MSVC(MCR)型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置

1.1 優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

1)  無級(jí)動(dòng)態(tài)自動(dòng)無功補(bǔ)償，調(diào)節(jié)速度快，無功補(bǔ)償速度小于100ms；

2)  利用二次附加直流電流勵(lì)磁磁化電抗器鐵心，調(diào)節(jié)鐵心磁飽和程度以調(diào)節(jié)電抗器感性電流，動(dòng)態(tài)跟隨調(diào)節(jié)無功輸出，對(duì)系統(tǒng)無諧波污染，諧波濾波效果好；

3)  MCR技術(shù)是綜合應(yīng)用變壓器工藝技術(shù)，技術(shù)成熟可靠性高，免維護(hù)。

          現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行10KV油浸式MSVC型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置

1.2 概述

MSVC型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償及諧波治理成套裝置，并聯(lián)連接于額定電壓為6kV、10kV、35kV等交流電力系統(tǒng)中，用于改善系統(tǒng)的功率因數(shù)、調(diào)整電網(wǎng)電壓、降低線路損耗、濾除諧波，提高電網(wǎng)的利用率。該裝置是靜止式動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償（SVC）的一種，可以提供正負(fù)連續(xù)可調(diào)的無功功率，采用二次勵(lì)磁磁控方式無級(jí)調(diào)節(jié)電抗器的無功輸出，可以更精密地控制系統(tǒng)電壓和無功，是現(xiàn)有無功補(bǔ)償裝置升級(jí)換代產(chǎn)品。由于沒有或者極少有電容投切帶來的沖擊和涌流，可以大大提高裝置的可靠性和壽命?？梢詫?duì)三相分別補(bǔ)償，亦適應(yīng)于三相功率不平衡的情況。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

1) 環(huán)境溫度：-15℃～+45℃（戶內(nèi)）；-25℃～+55℃（戶外）

2) 大氣壓力：80～110kPa

3) 環(huán)境濕度：90%（25℃），50%（40℃）

4) 工作電壓（控制電源）：AC, DC：220V±10% ，其余電源時(shí)訂貨說明

5) 額定電壓：6kV，10kV，35kV

6) 補(bǔ)償容量：6kV，10kV：200~15000kvar；35kV：1000~25000kvar

7) 濾波次數(shù)（FC回路）：3、5、7、11次， 11次或以上可用 二階高通濾波

8) 磁控電抗器結(jié)構(gòu)：干式或油浸式

9) 投切方式：自動(dòng)、手動(dòng)可選

10) 安裝方式：戶內(nèi)（FC回路，控制柜），磁控電抗器戶外式為油浸式

1.4 MSVC功能特點(diǎn)

1) 輸出諧波小、功耗低、免維護(hù)、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、占地面積小；

2) 內(nèi)部為全靜態(tài)結(jié)構(gòu)，無運(yùn)動(dòng)部件，工作可靠性高，是理想的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、濾波和電壓調(diào)節(jié)設(shè)備；

3) 可以提供1-100%連續(xù)可調(diào)的無功功率，與電容器組合，就可以提供正負(fù)連續(xù)可調(diào)的無功功率，從而可以更精密、更快速地控制系統(tǒng)電壓和無功；

4) 沒有或極少有電容器投切帶來的沖擊和涌流，大大提高了可靠性與壽命；

5) 可將功率因數(shù)恒定在一個(gè)點(diǎn)上，控制精度極高，同開關(guān)投切電容器相比，可多降低網(wǎng)損15%~30%；

6) 可以將電壓和功率因數(shù)聯(lián)合控制，在電壓超過設(shè)定值時(shí)，不再控制功率因數(shù)，而是利用電抗器可以產(chǎn)生感性無功的特點(diǎn)，來吸收系統(tǒng)多余的容性無功，從而可以避免系統(tǒng)低峰期電壓偏高的現(xiàn)象出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)電壓自動(dòng)控制提供了一個(gè)很好的手段。

1.5 MSVC原理

MCR型SVC成套裝置（MSVC），通過調(diào)節(jié)磁控電抗器支路輸出的感性無功功率，以此感性無功功率來中和電容器補(bǔ)償（濾波）支路的容性無功功率，從而可以實(shí)現(xiàn)該成套裝置呈感性（正）無功功率或容性（負(fù)）無功功率的柔性輸出。將該裝置并聯(lián)連接于額定電壓為6~110KV的交流電網(wǎng)中，提供正、負(fù)連續(xù)可調(diào)的無功功率，可以提高和穩(wěn)定電網(wǎng)的功率因數(shù)、減少電壓波動(dòng)、提高電網(wǎng)的利用率、降低電網(wǎng)損耗。電容器補(bǔ)償支路同時(shí)可以設(shè)計(jì)成濾波器，在起到補(bǔ)償無功功率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻次諧波的濾除。

1.6 MCR（磁控電抗器）

干式磁控電抗器

油浸式磁控電抗器

1.6.1 MCR原理

MCR是利用附加直流電流勵(lì)磁磁化電抗器鐵心，通過調(diào)節(jié)鐵心的磁飽和程度，改變鐵心的磁導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)電抗值連續(xù)可調(diào)。在磁路結(jié)構(gòu)即電抗器鐵芯芯柱上（結(jié)構(gòu)見圖1），設(shè)置了由不飽和區(qū)域鐵芯1和飽和區(qū)域鐵芯2交錯(cuò)排列組成并聯(lián)磁路；不飽和區(qū)域鐵芯1吸收主磁通方向前后相鄰或左右相鄰的飽和區(qū)域鐵芯2的漏磁通而形成漏磁自屏蔽；調(diào)節(jié)繞組3回路中可控硅4的觸發(fā)導(dǎo)通角，控制附加直流勵(lì)磁電流而勵(lì)磁磁化鐵芯；通過調(diào)整不飽和區(qū)域鐵芯和飽和區(qū)域鐵芯的面積或磁阻，改變并聯(lián)磁路中不飽和區(qū)域鐵芯的磁化程度和飽和區(qū)域鐵芯的飽和程度，實(shí)現(xiàn)電抗值的連續(xù)、快速可調(diào)。

1.6.2 MCR特點(diǎn)

MCR在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)等方面，在采用磁路并聯(lián)漏磁自屏蔽專利技術(shù)的同時(shí)，綜合應(yīng)用了大型變壓器、超 /特高壓互感器、高壓電容器、電力電子控制等先進(jìn)制造技術(shù)。例如：鐵芯采用磁密不飽和、對(duì)稱分裂、交  /值流磁路獨(dú)立等設(shè)計(jì)方法；繞組采用自耦式、串并聯(lián)連接、結(jié)構(gòu)對(duì)稱等設(shè)計(jì)方法；在整體結(jié)構(gòu)方面采用全密封、免維護(hù)等設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)。通過這些技術(shù)措施，有效地減少了MCR自身的損耗、噪聲和諧波含量，使MCR實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量可靠、成本低、性能先進(jìn)、制造工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、免維護(hù)。MCR各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)措施，見下表1 。

MCR技術(shù)特點(diǎn)一覽表

TBB型分組投切高壓無功補(bǔ)償裝置

2.1 優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

1) 分組自動(dòng)無功補(bǔ)償；

2) 結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高；

3) 經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

2.2 概述

TBB高壓自動(dòng)補(bǔ)償成套裝置主要有高壓并聯(lián)電容器、熔斷器、電抗器、柜體或圍欄、構(gòu)件等組成。一般分為戶外圍欄式或戶內(nèi)柜式、戶外箱變式等不同組合。主要適用于6KV、10KV、20KV、35KV等工頻輸配電系統(tǒng)中用戶感性負(fù)荷較穩(wěn)定或已在上段或下段母線分級(jí)補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)所，用于提高功率因數(shù)，調(diào)整電網(wǎng)電壓，降低線路損耗，充分發(fā)揮設(shè)備效率、改善供電質(zhì)量。

戶內(nèi)柜式一般用干式鐵芯電抗器+電容器的組合方式。接線方式一般有雙星型及單星型的組合。根據(jù)電力系統(tǒng)情況、電容器室的面積，選擇合適的電容器、所匹配的串聯(lián)電抗器等。

電容器選擇：單只電容器容量選擇為100Kvar或150Kvar時(shí)，可選用雙層排列

單只電容器容量大于200Kvar時(shí)，可選用單層排列。

電抗器的選擇：串聯(lián)電抗器在電容器組合回路中，用于抑制高次諧波，限制合閘涌流。

用于抑制5次及以上諧波時(shí)，電抗器可按XL/XC=4.5%~6%，一般選6%

用于抑制3次及以上諧波時(shí)，電抗器可按XL/XC=12%~13%，一般選12%

僅用于限制涌流時(shí)，電抗器可按XL/XC=0.5%~1%配置

裝置可采用真空接觸器進(jìn)行分組投切，可頻繁操作。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)

1) 環(huán)境溫度：-15℃～+45℃

2) 大氣壓力：80～110kPa

3) 環(huán)境濕度：90%（25℃），50%（40℃）

4) 工作電壓（控制電源）：AC,  DC：220V±10% ，其余電源時(shí)訂貨說明

5) 額定電壓：6kV，10kV，35kV

6) 投切方式：自動(dòng)、手動(dòng)可選

7) 安裝方式：戶內(nèi)

DWZB型調(diào)壓式高壓無功補(bǔ)償裝置

3.1 優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

1) 分檔調(diào)壓自動(dòng)無功補(bǔ)償；

2) 通過改變電容器端電壓達(dá)到改變補(bǔ)償容量的目的，解決了電容器投切中過電壓、涌流大等技術(shù)問題；

3) 結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

調(diào)壓式無功補(bǔ)償成套裝置

3.2 概述

通過有載調(diào)壓器調(diào)節(jié)電容器的端電壓，從而改變無功輸出，調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

調(diào)壓型高壓無功自動(dòng)補(bǔ)償成套裝置適用于35KV~500KV電壓等級(jí)的變電站，裝設(shè)于6KV~35KV母線上，也可裝設(shè)于柱上，對(duì)放射性饋線線路進(jìn)行分段補(bǔ)償?？蓮V泛用于電力、鐵路、風(fēng)電場(chǎng)、冶金、煤炭、石油、化工等行業(yè)。

3.3 主要技術(shù)參數(shù)

1) 環(huán)境溫度：-25℃～+55℃

2) 大氣壓力：80～110kPa

3) 環(huán)境濕度：90%（25℃），50%（40℃）

4) 工作電壓（控制電源）：AC,  DC：220V±10% ，其余電源時(shí)訂貨說明

5) 額定電壓：6kV，10kV，35kV

6) 投切方式：自動(dòng)、手動(dòng)可選

7) 安裝方式：戶內(nèi)、戶外

3.4 裝置原理

電容器無功輸出大小和電壓、頻率、容量大小的關(guān)系為

當(dāng)電容器組容量固定不變，Q的容量與電容器端電壓U的平方成正比，因此通過調(diào)節(jié)電容器的端電壓，即可達(dá)到調(diào)節(jié)無功容量的目標(biāo)。

利用有載調(diào)壓變壓器（自耦式）調(diào)節(jié)電容器兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)容性無功功率的調(diào)節(jié)。

3.5 裝置特點(diǎn)

裝置電容器/電抗器固定接入，不采用投切電容方式調(diào)節(jié)無功，而是根據(jù)Q= U22πfC，改變電容器/電抗器端電壓來調(diào)節(jié)無功輸出，滿足系統(tǒng)無功出力要求。端電壓從100%Ue到60%Ue（可根據(jù)用戶要求調(diào)整調(diào)節(jié)范圍），電容器/電抗器的無功輸出容量就可在額定容量的100%到36%之間調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)調(diào)壓器檔位即可實(shí)現(xiàn)適量補(bǔ)償。

調(diào)壓過程中電容器始終不脫離電網(wǎng)，無充放電，因此調(diào)節(jié)不需延時(shí)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。因沒有電容器投切，在調(diào)節(jié)過程中無過電壓、涌流存在，可以保證電容器安全，延長其使用壽命。

采用電容低電壓合閘，有效降低電容器合閘涌流對(duì)系統(tǒng)及電容器本身的沖擊。

典型一次系統(tǒng)圖

典型案例：MSVC在煤炭行業(yè)中的應(yīng)用

4.1 行業(yè)工況概述

 煤炭行業(yè)的礦井的主要負(fù)載有提升、排水、綜掘、綜采、皮帶、通風(fēng)等，均為感性負(fù)載，加之有整流、變頻設(shè)備，諧波較大，需對(duì)礦井進(jìn)行無功補(bǔ)償與諧波治理。提升負(fù)荷變化快且頻繁，無功補(bǔ)償需快速跟隨才能有好的補(bǔ)償效果。

為了更好地了解其無功變化及諧波情況，我公司對(duì)安徽某礦（年產(chǎn)400萬噸）的配電系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)量，并以此為依據(jù)，實(shí)施了MCR型SVC在煤炭行業(yè)中的典型方案。

4.2 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

(1) 無功功率

   母線無功功率的變化沒有明顯時(shí)間規(guī)律，波動(dòng)范圍很大，最大的時(shí)候達(dá)到8200kvar，而最小的時(shí)候是2000kvar，在提升機(jī)啟動(dòng)的瞬間甚至更小，而且變化周期很短，母線無功變化曲線見圖1。其變化部分主要由提升機(jī)造成，當(dāng)提升機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候功率因數(shù)趨于零，正常運(yùn)行后也只有0.5（見圖2），而提升機(jī)的無功變化呈周期性變化（見圖3）。

圖1  母線無功變化曲線

圖2 提升機(jī)功率因數(shù)變化曲線

圖3   提升機(jī)無功功率變化曲線

(2) 諧波水平

該系統(tǒng)的主要諧波源為12脈動(dòng)直流電機(jī)（提升機(jī)），主要諧波成分為11次（2.31%）、13次(2.26%)、23次(0.95%)、25次(0.98%)，使電流波形嚴(yán)重畸變（圖4）。

圖4  提升機(jī)波形圖及頻譜

母線上的諧波情況：由于變化器采用星型接法，而系統(tǒng)存在少量的單相負(fù)載，造成三相不平衡，產(chǎn)生了3次諧波（圖5）。

圖5 母線諧波及頻譜圖

   由以上可見，母線的主要諧波為3次、11次、13次。故在考慮設(shè)計(jì)濾波裝置時(shí)建議采用四個(gè)濾波支路，即3次支路、5次支路、7次支路、11次兼高通支路。

4.3 補(bǔ)償濾波方案

基于以上分析，該系統(tǒng)無功補(bǔ)償容量為5400kvar，電容器安裝容量為7200kvar，設(shè)3次、5次、7次、11次兼高通四個(gè)濾波支路，容量分別為1200kvar、2400kvar、1200kvar、2400kvar，采用固定連接，同時(shí)配容量為4000kvar的磁控電抗器，可以實(shí)現(xiàn)1400kvar—5400kvar的連續(xù)補(bǔ)償，保證功率因數(shù)穩(wěn)定在0.95以上，同時(shí)確保補(bǔ)償?shù)目焖俑S。

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償與濾波成套裝置一次系統(tǒng)圖如下

4.4 主要配置

電容器組采用柜式安裝，主要配置為電容器、電抗器、隔離開關(guān)、高壓熔斷器、放電線圈等。

磁控電抗器支路主要由磁控電抗器、自動(dòng)控制器、晶閘管閥柜等。

參考配置表如下：