10kV电能质量综合补偿装置改版1.doc

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10kV电能质量综合补偿装置

武汉市武昌电控设备有限公司

目录

CONTENTS

n使用范围………………………………………………………………………………………02

n组成及原理….………………………………………………………………………………….02

n产品型号……………………………………………………………………………………..04

n标准及环境要求……………………………………………………….………………...05

n装置主要功能与性能………………………………………………….……………..06

n系统总体方案……………………………………………………………….……………..07

n优势和特点…………………………………………………………………………….….10

n资质证书………………………………….………………………………………….………12

n应用领域……………………………………………………………………………………..13

n整机尺寸…………………………………………………………………………………….15

n选型举例……………………………………………………………………………….……..16

一、使用范围

10kV电能质量综合补偿装置适用于10kV配电线路中，用于双向、连续调节系统无功功率、消除电力网络谐波、抑制工频过电压、提高系统稳定性的无功调节装置。

装置主要用于电力电缆贯通线路对感性无功的需求以及解决大功率牵引机车和动车双组重联行车的冲击负荷、非线性负荷，电源发生畸变、电压幅值闪变、三相不平衡、无功功率降低、网络损耗增加、供电质量变差等问题。

解决长距离重载线路限制过电压和无功补偿的矛盾，在最大程度上保持系统电压的稳定性，减少系统网损，提高电网输送能力。

可以更精确地控制系统电压和无功功率，减少了由于电容器、电抗器分组投切带来的冲击和涌流，可以大大提高设备的使用寿命，是现有无功补偿装置的升级换代产品。

二、组成及原理

10kV电能质量综合补偿装置，基本配置是由三个基本功能板及一台升压变压器构成。

其中三个板分别是：

检测功能板、控制运算功能板及补偿输出功能板。

它是采用可关断的电力电子器件（IGBT）组成自换相桥式电路，通过升压变压器并联在电网上。

其工作原理为由外部CT对系统或负载的电流信息取样，进入检测模块检测，然后经由控制运算模块分析出当前的电流信息，由控制器给出补偿的驱动信号，最后由补偿输出模块发出补偿电流。

见图一，补偿原理图。

图二

一次图。

图1、补偿原理图

图2、一次图（B：

变压器）

三、产品型号

四、标准及环境要求

1、引用标准

DL/T1216《配电网静止同步补偿装置技术规范》

GB/T14549《电能质量公用网谐波》

GB1094.1-5《电力变压器》

GB/T3859.1《半导体变流器基本要求的规定》

GB4208《外壳防护等级（IP代码）》

GB7251.1《低压成套开关设备和控制设备第1部分》

GB/T4025《人机界面标志标识的基本和安全细则指示器和操作器的编码规则》

GB/T15576《低压成套无功功率补偿装置》

2、环境要求

※额定电压：

10kV

※额定频率：

50Hz

※输入电压范围：

380V±57V

※贮存温度：

-40℃---+65℃

※运行温度：

-25℃---+55℃

※相对湿度：

常温下月平均＜95，无凝露

※海拔高度：

≤2000m

※防护等级：

IP30

※地震烈度：

8度

※污秽等级：

IV级

五、主要功能与性能

（1）适用感性、容性、感性容性变化负载的功率因数补偿。

（2）使三相不平衡率达到国标要求。

（3）消除高次谐波，总谐波畸变率≤3%。

（4）提高变压器输出效率。

（5）降低变压器及线路损耗。

（6）响应时间＜10ms。

（7）采用IGBT作为负序电流补偿器的核心部件可线性调节功率因数,三相不平衡,可维持电网电压,增强电网稳定性,抑制电压波动和闪变。

（8）参数设定及数据保存功能。

微机控制器可根据现场不同的设备容量进行参数设定,并有实时运行数据的采集和整点运行数据的保存功能,可通过串口或加装通讯模块,将所有数据传至后台管理系统；装置具有系统运行参数和系统状态监视功能；具有运行参数和保护定值设置功能。

（9）通过串行485通信可控制整机开机和故障复位，可观测整机运行数据。

（10）过载能力及运行时间达到1.2倍过载运行3min。

六、系统总体方案

本装置控制上采用了PWM技术,由外接CT在10kV侧取电流、电压信号，计算出10kV线路的负序电流、零序电流、高次谐波电流，由400V级电力电子器件产生一个方向相反，大小为10kV需求值的25倍负序电流、零序电流和高次谐波电流，通过一台10/0.4kV三相干式变压器并入10kV线路，将400V设备产生的相应负序电流、零序电流和高次谐波电流变成10kV注入线路中，从而抵消10kV线路中的负序电流、零序电流和高次谐波电流，达到解决10kV线路三相不平衡、消除高次谐波、提高功率因数的目的。

1）主电路拓扑结构

10kV电能质量综合补偿装置通过升压变压器与10kV电网连接提高了系统的稳定性能，主电路拓扑图如图3.1

图3.1主电路拓扑结构

主电路拓扑采用三电平结构，使输出电流谐波含量更低，IGBT电压应力更小。

2）基于总线技术的组网扩容技术

为了便于提高补偿容量，开发了基于总线技术的并联组网扩容技术。

图3.1总线组网实现远程控制

各分调节器通过CT信号串联获得补偿信号,如上图显示通过485总线可完成组网控制，实现上位机远程控制各分调节器。

总线组网后也可以实现一主多从结构的主从控制,如图3.2显示。

图3.2总线组网实现主从控制

通过总线组网技术,可以简便实现10kV电能质量综合补偿装置的容量扩展,也可以简便实现10kV电能量合补偿装置的远程统一调配。

真正实现智能化、自动化。

3）装置内部功能

1）装置电网过电压保护

2）电网过电压保护

3）电网欠电压保护

4）直流母线过压保护

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啊。

成套装置实现自动检测、远程手动投切和近程手动投切,各种方式之间有可的闭锁,防止发生事故。

检测,控制均实现完全自动无人值守。

非装置本身故障如过压保护、欠压保护、装置会在检测系统正常后自动投入运行。

4）装置内部器件选型

主器件IGBT选用德国进口英飞凌品牌1700V/300A双管IGBT，运行电流150A左右，留有一倍的余量，保证了整机的高稳定性能。

变压器降压后通过与变流器相连，使电力电子器件在低压状态下运行，提高了设备的安全性。

电容器选用薄膜电容器，耐纹波电流能力强，与电解电容相比拥有更高的使用寿命。

七、优势和特点

10kV电能质量综合补偿装置可以等效为大小可以连续调节的电容或电抗器。

是目前最为先进的无功补偿技术,其基于电压源型变流器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃,它不再采用大容量的电容、电感器件,而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。

10kV电能质量综合补偿装置较传统的无功补层装置有如下优势和特点：

表1

方案

项目

固定式电抗器方案

分组投切电抗器方案

MCR磁控电抗器+FC电容器投切方案

电能质量综合补偿装置（SVG）

1.能耗

2.响应速度：

3.滤波功能：

4.补偿方式

5.设备体积

6.抑制电压波动及闪变

1.最高≤8%

2.无此功能

3.无此功能4.提供感抗

5.最小

6.无此功能

1.较高≤6%

2.慢≤200ms

3.无此功能

4.单向补偿，提供感抗

5.最大

6.无此功能

1.较低≤4%

2.较快≤50ms

3.能滤除固定次谐波

4.双向补偿

5.较大

6.有此功能但能力差抑制闪变最大可达2：

1，

1.最低≤2.5%

2.最快≤10ms

3.能滤除多次谐波

4.双向补偿

5.较小

6.有此功能，能力强，抑制闪变可以达到5：

1

目前高铁配电网中，大都采用固定式并联电抗器、分组投切电抗器、磁控式静止无功补偿器（SVC）。

电能质量综合补偿装置（SVG）还没有得到运用。

电能质量综合补偿装置（SVG）的主体是一个电压源型逆变器，它可以适当控制晶闸管的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，进而调节电抗器上的电流，使SVG吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的；同时SVG还能够产生系统需要的谐波来补偿负荷中的电流谐波，实现谐波补偿的目的。

比较MCR+FC补偿方案，SVG投切速度更快、功率损耗更小、占地面积更省等诸多优点。

通过分析比较，我们觉得：

在高铁配电网的贯通线路中，区间我们设置固定并联电抗器，在变电所里我们使用电能质量综合补偿装置（SVG），这样配置最经济、最省占地、补偿效果最佳。

八、资质证书

九、应用领域

■客运专线电力贯通线及铁路牵引变电站

高铁客运贯通线路大都使用电缆线路，线路上的对地电容电流会

给线路带来危害，使用可调节的磁控电抗器能有效减小线路对地电容电流对贯通线路的威胁。

而铁路牵引线路具有：

非线性、非正弦性、非对称性、非连续性的特点，其谐波、负序等电力公害会危及电气化铁路自身的安全与可靠，采用10kV电能质量综合补偿装置的补偿方式可有效减小不对称、降低负序分量、提高功率因数等。

■城市二级变电站

在区域电网中，一般采用分级投切电容器组的方式来补偿系统无

功，改善功率因数，这种方式只能向系统提供容性无功，并且不能随负载的变化而实现快速准确调节，在保证母线无功功率因数的同时，容易造成向系统倒送无功，提高母线电压，危害用电设备及系统稳定性。

采用10kV电能质量综合补偿装置可以快速精确的进行动态无功补偿，在稳定母线电压，提高功率因数的同时，彻底、方便的解决了无功倒送问题。

■太阳能电站

太阳能资源的不确定性的特性使太阳能逆变器的输出功率是波

动的，输出电网的长距离容升电压、太阳能逆变器不工作时变压器等导致并网功率因数不合格，对于大容量太阳能电场接入系统时还存在其它不稳定因数，都需要动态无功补偿系统。

另一方面，系统电压的波动也会对太阳能逆变器的正常运行造成影响。

采用10kV电能质量综合补偿装置是太阳能电场补偿的最佳选择之一，不仅可以满足太阳能电场接入系统的功率因数、电压波动等要求，还可以减少系统扰动对逆变器的影响。

■煤矿井口的大型提升机

煤矿供电系统一般处于电力系统末端，其电压稳定性直接影响矿

井安全生产。

由于煤矿主、副井提升机是矿井主要负荷且都是冲击性负荷，功率因数较低，造成系统电压波动，对整个矿井的供电质量影响很大。

采用10kV电能质量综合补偿装置进行谐波与无功的综合治理是理想的解决方案。

■其它重工业负荷

钢厂等其它重工业负载在工作中会对电网产生如下影响：

引起电

网电压降低及电压波动，功率因数低，传动装置会产生有害高次谐波等，如电弧炉、大型起重、大型冲压、焊接及其它精密加工设备等。

安装10kV电能质量综合补偿装置可以完美地解决上述问题。

十、整机尺寸

型号

容量（kvar）

外形尺寸（mm）宽×深×高

WDSVG-12/30

30

1900×1200×2000

WDSVG-12/50

50

WDSVG-12/100

100

WDSVG-12/200

200

WDSVG-12/300

300

WDSVG-12/400

400

1900×1400×2200

WDSVG-12/500

500

WDSVG-12/600

600

2000×1500×2200

WDSVG-12/800

800

3100×1500×2200

WDSVG-12/1000

1000

※特殊容量或特殊尺寸签合同时可以与制造厂协商，在做地基前请与我公司联系，我公司会将地基图纸以函件的方式发给您

十一、选型举例

例1：

从配电所引出一段10kV电缆线路，电缆线路长8km到终端，假设终端为纯阻性负载，则配电所需要多大容量的SVG来抵消电缆线路对地电容？

解析：

按照电力系统设计手册的经验公式：

电缆对地电流：

Ic=0.1·Un·L=0.1·10·8=8A

电缆线路对地电容的无功容量为：

Qc=√3Un·Ic

Qc=1.732·10·8=138.56kvar

考虑到电能质量综合补偿装置的余量，我们取1.25倍的系数

1.25·138.56=173.2kvar，参考我公司容量参数表200kvar。

即配电所要设置一台200kvar的SVG，其型号为：

WDSVG-12/200-3。

例2：

一段10kV贯通电缆线路连接两个配电所，贯通电缆长度为60km，贯通线路每3公里设置1台35kvar并联电抗器，则配电所需要多大容量的SVG来抵消电缆线路对地电容？

解析：

按照电力系统设计手册的经验公式：

电缆对地电流：

Ic=0.1·Un·L=0.1·10·60=60A

电缆线路对地电容的无功容量为：

Qc=√3Un·Ic

Qc=1.732·10·60=1039.2kvar

每3公里设置1台35kvar并联电抗器共19座，19·35=665kvar

1039.2-665=374.2kvar考虑到电能质量综合补偿装置的余量，我们取1.25倍的系数。

1.25·374.2=467.75kvar，参考我公司容量参数表我们取500kvar。

即配电所要设置一台500kvar的SVG，其型号为：

WDSVG-12/500-3。

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