35KV母线动态无功补偿装置SVC技术方案.docx
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35KV母线动态无功补偿装置SVC技术方案
宁安益昕钢铁公司
35母线动态无功补偿装置（）技术方案
1.1项目说明
宁安益昕钢铁公司本期新上轧钢生产线配置交流电机4台，直流电机8台，1000炼钢变压器水泵用电1台，1000轧钢变压器吊车用电1台，7000/35型变压器8台负责中频炉供电，变压器可以超载20%运行。
轧炼钢车间系24小时连续生产，全年生产10个月左右。
中频炉为24脉整流系统供电，在冶炼过程中有高次谐波产生，并使供电电压波形发生畸变，供电质量下降，为此，需在熔炼炉所在的35母线装设一套动态无功补偿装置（），以消除高次谐波、减少电压波动、提高系统功率因数、改善电能质量、节能降耗、降低运行成本等目的。
1.2设计依据
1.2.1环境条件
设备使用环境
−安装地点：
户内或户外
−海拔高度：
＜1000m
配电系统概况
−系统额定电压：
35
−系统最高电压：
40.5
−系统额定频率：
50
1.2.2主要技术参数
电能质量考核点（点）为220母线。
220母线最小短路容量
2690.8
变压器电压等级
220/3590
变压器短路阻抗百分比
10.5%
1.2.3设计使用的标准
11920—89《电站电气部分集中控制装置通用技术条件》
50227—1995《高压并联电容器装置设计规范》。
50227《并联电容器装置设计规范》
3983.2《高压并联电容器》
5316《串联电抗器》
1985—89《交流高压隔离开关和接地开关》
1032—2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》
3.1—1997《高压输变电设备的绝缘配合》
5582《高压电力设备外绝缘污秽等级》
11022《高压开关设备通用技术条件》
1985《交流高压隔离开关和接地开关》
5273《变压器、高压电器和套管的接线端子》
775《绝缘子试验方法》
4109《高压套管技术条件》
14549—1993《电能质量公用电网谐波》
14285—93《继电保护和安全自动装置技术规程》
12325《电能质量供电电压偏差》
12326《电能质量电压波动和闪变》
15543《电能质量三相电压不平衡》
15945《电能质量电力系统频率偏差》
系统配置、设备制造遵守但不低于现行的、最新版本的国家标准及原电力部制定有关技术规范。
国标未列部分参照标准执行。
1.2.4技术指标限值
▲谐波电压限值
电网标称电压（）
电压总谐波畸变率
（%）
各次谐波电压含有率（%）
奇次
偶次
220
2
1.6
0.8
35
3
2.4
1.2
▲注入电网公用点的谐波电流允许值（基准短路容量）：
标准电压（）
基准短路容量
（）
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
35
250
15
12
7.7
12
5.1
8.8
3.8
4.1
3.1
5.6
2.6
4.7
220
2000
12
9.6
6.0
9.6
4.0
6.8
3.0
3.2
2.4
4.3
2.0
3.7
标准电压（）
基准短路容量
（）
谐波次数及谐波电流允许值（A）
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
35
250
2.2
2.5
1.9
3.6
1.7
3.2
1.5
1.8
1.4
2.7
1.3
2.5
220
2000
1.7
1.9
1.5
2.8
1.3
2.5
1.2
1.4
1.1
2.1
1.0
1.9
由于本设计中220母线短路容量不同于国标中的基准短路容量,因此220母线的谐波电流允许值折算如下。
根据国家标准14549《电能质量—公共电网谐波》，基准容量下注入公共连接点的谐波电流允许值表3.1b、3.1c第二列所示。
由于考核点最小短路容量不同于基准容量，应按下式进行换算：
*（12）
式中：
折算后的谐波电流；
基准短路容量下的谐波电流；
1-公共连接点的最小短路容量；
2-基准短路容量。
单个用户注入公共连接点的谐波允许值为：
*（）1/α
式中：
第i个用户的谐波电流允许值；
第i个用户的协议用电容量，为90；
公共连接点的总供电容量，假设450；
α-相位叠加系数，按表3.1a取值。
折算后的注入公共连接点的谐波电流限值如表3.1b、3.1c的第三列所示：
表3.1a:
相位叠加系数
h
3
5
7
11
13
9,>13,偶次
α
1.1
1.2
1.4
1.8
1.9
2
表3.1b：
220母线谐波电流允许值折算（0.2）
谐波
次数
基准短路容量2000谐波电流限值（A）
按短路容量2690.8折算后的谐波电流限值（A）
2
12
7.22
3
9.6
2.99
4
6
3.61
5
9.6
3.38
6
4
2.41
7
6.8
2.90
8
3
1.80
9
3.2
1.92
10
2.4
1.44
11
4.3
2.37
12
2
1.20
13
3.7
2.13
14
1.7
1.02
15
1.9
1.14
16
1.5
0.90
17
2.8
1.68
18
1.3
0.78
19
2.5
1.50
20
1.2
0.72
21
1.4
0.84
22
1.1
0.66
23
2.1
1.26
24
1
0.60
25
1.9
1.14
1.3治理前电能质量
1.3.1谐波电流
表1.3.1流入35和220母线谐波情况评估
谐波次数
谐波电流（A）
谐波电压
35母线
220母线
35母线
220母线
2
3.70
0.59
0.07%
0.02%
3
7.52
1.20
0.21%
0.05%
4
1.85
0.29
0.07%
0.02%
5
16.66
2.65
0.78%
0.19%
6
1.35
0.21
0.08%
0.02%
7
9.42
1.50
0.62%
0.15%
8
31.41
5.00
2.34%
0.57%
9
2.77
0.44
0.23%
0.06%
10
32.79
5.22
3.06%
0.74%
11
5.03
0.80
0.52%
0.12%
12
0.92
0.15
0.10%
0.02%
13
9.13
1.45
1.11%
0.27%
14
2.31
0.37
0.30%
0.07%
15
1.85
0.29
0.26%
0.06%
16
1.85
0.29
0.28%
0.07%
17
4.62
0.73
0.73%
0.18%
18
1.39
0.22
0.23%
0.06%
19
4.62
0.73
0.82%
0.20%
20
1.39
0.22
0.26%
0.06%
21
0.92
0.15
0.18%
0.04%
22
1.85
0.29
0.38%
0.09%
23
11.55
1.84
2.48%
0.60%
24
0.92
0.15
0.21%
0.05%
25
10.62
1.69
2.48%
0.60%
总谐波电压畸变率
5.61%
1.35%
从以上表格可以看出，当四台中频炉同时运行时，220母线的8、10、23、25次谐波电流超过国家标准限值要求。
1.4电压波动和闪变评估
变压器容量（）
7000*2*4
冲击时功率因数
0.7
无功冲击同时系数
0.6
无功冲击值（）
23．52
220母线电压波动
0.87%
2方案确定
２.1容量确定
在35母线安装一套型动态无功补偿装置（），以消除谐波和提高功率因数，改善对母线的无功冲击，减小电压波动。
补偿容量的计算考虑了中频炉、交流电机、变压器的功率因数补偿需要，同时考虑了各级变压器的无功损耗。
补偿前功率因数为0.9，为满足装置恒无功和恒电压调节的要求，补偿后功率因数需达到0.98以上。
考虑到中频炉的运行工况，负荷同时系数取0.6进行计算。
容量为：
容量为12，装置补偿容量为：
12
滤波通道由五次（H5）、七次（H7）、八次（H8）、九次（H9）四个单调谐滤波通道组成。
2.2参数
表2.2a：
相控电抗器参数
额定线电压（）
35
电抗器容量（）
12
基波相电流（A）
116.57
最大基波相电流（A）
134.9
合成谐波电流
14.6
开通角α（°）
110
每相基波感抗（Ω）
172.09
每相电感（）
547.79
线电流（A）
202
表2.2b：
晶闸管选择
晶闸管额定电流（A）
晶闸管额定电压V）
晶闸管数量
电流裕度
电压裕度
470
4200
72
8.93
2.97
表2.2c：
阀组最大损耗及水冷装置容量确定
开通角（°）
110
开通角弧度
1.919862177
π-α
1.221730476
全通电流有效值（A）
203.4
晶闸管通态平均电流（A）
47.78
晶闸管电流有效值（A）
84.58
晶闸管闭锁时的电压（V）
22866.22
晶闸管门槛电压（V）
1
斜率电阻（mΩ）
1.5
晶闸管通态损耗
12.65
晶闸管开通损耗
2.16
晶闸管关断损耗
12.59
均压吸收回路损耗
39.92
阀组总损耗ΣP
67.32
水冷装置散热功率（）
90
2.3滤波器参数配置
表2.3a：
各通道电容器参数
滤波器支路
H5
H7
H8
H9
滤波次数
4.95
6.93
7.92
8.91
电容器额定电压（）
6.8
6.7
6.6
6.6
安装容量（）
8.40
2.40
6.48
3.24
补偿容量（）
4833
1393
3858
1922
基波电流（A）
79.73
22.99
63.64
31.71
基波容抗（Ω）
264.23
897.80
322.67
645.33
电容值（μF）
12.05
3.55
9.86
4.93
单台电容器容量（）
350
200
270
270
电容器串联台数/相
4
4
4
4
电容器并联台数/相
2
1
2
1
调谐频率（）
247.5
346.5
396
445.5
额定电流（A）
103
30
82
41
表2.3b：
各通道电抗器参数
滤波器支路
H5
H7
H8
H9
系统额定电压（）
35.0
35.0
35.0
35.0
基波电流（A）
80
22.99
63.64
31.71
额定电感（）
34.34
59.54
16.38
25.89
基波感抗（Ω）
10.78
18.69
5.14
8.13
线圈电阻（Ω）
0.44
1.08
0.34
0.60
数量（台）
3
3
3
3
品质因数
120
120
120
120
调谐频率（）
247.5
346.5
396
445.5
3装置组成设备的技术规格及配置表
序号
名称
规格型号
技术参数
数量
1
主电抗器
35
1组/6台
2
穿墙电流互感器
支路保护
35
3台
3
晶闸管阀组
晶闸管
504D4200
1套
光纤：
：
高电位板：
4
监控触发柜
1
光电触发
1套
5
调节控制柜
1
微机数控
1套
6
保护屏
含5台微保、继电器
1面
7
冷却系统
100
1套
8
后台监控
01
1套
9
滤波电抗器
35
±5%可调
12台
10
滤波电容器
全膜介质
84台
11
电流互感器
滤波支路保护、中性点不平衡
12台
12
附件
电流互感器、避雷器、构架及其它
5套
13
隔离开关
支路4-35D,630A
1台
14
隔离开关
滤波支路4-35D,400A
4台
15
安装材料
设备间连接导线、母线及瓷瓶等
5套
16
开关柜
含断路器、微保、
3台
17
高压电缆
开关柜至隔离开关上口
5套
4仿真计算
4.1阻抗曲线
图4.1a滤波支路全部投运时35母线阻抗频率曲线
图4.1bH9缺支时35母线阻抗频率曲线
4.2投运后的仿真与安全校验
4.2a投运后谐波潮流仿真
谐波次数
35母线
220母线
H5
H7
H8
H9
2
4.02
0.64
0.14
0.04
0.10
0.05
3
9.59
1.53
0.97
0.22
0.59
0.28
4
4.22
0.67
1.38
0.21
0.53
0.25
5
1.96
0.31
15.69
0.21
0.47
0.21
6
2.39
0.38
1.31
0.72
1.18
0.46
7
2.20
0.35
0.77
9.98
2.88
0.82
8
0.91
0.15
0.26
0.37
15.08
0.88
9
0.17
0.03
0.04
0.04
0.28
1.81
10
4.71
0.75
1.09
0.91
4.63
5.29
11
3.57
0.57
0.78
0.60
2.72
2.41
12
0.37
0.06
0.08
0.06
0.24
0.19
13
3.86
0.61
0.79
0.54
2.25
1.69
14
1.02
0.16
0.20
0.14
0.55
0.40
15
0.84
0.13
0.17
0.11
0.43
0.30
16
0.86
0.14
0.17
0.11
0.42
0.29
17
2.20
0.35
0.42
0.27
1.03
0.70
18
0.67
0.11
0.13
0.08
0.30
0.21
19
2.26
0.36
0.42
0.26
1.00
0.67
20
0.68
0.11
0.13
0.08
0.30
0.20
21
0.46
0.07
0.09
0.05
0.20
0.13
22
0.93
0.15
0.17
0.10
0.39
0.26
23
5.82
0.93
1.07
2.70
2.42
1.59
24
0.47
0.07
0.09
0.05
0.19
0.13
25
5.41
0.86
0.98
0.59
2.20
1.44
4.2b投运后母线谐波电压情况
谐波次数
35谐波电压
220谐波电压
2
0.07%
0.02%
3
0.27%
0.06%
4
0.16%
0.04%
5
0.09%
0.02%
6
0.13%
0.03%
7
0.14%
0.03%
8
0.07%
0.02%
9
0.01%
0.00%
10
0.44%
0.11%
11
0.37%
0.09%
12
0.04%
0.01%
13
0.47%
0.11%
14
0.13%
0.03%
15
0.12%
0.03%
16
0.13%
0.03%
17
0.35%
0.08%
18
0.11%
0.03%
19
0.40%
0.10%
20
0.13%
0.03%
21
0.09%
0.02%
22
0.19%
0.05%
23
1.25%
0.30%
24
0.10%
0.03%
25
1.26%
0.30%
总谐波电压畸变率
2.04%
0.49%
4.2c电容器组电流校验
电流校验在母线电压为上限值40.5条件下进行，此时电容器上的基波电流为I1，（）为谐波电流的方和根，（I）为基波电流与谐波电流的方和根，为电容器的额定电流，（I）＜1.3为合格。
滤波支路
H5
H7
H8
H9
基波I1（A）
92.26
26.60
73.64
36.70
（A）
16.02
10.14
16.90
6.92
总电流I（A）
93.64
28.47
75.56
37.34
电容额定电流（A）
102.94
29.85
81.82
40.91
过电流倍数
0.91
0.95
0.92
0.91
4.2d电容器组电压校验
电压校验在母线电压为上限值40.5条件下进行，此时电容器上的基波电压为U1，∑为谐波电压代数和，∑U为基波电压与谐波电压的代数和，为电容器的额定电压，∑＜1.1为合格。
滤波支路
H5
H7
H8
H9
基波U1（V）
25280
24764
23759
23678
总谐波电压∑（V）
535
1886
1409
1249
电压叠加∑U（V）
25815
26650
25168
24927
电容额定电压（V）
27200
26800
26400
26400
过电压倍数
0.949
0.994
0.953
0.944
4.3仿真与安全校验结论
通过上面的仿真与安全校验，考核点220母线电能指标如下：
◆电压波动<1.5%，满足国标12326-2000的要求；
◆平均功率因数≥0.95；
◆各次谐波电压及总谐波电压畸变率满足14549-93要求；
◆各次谐波电流满足14549-93的要求；
◆投运后，在不同工况下的谐波阻抗频率特性无谐波并联谐振和任何谐波电流放大现象。
在缺支运行工况下是安全的。
◆投运后，在母线电压不大于上限值（40.5）情况下，电容器电压、电流均不超过其允许值。
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