓扑结构如图1所示:补偿系统由TCR和无源滤波器组成,无源滤波器在滤除特征谐波的同时提供固定容性无功功率,TCR提供可控的,随负荷变化的感性无功功率,二者配合使用达到实时无功补偿的目的。单相TCR的基本结构,由两个反并联的晶闸管与一个电抗器串联构成。当晶闸管触发角α=90o时,晶闸管完全导通,导通角δ=180o,与晶闸管串联的电抗器等效于直接接到电网上。当触发延迟角α在90o～180o之间时,晶闸管为部分导通,导通角δ<180o。当α=180o时,晶闸管完全不导通,等效于把电抗器从线路中断开。增大触发延迟角会减少电流中的基波分量,等效于增大补偿器的等效感抗。减小触发延迟角会减少电流中的基波分量,等效于减小补偿器的等效感抗[9,10,11]。

3 2次电压谐波产生的原因及对TCR的影响

3.1 系统2次电压谐波产生的原因

TCR的电流是TCR在导通期间其两端电压的积分,因此,TCR的电流对供电电压的畸变非常敏感。而TCR目前多用于电弧炉、轧钢等负荷的无功补偿,此类负荷供电电压质量通常较差,所以研究TCR在此类供电环境下如何可靠工作具有重要的应用价值。

T C R耦合变压器的供电电压通常由以下原因产生畸变:

(1)在TCR型动态无功补偿装置附近的交流系统发生故障随后被清除时,TCR的耦合变压器会产生相当大的直流偏磁通,会使变压器饱和并产生一个带有很大2次谐波分量的励磁电流注入系统,导致向TCR供电的耦合变压器具有2次谐波的电压畸变。

(2)当一个大电抗器或变压器在TCR附近投入电网时,可能会导致产生一个相当大的直流电流流过电源阻抗,就会使母线电压产生一个直流电压分量,当此直流电压分量出现在T C R耦合供电变压器高压侧端口时,会使变压器饱和并产生一个带有很大2次谐波分量的励磁电流注入系统,导致变压器二次侧出现2次电压谐波畸变。

(3)TCR装置锁相不精确、控制系统或触发系统受噪声影响,会导致装置出现不等间隔触发,TCR的电流在正负半波的导通时间不同,产生直流电流分量,直流电流分量注入到TCR耦合变压器中,使其不均匀饱和并产生一个带有很大2次谐波分量的励磁电流,励磁电流是从交流系统吸取的,因此系统电压就产生了2次谐波电压分量。

(4)TCR多用于电弧炉炼钢等负荷,此类负荷的谐波频谱几乎是连续的,并且由于设计时需考虑滤波器组失谐等因素,会使滤波器组的谐振点有所偏移,所以很难将谐波完全滤除,这样如果2次谐波注入系统,且系统2次谐波阻抗较大就会使系统电压产生2次谐波畸变。

3.2 系统2次电压谐波对TCR的影响

系统电压含2次谐波会导致TCR正负半波电流不对称,产生大量的直流分量,通过耦合变压器注入系统,主要会对变压器及电网产生如下影响:

(1)变压器绕组中有直流电流流过时,励磁电流大幅增加,变压器磁通饱和,变压器绕组、铁心、油箱和夹件等结构件的涡流损耗增加,引起变压器顶层油温升和绕组温升的增加,当直流持续时间较长时导致局部过热。

(2)变压器励磁电流畸变,导致铁心磁滞伸缩加剧噪声增大,并且使漏磁通增加导致绕组电动力增加,在一定程度上使变压器振动加剧。

(3)直流电流流过变压器引起励磁电流增加,增加了变压器的无功消耗,因此会造成系统电压下降。

(4)励磁电流中谐波电流增加,谐波电流流入系统后会引起系统电压波形畸变,严重时可能导致电压谐波含量超标,谐波电流会使继电保护误动,并可能被电容器组放大,损坏电容器组等设备,从而对电网安全运行造成一定的危害。

4 TCR附加平衡控制器的研究

由上面的分析可以看出,当系统电压含有2次谐波分量时,会使T C R电流产生过量直流分量注入电网,对电网产生不利影响,因而在这样情况下,通常在工程中会在控制系统中加入附加平衡控制功能来消除此类影响。

TCR附加平衡控制器的工作原理就是当装置检测到TCR电流含有直流分量时,控制器通过调节触发角使在反并联的晶闸管桥臂正方向和负方向导通时间不同,最终将直流电流分量减少到0。TCR附加平衡控制器的控制框图如图2所示:控制器首先对TCR电流的瞬时值在每半个周期内积分求解平均值,然后再将两个半个周期的电流平均值相加就得出了一个周期的平均电流,再通过PI调节器结合系统电压的极性就可以得出平衡调节器的控制量αD。

5 含附加平衡控制能力的比例-PI控制器

由于T C R本身是一个非线性系统,所以采用传统的PI控制,控制效果很难令人满意,因而本文在TCR控制中结合了比例控制与PI控制的优点,使控制器在具有较快响应速度的同时,具有较高的精度。并且同时考虑了二次电压谐波对装置的影响,在控制器中附加了平衡控制能力,使装置可以在恶劣的供电环境下工作。具有平衡控制能力的比例-PI控制框图如图3所示。

本文设计了这种在论域内用不同控制方式分时段实现控制的控制器。即当偏差绝对值|e|≥|e1|时采用比例控制,以提高响应速度加快响应过程;当偏差绝对值|e|≤|e1|时采用PI控制,提高控制精度。并且由于此控制方式在系统运行的过程中是分段切换使用的,因此不会同时出现而相互影响,可以分别设计和调试,减少了设计难度。

综上所述,比例-PI控制器与常规PID控制器相比,提高了系统的响应速度及控制精度,同时抑制了2次电压谐波对系统的不良影响,所以其相较于传统的控制模式进一步提高了控制性能,具有一定的实用价值。

6 仿真分析

本节以某轧钢厂无功补偿项目数据为基础,对所设计的具有平衡能力的比例-PI控制器利用MATLAB仿真软件进行仿真验证。

变压器型号SFZ9-31500/110,容量31500KVA,电压变比121/6.3KV,依据现场电流谐波次数及含量,在满足负荷无功补偿的需求情况下,确定各组滤波器及TCR参数如表1所示。

设AB相间电压在0.06秒时叠加了基波线电压幅值30%且与基波线电压同相位的2次谐波电压,仿真波形如图4所示:

由图可见在基波电压含有2次谐波电压时,基波电压波形明显产生了正负半波不对称的波形畸变,最终导致TCR支路电流波形的不对称畸变。

AB相间电压在0.06秒时叠加了基波线电压幅值30%且与基波线电压同相位的2次谐波电压,且触发角度为120o,AB相TCR支路电流波形变化如图5所示:

由图可见当2次谐波电压与基波电压同相位时,TCR支路电流正半波面积小于负半波面积,直流分量为负。

AB相间电压含有与基波线电压同相位且幅值为基波线电压30%的2次谐波电压,且触发角度为120o时,AB相TCR支路电流直流含量如图6所示。

由图可见当2次谐波电压与基波电压同相位时会产生一个负的直流电流分量。

在AB相间电压含有基波线电压幅值30%且与基波线电压同相位的的2次谐波电压,且触发角度为120o时,TCR附加平衡控制器动作,AB相TCR支路电流直流分量调节过程如图7所示:

由图可见TCR平衡控制器相对于主控制器具有较大的时间常数,因此它的运行不会与主控制器的快速调节相冲突。

在AB相间电压含有基波线电压幅值30%且与基波线电压同相位的的2次谐波电压,触发角度为120o时,TCR附加平衡控制器动作,AB相TCR支路电流分量调节过程如图8所示:

由图可见,在0.05秒时TCR附加平衡控制器动作,0.15秒调节过程结束,此时TCR支路正负半波电流面积相等,不含有直流分量,同时电流的基波分量对系统无功功率进行补偿。

在0.2秒时将纯感性负荷减少1.5Mvar,系统出现了过补偿,比例-PI控制器动作,系统侧无功变化波形如图9所示。

由图可见,0.2秒时系统出现较大无功缺额,此时控制器快速动作,由TCR的基波电流对系统无功进行补偿,使系统侧无功恢复平衡。

并且可见引入比例-PI控制后,控制效果有了进一步的改善,超调量减少,响应速度也有所提高,仿真验证了该控制策略的有效性。

平衡控制器也与主控制器形成了较好的配合,在与主控制器配合提供补偿无功的同时消除了由于2次谐波电压引起的直流电流分量。避免了向系统注入直流电流分量。

7 结束语

本章首先对TCR型静止无功补偿装置的各种控制方式进行了分析、比较,针对目前控制器所存在的不足,提出了一种在论域内用不同控制方式分时段实现控制且含有平衡控制功能的比例-PI控制器,此控制器综合了比例、比例积分控制的优点,使系统克服了TCR本身所具有的非线性环节的影响,具有较快的响应速度,提高了稳态控制精度与跟踪性能,并且由于具有附加的平衡控制功能使其能够在系统电压含有2次谐波时正常工作,从而较好的提高了控制性能。并且利用MATLAB仿真软件以某轧钢厂无功补偿项目数据为基础,对所设计的控制器进行了仿真,仿真结果验证了方案的正确性和可行性。

摘要：为解决系统电压含有2次谐波电压分量时,TCR正负半波导通电流面积不相等,向系统注入过多直流电流分量的问题,本文提出了一种用于TCR型静止无功补偿装置,可抑制2次谐波电压影响的复合控制器,该控制器采用对TCR电流的瞬时值在每半个周期内积分求解平均值,再通过PI调节器结合系统电压的极性得出平衡调节器的控制量,控制器通过调节触发角以达到在反并联的晶闸管桥臂正方向和负方向导通时间不同,最终将直流电流分量减少到零。仿真结果验证了该方法的准确性,表明该方法能够减少补偿器向系统注入的直流电流分量,并同时完成无功补偿功能,具有一定的理论及应用价值。

关键词：无功补偿,2次谐波电压,平衡控制

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调压型无功补偿装置 篇4

金凤井田位于宁夏吴忠市东南, 行政区划属吴忠市盐池县冯记沟乡管辖。距盐池县约55km, 距吴忠市约90km, 距银川市115km, 矿井设计规模44.00Mt/a, 服务年限为64.2a。

2供电现状

矿井工业场地设有一座35/10kV变电所, 变电所内安装两台20MVA的变压器, 该变电所主要为主斜井驱动机房、回风立井驱动机房、锅炉房、井下水处理站、选煤厂及煤矿井下提供10kV电源。

矿井主斜井配两台1600kW变频电机, 采用12脉整流, 交-直-交变频运行方式, 煤矿井下采煤机功率为1180kW, 变频器在运行过程中产生11、13次谐波, 是整个矿井的谐波源, 采煤机在运行过程中会对矿井的供电的电网电压造成冲击, 如果在运行过程中不采取治理措施, 变压器在运行的时候还会反向对矿区电网造成冲击, 从而使得矿井的供电可靠性得不到保障。

3 MCR无功补偿装置原理

3.1一次部分

MCR型无功补偿装置在一次回路结构与传统的TCR型SVC基本相同, 其装置都是由 FC支路、可控电抗器这两部分共同组成的, 虽然两者的基本组成一样, 但是也还是存在一定的区别。两者的区别主要是在TCR型SVC里可控电抗器是“相控电抗器”, 但是在MCR型SVC里, 可控电抗器是“磁阀式可控电抗器”。从图1中我们可以清楚地看到, 在其主接线的供电是通过供电母线经过补偿出现开关的, MCR支路、FC支路都在通过各自的隔离开关处于补偿母线进行连接。

FC支路持续性的向整个供电系统提供一定量的容性无功, 而MCR支路就根据供电系统的整体变化来按照一定比例吸收剩余的容性无功, 由此方法来保持系统感性与容性无功之间的关系尽量保持平衡。我们可以从图1中看出, FC支路的出线柜是与MCR支路一起共用的, 在其支路上面的隔离开关保证了支路在系统检修或者是停用的时候与供电系统隔离。图1中的TV1是系统母线电压互感器, 其主要作用是用来检测母线的电压值;图1中的TV2也是系统母线电压互感器之一, 其主要作用是用来检测母线电压信号。

3.2二次部分

整个二次部分是有由MCR型支路控制保护系统与FC支路保护系统和控制电源系统共同组成, 下面进行阐述。

(1) MCR型支路控制保护系统

MCR支路控制保护系统包含:控制保护、励磁、监控这三个主要部分。

首先, 对控制保护部分进行阐述;控制保护部分是一个采用80C196芯片作为主要CPU的控制器, 其他主要控制部分由数据采集、通讯、主控CPU与CPU相应外围的电路共同组成。

下面分别阐述各个CPU之间的实现系统。

①控制保护CPU:控制保护之间的CPU主要是通过多口RAM来实现的, 其主要目的是实现各个CPU之间的数据共享;②控制算法以及保护逻辑:其主要是由主控的CPU来实现的, 主控CPU对所有的数据进行收集整理计算;③系统参数采集、计算:其主要是由数据CPU来实现的, 在整个系统中, 专门负责通讯部分的CPU与上位监控机与其他监控系统相互之间进行数据的交换, 并将整体的数据提供给RS485与CAN通讯接口。

再者阐述励磁部分:

励磁部分主要是由光电接口电路、触发脉冲电路、脉冲放大电路、可控硅等部分组成;其工作程序如下:光电接口电路在接收到信号后, 由光电转换成为模拟给定信号, 形成可触发的控制的触发脉冲, 通过脉冲放大电路形成对可控硅的导通状态进行移相控制, 实现调节MCR支路感性无功电流的目的。

最后阐述监控部分:

监控部分是由上位监控机、人机交互界面与部分终端器件组成。

上位监控机是将显示屏通过RS485或CAN总线通讯接口与通讯CPU相连接, 以此来达到上传或者下载各种实时数据的目的。CPU收集的实时数据可以在显示屏上面进行及时显示, 操作人员可以根据人机交互界面进行操作, 对系统的整体运行、系统参数、详细信息进行设定或者监控;同时还可以对数据的运行进行储存, 绘制出数据运行趋势图, 以便查看历史数据, 对系统的长期运行提供实时、连续的数据参考。

(2) FC支路保护控制系统

FC支路保护系统是采用80C196芯片作为主要的CPU计算核心。内部由数据采集、CPU、保护输出电路组成。其运行程序如下:通过数据采集部分采集FC支路补偿出线柜上面的电流与FC支路零序上面的电压, 上传至CPU, 再由CPU进行计算, 再将计算结果与保护算法之间进行对比, 根据对比差来调节FC支路补偿出线柜上面的电流与FC支路零序上面的电压, 由此实现FC支路过流一段、二段, 补偿出线柜过流一段、二段, 不平衡电压 (零序电压) 等保护功能。

(3) 控制电源系统

为了保证整个系统的正常工作, 需要为系统提供正常的电源, 还需要在出现电源故障的时候, 及时控制电源, 保证系统的全部设备不受损害;因此, 在控制电源系统中, 必须加入掉电保护功能, MCR型补偿装置的电源系统能够较好的完成各种系统需要的功能。首先, 为电路提供不间断的工作电源, 同时, 对故障发生后的控制保护动作提供处理时间, 系统的保障程序按规定的顺序依次退出运行, 保护系统的数据完整与安全, 在结束程序后, 设备停止使用, 以此减少设备的损坏与数据的安全。

4 MCR无功补偿装置实际应用

金凤煤矿35kV变电所10kV母线上安装一套MCR无功补偿装置, 其中MCR容量为6000kVar, 配套5、7、11、13次滤波支路, 当矿井生产过程中有对系统电压的负荷冲击时, 补偿装置通过检测母线上的电压、电流等电气参数, 并通过一定的控制算法实现对系统的调节, 满足矿井安全生产的需要, 并使得矿井的功率因数维持在0.95以上。

5 结论

MCR型动态无功补偿装置, 设计通过专门的快速励磁系统, 其相应时间已达20ms, 图2、3分别为MCR加载和减载过渡过程一次电流实测波形。

1通道为电容器切除电流波形, 2通道为MCR电流波形, 响应速度为20ms。

1通道为电容器切除电流波形, 2通道为MCR电流波形, 响应速度为20ms。

从以上MCR型动态无功补偿的原理及实际应用中可以看出, 在矿井终端变电所加装该装置后, 当矿井的负荷发生突变时, 该装置可以通过检测供电系统的参数并通过自身的控制算法使得矿井的电能质量得到很大的改善, 从而使得矿井的安全性得到了很大提高。

摘要：我国自上世纪70年代开始推广机械化采煤后, 煤矿用电负荷激增, 近年来, 出于采煤工艺和节能方面的需求, 大量非线性负荷的设备在煤矿供电系统中被广泛使用, 这些设备使得煤矿的效率大大提高, 但同时也给电网带来了大量的谐波, 对电网产生极其严重的污染, 文中简要介绍了神华宁夏煤业公司金凤煤矿的供电概况, 并实际运用了MCR型无功补偿装置使得矿井提高电网功率因数, 减少线路损耗, 维持负荷端电压, 使得矿井的供电效果得到很好的改善, 提高了经济和社会效益。

关键词：MCR,无功补偿装置,煤矿供电

参考文献

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调压型无功补偿装置 篇5

功率因数是电力系统的一个重要的技术数据,是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低,说明电路用于交变磁场转换的无功功率大,从而降低了设备的利用率,增加了线路供电损失及企业生产成本。所以,供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。功率因数低的根本原因是电感性负载的存在,电网中的电力负荷如电动机、变压器、电焊机等,大多属于电感性负荷。因此,在电网中安装并联电容器无功补偿设备后,将有助于提高功率因数,改善供电质量。

1研究背景及存在问题

机电制修厂系河南能源集团永煤公司下属地面单位,电力系统经由35kV辅助区变电站输出的10kV线路给厂内部各车间、单位供电,厂区包括10kV高压室、1#箱式变电站、2#箱式变电站、3#低压室等变配电所。10kV线路下面共带有7台低压配电变压器(10 kV/0.4 kV):400 kVA容量1台、 500kVA容量2台、630kVA容量3台、800kVA容量1台,合计总装机容量为4 090kVA。

目前,该厂月耗电量约为20万kW·h(无功电量约为14万kvar·h),平均每月功率因数约为0.78,较低的功率因数对机修厂供电系统造成以下影响:(1)偏低的功率因数,造成该厂每月受到供电局1万元左右的增电费罚款;(2)导致变压器、 电机、电缆等设备的损耗增大,利用率变低;(3)引起系统电压下降,影响各种电气设备的正常工作;(4)造成变压器局部严重过热,损耗增加,输出减少,缩短使用寿命等问题。

2高压动态无功补偿介绍

高压动态无功补偿,主要用来补偿电网中频繁波动的无功功率,抑制电网闪变和谐波,提高电网的功率因数,改善高压配电网的供电质量和使用效率,进而降低网络损耗,有利于延长输电线路的使用寿命。经过分析和论证,采用10kV高压动态无功补偿装置可达到无功动态补偿,使功率因数达标(功率因数提高到0.95左右),避免供电公司力率电费罚款;抑制谐波, 提高供电安全性,改善电能质量;提高设备(变压器、线路)利用率,通过补偿无功,使总供电电流下降;有效支撑负荷端电压, 加强系统电压稳定性等目的。

3 10 kV高压动态无功补偿技术改造的实施

3.1整体设计

根据该单位供电系统对无功补偿容量的技术要求、工程经验以及高压柜控制器显示相关动态数据(有功功率约500kW, 无功功率约800kvar),同时考虑投资性价比因素。本研究决定在10kV母线上安装一套许继电气公司生产的额定容量为1 350kvar的高压动态无功补偿装置(TBB)。该装置每套自动补偿装置分为2组投切,每组投切容量分别为450kvar、 900kvar,这样便可以产生3级投切容量,分别为450kvar、 900kvar、1 350kvar。并且能根据负荷变化的情况,通过一台无功补偿控制器检测电网功率因数,控制器根据取样的电流电压信号,给出控制信号,自动投切真空接触器,将电容组投入或退出运行。

3.2 TBBz10-1350(450+900)AK型高压动态无功补偿装置构成及性能参数

3.2.1设备构成

10kV高压电容自动补偿装置至少由以下主要设备构成: 控制器、隔离开关、三相干式铁芯串联电抗器(6%)、高压并联电容器、电容器保护专用熔断器、真空接触器、氧化锌避雷器、 放电指示灯、放电线圈、铝母线、柜体及相应附件等。

3.2.2性能参数

3.2.2.1电容器

(1)过负荷能力及放电性能:1)电容器在1.1倍的额定电压下长期运行。2)电容器在1.3倍的额定电流下长期运行。 3)当电容器组断开电源时,能将电容器端子上剩余电压在5~ 20s内自2倍额定电压降至0.1倍额定电压或50V以下。

(2)电容偏差:1)电容器允许的电容偏差为装置额定电容的0~+10%。2)三相电容器的任何两线路之间,其电容和最大值与最小值之比不超过1.02。3)电容器组各串联段的最大与最小电容之比不超过1.02。

3.2.2.2电抗器

(1)过负荷能力:1)过电压。电抗器能在工频加谐波电压峰值为下运行。2)过电流。电抗器能在工频电流1.35倍额定电流的最大工作电流下连续运行。电抗器能在五次谐波电流含量不大于35%,总电流有效值不大于1.2倍额定电流的情况下连续运行。3)铁芯式电抗器能承受25倍额定电流的最大短时电流的作用,不产生任何热损伤。

(2)电抗器允许偏差:1)在工频额定电流下电抗值数允许偏差0~+15%。2)三相电抗器每相电抗值不超过三相平均值的±4%。

(3)电感偏差:在额定电流下,其电抗值的允许偏差为0~ +5%。

(4)声级:在额定电流下,三相或单相电抗器的声级水平不超过相关标准要求。

3.2.2.3放电线圈(PT)

(1)在额定频率和额定电压下,放电线圈与对应的并联电容器相并接,当电容器断电以后,其端子间的电压在5s后可由降至30V以下。

(2)放电线圈能承受电压下电容器储能放电的作用。

(3)准确级:在额定频率0.9~1.3倍额定电压和0~ 100%额定二次负荷(cosφ为0.8滞后)下,0.5级或1级产品分别满足比值差不超过±0.5%或±1%,相位差不超过±20′或 ±40′。

(4)短路承受能力:在额定电压下,能承受二次短路电流在1s时间内所产生的热和机械力的作用而无损伤。

3.2.2.4导体(GB50227—2008)

(1)单台电容器至母线或熔断器的连接线采用软导线,其长期允许电流不小于单台电容器额定电流的1.5倍。

(2)电容器套管相互之间和电容器套管至母线或熔断器的连接线,有一定的余量选择。

(3)并联电容器装置的所有连接导体,满足动稳定和热稳定的要求。

3.2.2.5整机

(1)绝缘水平:装置的一次电路的各相之间及相对地之间, 二次电路与地之间能承受相关标准要求耐受电压;工频耐受电压施加时间为1min。

(2)耐受短路电流能力:主回路中的电气设备、连接线及机械机构能耐受短路电流和电容器极间短路放电电流的作用而不产生热和机械的损伤及明显的变形;装置的额定耐受电流值为20kA。

(3)过负荷能力:1)稳态过电流。装置能在方均根值不超过1.1×1.30In的电流下连续运行。该电流是有1.1Un、电容值偏差及高次谐波综合作用的结果。2)稳态过电压。装置的连续运行电压为1.05Un,且能在相关规定的稳态电压下运行相应的时间。3)涌流。单台电容器及保护用的熔断器所能承受的涌流分别满足相应标准GB3983.2—89及DL442—91的要求;装置能将投入电容器组时产生的涌流限制在电容器组额定电流的20倍以下。

(4)操作过电压和过电流:用不重击穿的开关投切电容器时可能发生第一个峰值不大于倍施加电压,持续时间不大于1/2的周波过渡过电压。响应的过 渡过电流 的峰值达 到100In,在这种情况下每年允许操作1 000次。

(5)耐受短路放电能力:电容器单元能承受在允许的运行电压下由于外部故障引起的短路放电。

(6)局部放电性能:电容器单元的局部放电性能能达到局部放电试验的要求。

(7)外观及防腐蚀层:电容器单元的外观符合产品图样的要求。其外露的金属件有良好的防腐蚀层。

(8)密封性能:电容器单元的密封性能,足以保证在其各个部分均达到电介质允许最高运行温度后至少经历2h而不出现渗漏的要求。

3.2.2.6布置与安装

(1)装置的布置与安装符合GB50227—2008的有关规定要求。

(2)装置满足平面布置图要求和各种电气距离的要求。

3.2.2.7安全要求

放电线圈直接并接于电容器组的两端;在出厂前,电容器已全部可靠接地。

3.2.2.8温升

母线之间连接处及主电路各连接处的温升不超过50K,各电器设备的温升不超过各自的规定。

3.3设备主接线图

设备主接线图如图1所示。

该设备具有动态快速跟随负荷变化的特性,能有效提高电网的电能质量、功率因数并节约电能,同时具有极高的可靠性, 只需要定期进行简单的常规检查即可确保设备长期稳定运行, 维护工作量极小,维护难度小,维护成本极低。

4结语

通过在该厂10kV母线上加装一套TBB型无功自动补偿装置后,功率因数可达到0.95左右,经测算每年可节省电费支出约14万元,可提升主变设备利用率33%。同时,因为功率因数稳定在较高的水平,且电压也非常稳定,谐波量大大减少,三相不平衡也得到了很好的控制。所以,设备的运行效率得到保证,生产时间也大大缩短。由于不再有谐波的影响,也不再有电压剧烈变动的干扰,供电系统中的其他设备的工作寿命也会比原来相应地延长。

摘要：鉴于河南能源集团永煤公司下属单位机电制修厂供电系统功率因数过低,以及由此造成的各种不利影响等问题及现状,综合比较提出了通过采用高压动态无功补偿装置进行功率补偿的设计思路,以提高整体功率因数,最终达到节约电费、加强系统电压稳定性、改善电能质量、提高供电安全性和设备利用率等目的。

调压型无功补偿装置 篇6

关键词：有载调压,无功补偿,配电网,作用,调控

随着南水北调和宁西铁路等一批国家重点工程的确定和实施, 给淅川县经济和社会发展带来了难得的历史机遇, 淅川经济得到了高速增长。但随着农村用电负荷的提高以及用电性质的复杂化, 致使电网的无功功率不足和无功分布不尽合理, 从而造成系统电压下降。电压的波动和无功负荷的变化直接影响电网电能质量, 因此而适及到电压如何调整, 无功补偿装置的投入, 无功电压与优化等方面的技术问题。变电站的主要调压手段就是通过调节有载调压变压器分接头的位置和控制无功补偿电容器来达到无功优化、提高电网电压和降低线损的目的。

一、有载调压变压器在配电网中的作用

变压器在负载运行中能完成分接电压切换的称为有载调压变压器, 它能将光线变为电荷, 并可将电荷储存及转移, 以其构成的CCD (CCD是电荷耦合器件的简称) 摄像机具有重量轻、体积小、寿命长、不受磁场影响、抗振动、灵敏度高和有极好的图像再现性等优点, 故被广泛地应用。

(一) 保持电压稳定

变压器存在阻抗, 在功率传输中, 将产生电压降, 并随着用户侧负荷的变化而变化。系统电压的波动加上用户侧负荷的变化将引起电压较大的变动。在实现无功功率就地平衡的前提下, 当电压变动超过定值时, 有载调压变压器通过调节分接头, 对电压进行调整, 并保持电压的稳定。

(二) 保证电压质量

供电变压器的任务是直接向负荷中心供应电力, 一次侧直接接到地区供电网35KV或110KV。这类变压器不但向负荷提供有功功率, 也往往同时提供无功功率, 而且一般短路阻抗也较大。随着地区负荷变化, 如果没有配置有载调压变压器, 供电母线电压将随之变化。因此, 我国《电力系统技术导则 (试行) 》规定了“对110k V及以下变压器, 宜考虑至少有一级电压的变压器采用带负载调压方式”。所以, 对直接向供电中心供电的有载调压变压器, 在实现无功功率分区就地平衡的前提下, 随着地区负荷增减变化, 配合无功补偿设备并联电容器及低压电抗器的投切, 调整分接头, 以便随时保证对用户的供电电压质量。有载调压变压器可以保持电网运行在较高的电压水平, 优化了无功功率, 从而降低了线损, 提高了电网经济效益。变压器有载调压虽然在一定的程度上能改变电网电压, 但无法改变无功需求平衡状态:当系统无功功率不足时, 负荷的电压特性可以使系统在较低电压下保持稳定运行, 但如果无功功率严重缺乏时, 为保持电压水平而调节有载调压变压器分接头, 电压暂时上升, 将无功功率缺额全部转移至主网, 从而使主网电压逐渐下降, 严重时可能引发系统电压崩溃。

二、无功补偿装置在配电网中的作用

(一) 装设无功补偿设备, 降低损耗

应当根据电网中无功负荷及无功分布情况合理选择无功补偿容量和确定补偿容量的分布, 以进一步降低电网损耗。电网的损耗分为管理线损和技术线损。管理线损通过管理和组织上的措施来降低;技术线损通过各种技术措施来降低。无功补偿是利用技术措施降低线损的重要措施之一, 在有功功率合理分配的同时, 做到无功功率的合理分布。按照就近的原则安排减少无功远距离输送。对各种方式进行线损计算制定合理的运行方式;合理调整和利用补偿设备提高功率因数。

(二) 功率因数补偿, 提高电压质量

随着工农业生产的不断发展, 加工生产服务行业用电设备多为电磁结构, 需要大量的励磁功率, 致使用户的功率因数滞相且较低, 一般都会低于0.7以下, 滞相的无功功率在配电网中流动不仅占用配电网容量, 造成不必要的损耗, 而且导致电网电压降低。加装并联电容器补偿装置就近供给用户或配电网所需要的滞相无功功率, 减少在配电网中流失的无功功率, 降低网损, 从而改善电压质量。

(三) 无功补偿调压

变电站10KV母线无功集中补偿, 其装置主要包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等, 主要是平衡输电网的无功功率, 提高系统终端变电站的母线电压, 补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。变电站10KV母线无功集中补偿容量和投切控制方式应考虑到满足主变压器自身的无功损耗和就近向配电线路前端输送无功, 以满足配电线路前端 (变电站附近) 的无功负荷, 为主变有载调压维持系统电压稳定提供保障。经过实践, 无功补偿技术的应用为电力企业和客户带来了双赢的局面。对客户来讲, 合理进行随机补偿, 可以降低电流, 减少内线损耗, 提高设备出力;对供电企业来说, 无功补偿技术改造后, 配变可以降低损耗, 使得配变利用率提高, 满足了更多动力客户的供电需求。从一定程度上缓解农村综合变容量不足的矛盾, 可以将有限的电网建设资金用得更为合理。

三、变压器有载调压和无功补偿装置的合理调控

有载调压变压器可以带负荷的情况下切换分接头位置, 从而改变变压器的变比, 起到调整电压和降低损耗的作用。控制无功补偿电容器的投切, 可改变网络中无功功率的分布, 改善功率因数, 减少网损和电压损耗, 改善用户的电压质量。以上两种调节和控制的措施, 都有调整电压和改变无功分布的作用, 但它们的作用原理和后果不同。利用改变有载调压变压器的分接头位置进行调压时, 调压措施本身不产生无功功率, 但系统消耗的无功功率与电压水平有关, 因此在系统无功功率不足的情况下, 不能用改变变比的办法来提高系统的电压水平, 否则电压水平调得越高, 该地区的无功功率越不足, 反而导致恶性循环。所以在系统缺乏无功的情况下, 必须利用补偿电容器进行调压。投补偿电容器既能补充系统的无功功率, 又可改变系统中的无功分布, 从而有利于系统电压水平的提高。因此必须把调节变压器的分接头与控制电容器组的投、切两者结合起来, 进行合理调控, 才能起到既改善电压水平, 又降低网损的效果。

四、结语

综上分析, 在电力网中应大量使用有载调压, 并充分认识和发挥它的作用, 及时调节主变压器有载调压分接开关, 就可以确保供电质量, 真正做到电网的安全、经济、优质运行。无功补偿的效益对于新建企业来说, 可以降低设备容量, 减少投资费用, 在一定的条件下, 改善后的功率因数可以使所选变压器的容量降低, 所以, 使用无功补偿不但可以减少初次投资费用, 而且减少了运行后的基本电费, 给用电企业带来了直接的经济效益。

参考文献

[1]李国柱.地区电网多变电站电压无功协调控制系统结构和策略的研究[D].河海大学, 2004.

调压型无功补偿装置 篇7

控制电压接近额定值是供电系统运行调整的重要任务, 电压过高或过低都会影响用户的生产生活, 直接干扰着电网的稳定及电力设备的安全运行。造成电压质量下降的主要原因是系统无功功率不足或无功功率分布不合理。因此, 想要解决电压稳定的问题就需要从根本上解决无功功率补偿与分布的问题。具体实现可用调节变压器分接头和电容器的投切共同实现。

2变压器分接头调压

变压器的高压绕组终端区隔一些线匝就抽出一个接头, 电源接在不同的抽头上高压绕组的实际线匝数就不同, 而低压绕组的线匝数是固定的, 这样, 变化的高压绕组匝数和不变的低压绕组匝数就构成了不同的变比, 根据变压器变压的原理, 低压绕组就可以随高压绕组接不同的抽头而变出不同的电压。220KV以下的变压器抽头一般设在高压绕组的电源侧, 220KV以上的变压器抽头就设在高压绕组的中心点侧。

有载调压就是将绕组抽头都接在有灭弧能力的开关上, 在外部通过远方控制手动或自动调节好这些抽头的连接, 从而达到随时调整低压绕组输出电压的目的。调整时, 这些开关先与需要的那个抽头接上, 然后断开原来接通的抽头, 因为有电压和运行电流的存在, 所以跳开的开关与我们使用的其他电源开关一样, 要灭弧后断开。

变压器分接头调整应遵循以下条件和要求: (1) 多台主变压器并列运行时, 必须保证同步调档, 且并列运行的各主变压器必须同时升降。 (2) 确保有载调压分级进行, 每次只能调一挡, 前后2次调档应有一定的延时。 (3) 档位上下限应有限位措施。 (4) 调档命令发出后要进行校验, 发现拒动或滑档应闭锁调档机构。 (5) 变压器过负荷时应自动闭锁调压功能。

有载调压前提:并列后的变压器仍然能够按照预期值有效地对母线电压进行控制。调整分接头必须能减小循环电流, 循环电流是由不正确的分接头位置造成的。当系统运行方式发生变化时, 控制器必须保证“自动”和“正确”地动作。有载调压分接头控制器的基本功能是调节电压。假设, 可调整的电压范围为±5%, 若分接头有16档 (17个档位) , 每个档位调节电压的幅度是0.625%。用调压变压器或改变变压器分接头进行调压, 属于重新分配无功, 由于这种调压措施本身不产生无功, 只能改变无功的分布, 因此在整个系统无功不足的情况下不可能用这种办法来提高全系统的电压水平。

3电压无功调节的VQC控制

设计出具有有载调压功能的微机变压器测控装置、微机电压无功调节装置和微机电容器保护装置, 三者配合使用可实现电压的无功控制。

微机变压器测控装置提供有载调压动作方式, 通过RS485通讯与综合无功调节装置一同完成变压器档位分接头调整。本装置接收综合无功调节装置的命令, 开出升压或降压接点, 实现有载调压功能。

当主变分接头位置发生滑档时, 本装置可自动判别, 并闭锁无功调节装置发来的任何调解命令, 必须复位使之恢复正常;如果无功调节装置判断出滑档故障时发出滑档命令则本装置的反应同自动判别。

具体控制流成如图1。

微机电压无功综合调节装置适用于220KV以下变电站, 最多可监控两台主变, 实现电压无功综合调节功能。装置采用CAN总线, 经总控单元和变压器测控装置、电容器保护监控装置相联, 通讯规约参照IEEE870-5-103协议。变压器测控装置对主变的潮流量、开关量、档位实行监测, 执行该装置的分接头升、降命令, 并配有检测主变滑档执行急停的功能。

微机电容器保护监控装置具有投电容、切电容等功能。

电压无功控制的九域图如图2。

VQC控制策略如下:a.区域———Q正常, U越上限。控制策略为:分接头下降, 档位到最低时切电容器, 调节动作;降压;切电容。b.区域———Q越上限, U越上限。控制策略为:分接头向下调节, 如果已到最低档则切除电容器, 调节动作;降压;切电容。c.区域———U正常, Q越上限。控制策略为:如果已到最低档或电压大于UGB不动作, 其它情况投入电容器, 投电容。d.区域———U越下限, Q越上限。控制策略为:投入电容器, 如果电容器已投完, 分接头向上调节, 投电容;调节动作;升压。e.区域———U越下限, Q正常。控制策略为:分接头向上调节, 如果已到最高档则投入电容器, 分接头向上调节, 如果已到最高档则投入电容器。f.区域———U越下限, Q越下限。控制策略为:分接头向上调节, 如果已到最高档则投入电容器, 分接头向上调节, 如果已到最高档则投入电容器。g.区域———U正常, Q越下限。控制策略为:如果已到最高档或电压小于UDB不动作, 其它情况切除电容器, 切电容。h.区域———U越上限, Q越下限。控制策略为:切除电容器, 如果电容器已切完, 分接头向下调节, 切电容;调节动作;降压。

电容器组的投切操作应满足以下条件和要求: (1) 电容器组的投切应实行轮换原则, 即保证最先投入者最先切除。最先切除者最先投入。 (2) 电容器组轮换投切应考虑运行方式的影响, 当每台主变压器既有关联又有独立性时, 应各自投切本身所带的电容器组。 (3) 人工投切的电容器组也应参加排队。 (4) 变电站低压母线, 电压过高或过低时应闭锁电容器组的投切。 (5) 电容器检修或保护动作时应将电容器组投切闭锁。

4结论

本文运用有载调压变压器的调压分接头和电容器补偿共同调压调无功来实现无功电压控制。采用有载调压OLTC, 具有降低电网环流, 防止非预期无功功率交换, 降低并列运行线路的损耗, 改善电网功率潮流、提高供电可靠性等优点, 因此有载调压变压器在电力系统网中广泛使用。而且, 有载调压变压器与电容器组合即无功电压控制VQC可实现无功电压控制, 即调节电压又保证无功正常输出, 对提高电网安全运行水平和电压质量具有重要意义。电压无功综合控制装置能做到安全、可靠的运行。

摘要：变电站调压通常采用有载调压变压器和补偿电容器两种方法。有载调压变压器可以在带负荷的条件下切换分接头, 从而改变变压器的变化, 可以起到调整电压降低损耗的作用。而合理地配置无功功率补偿容量, 可以改变网络中的无功潮流分布, 改善功率因数, 减少网损和电压损耗, 从而改善用户的电压质量。这两种措施都有调整电压的作用, 可原理作用和效果是不同的。只有将两者有机结合起来, 才可能达到良好的控制效果。

关键词：有载调压变压器,无功电压控制,九域图

参考文献

[1]徐正亚.变压器及中低压网络数字式保护[M].北京:中国水利水电出版社, 2004.

[2]程浩中, 吴浩.电力系统无功与电压稳定性[M].北京:中国电力出版社, 2004.