无功补偿装置介绍

无功补偿装置介绍2018年3月一、无功补偿基本知识二、无功补偿的发展三、静止型动态无功补偿装置（SVC)四、静止无功发生器（SVG)1、无功补偿配置的基本原则《依据国家电网公司企业标准》各电压等级的变电站应结合电网规划和电源建设，经过计算分析，配置适当规模、类型的无功补偿装置；配置的无功补偿装置应不引起系统谐波明显放大，并应避免大量的无功电力穿越变压器。35kV～220kV变电站低谷负荷主变高压侧功率因数应不高于0.95，但不应过低，影响电网经济运行，这里根据运行经验推荐不低于0.92。在实际运行时，考虑避免电容器投退过于频繁，影响开关、电容器性能，低谷负荷时功率因数可放宽到0.98。一、无功补偿基本知识2、220kV变电站无功补偿配置为更好的指导无功补偿容量的选择，根据各单位的运行情况，按照15%～25%（上限区域）和10%～15%（下限区域）配置。3、35~110kV变电站无功补偿配置35～110kV变电站的容性无功补偿装置以补偿变压器无功损耗为主，适当兼顾负荷侧的无功补偿。容性无功补偿容量按主变压器容量的15%～30%配置。一、无功补偿基本知识4、风电场的无功补偿配置1）风电场的电压控制风电场变电站高压侧母线电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%，一般应控制在额定电压的-3%～7%。2）风电场的无功补偿分为两个部分即风机自身的无功补偿和用于补偿变压器及风电送出线路无功补偿的风电场内集中无功补偿。风电场的无功补偿装置容量总和不小于风电装机容量的30%～50%。5、动态无功补偿设备响应时间在30ms以内。一、无功补偿基本知识有功功率有功功率：在交流电路中，电阻无件上所消耗的功率为有功功率。有功功率用P表示，单位是W、kW、MW等。无功功率无功功率：在交流电路中，电感或电容元件与电源之间只进行能量的交换，而不消耗能量，我们把一部分功率称之为无功功率。无功功率用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)等。一、无功补偿基本知识视在功率视在功率：在交流电路中，电压与电流有效值的乘积，我们把这一部分功率称之为视在功率。视在功率用S表示，单位是VA、kVA、MVA等功率因数功率因数：在交流电路中，电压与电流之间的相位差（Φ）的余弦叫做功率因数。在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值22cosQPPSP一、无功补偿基本知识一、无功补偿基本知识无功对设备的影响1、降低发电机有功功率的输出2、降低输、变电设备的供电能力3、造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。4、造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。无功补偿基本原理1、原理把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。2、作用无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。二、无功补偿的发展三、静止型动态无功补偿装置（SVC)SVC的主要分类晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）、晶闸管投切电抗器TSR）、固定电容器/滤波器（FC）。其典型代表是晶闸管控制电抗器＋固定电容器/滤波器TCR型SVC工作原理TCR能提供连续的感性无功功率，滤波器兼顾滤波和补偿容性无功，两者配合使用，可以对无功功率进行动态补偿,使得并联滤波器中多余的无功功率得到平衡，确保补偿点的电压维持不变。TCR型SVC装置中，通常装设特定调谐次数的滤波器，具有较好的滤波效果，能将负荷波动产生的谐波滤去，以减少谐波对系统电能质量的影响。SVC的主要功能动态补偿无功，提高功率因数；抑制电压波动及闪变，稳定电压；抑制谐波，减少谐波对电网及设备的损害抑制系统振荡，提高功率传输能力三、静止型动态无功补偿装置（SVC)SVC的主要构成三、静止型动态无功补偿装置（SVC)电抗器•这部分是SVC中吸收无功或调节无功的主体。可以补偿线路的容性电流，限制系统电压过高和操作过电压的产生。电抗器周围存在很强的磁场，所以周围不能有距离太近的较大金属物体。•电抗器采用干式空心型式，冷却方式为自然冷却。空心电抗器与TCR阀组串联后接成三角形，然后并入电网。这样的接线方式可以消化自身产生的3次谐波，不至于流入系统而增加3次谐波滤波装置的投资。电容器组或滤波器组•向系统提供足够的容性无功，并滤除电网的有害谐波。通常以滤波电容器（或并联电容器）为主，滤波电抗器和滤波电阻等则是其附属部件。这是SVC中的固定容性无功部分。SVC阀组•晶闸管阀组是TCR无功变化的控制核心部分。•阀体由一定数量的晶闸管、TCU、均压电阻、均压电容、散热器及其附属器件组成。•阀组的冷却方式一般采用纯水冷却。•晶闸管阀组采用相位触发控制方式，晶闸管触发角度一般选择在106°-165°之间。•每相阀组中晶闸管元件的数量保有足够的冗余度，当每相中个别晶闸管损坏时，设备仍可正常运行。35kV阀组冗余级数为2级，即使2只晶闸管发生保护性触发，TCR也能正常运行，超过2只故障控制系统会跳闸。三、静止型动态无功补偿装置（SVC)四、静止无功发生器（SVG）SVG的基本原理是：将电压源型逆变器，经过电抗器并联在电网上。通过调节IGBT器件导通角，控制直流逆变到交流电压的幅值和相位。通过检测系统中所需的无功，可以快速发出大小相等、相位相反的无功，实现无功的就地平衡，保持系统实时高功率因数运行。图为SVG原理图，将系统看作一个电压源，SVG可以看作一个可控电压源，连接电抗器或者可以等效成一个线形阻抗元件。•SVG以安装方式分类:户外组合柜式、户内柜式、户内框架式。以接入系统方式分类：降压式、直挂式。四、静止无功发生器（SVG）SVG的技术优势1、响应时间更快（＜5ms）2、抑制电压闪变能力更强（达到80%）3、运行范围更宽4、补偿功能多样化5、占地面积小6、不产生谐波7、不产生系统串、并联谐振，系统运行更可靠SVG的主要组成主要有连接电抗器、启动装置、功率部分、控制系统、冷却系统、信号采集与传输等辅助部分组成。四、静止无功发生器（SVG）启动装置主要有由启动开关、启动电阻、避雷器、隔离刀闸和接地刀闸等组成。主要作用：实现SVG自励启动，限制上电时直流电容的充电涌流，避免IGBT模块、直流电容损坏。SVG上电时，启动电阻串于充电回路，起限流保护作用；需将电阻通过启动开关旁路后SVG方能投入运行。连接电抗器主要作用：限制无功输出电流；滤除装置产生的高次谐波；将两个电压源连接起来。四、静止无功发生器（SVG）SVG功率单元•功率单元包括散热器、IGBT、直流电容、铜排、放电电阻、触发板、电源模块。•功率单元板具有故障检测功能，可以检测IGBT过流、直流侧过压和功率单元超温，实现对单元最主要最直接的保护。•IGBT是自换相桥式电路的核心器件，通过控制IGBT的通断，将直流侧电压转换成与交流侧电网同频率的输出电压。•直流电容为功率单元直流侧提供直流电压支撑。•散热器用于将工作中的IGBT的热量及时散发出去，保证IGBT正常工作。四、静止无功发生器（SVG）IGBT模块功率单元控制系统•控制系统主要由PLC、显示操作面板、主控制柜、分相控制箱、智能服务系统及远程监控计算机等部分组成。主要完成控制、保护和监控功能。主控制柜由主控制箱、PLC、空气开关、继电器、接触器、触摸屏等部分组成。分相控制柜主要为三台分相控制箱。PLCS7-200CPU226RS485RS485去监控系统触摸屏主控机箱RS485四、静止无功发生器（SVG）水冷系统•纯水冷却系统主要包括管路配件，循环泵，补水装置，缓冲水箱，水风换热器，过滤器，去离子设备，仪表以及水冷控制器。•阀组的冷却采用去离子水来进行。水冷系统通过水泵、阳离子交换树脂保证送入阀组的纯水循环并保持较高的水质。阀组的冷却媒质是纯水+乙二醇，可以保证零下40度不结冰。•水冷系统的外冷却，用风冷却装置来做外冷却。阀组的告警温度为50℃，跳闸温度为55℃。工作风机当温度为25℃时启动，18℃时停止。四、静止无功发生器（SVG）SVG的工作模式：•恒装置无功模式：该方式用于控制装置输出无功，装置按设定容量输出，通过这种方式可以测量装置跟踪无功的准确性和阶跃响应速度。•恒系统无功模式：可精确控制系统无功为设定的目标值或范围。•负荷补偿模式：该方式下，装置通过检测负荷或系统侧电流自动调节装置电流输出，以提高系统或负荷电流的电能质。电压无功综合控制模式：该模式用于控制系统侧或用户设定参考点处电压，适用于风电场等需要将考核点电压稳定在一定水平的场合。装置通过调节其无功输出使考核点电压稳定在用户设定的电压目标值或范围内。四、静止无功发生器（SVG）SVG操作与维护1、SVG动态无功补偿装置的投运：将开关室SVG接地刀闸拉开将室外接地刀闸拉开，并将隔离开关合上，将开关手车摇至运行位置。将SVG控制柜上的“复位”按钮按下，直到“合闸就绪”指示灯亮起，此时将SVG断路器合上，SVG动态无功补偿装置即可投入运行。2、SVG动态无功补偿装置的停机：将SVG断路器断开，SVG动态无功补偿装置退出运行。3、如进入检修状态需进行如下操作：将室外隔离开关拉开，并将接地刀闸合上将开关室SVG手车开关摇至试验位置，并将接地刀闸合上四、静止无功发生器（SVG）SVG的操作注意事项：1、上电顺序：先给二次控制系统上电，控制系统根据检测到的各种状态量判断系统状态，若装置正常，则就绪指示灯点亮。在装置就绪的情况下才能上电运行。2、动态无功补偿装置为高压设备，操作时必需有高压意识，严格遵守操作规程。3、正常运行时，不可以随意按动键盘或者操作按钮，否则可能引起系统误动。四、静止无功发生器（SVG）SVG的日常巡视：1)检查室内温度，通风情况，注意室内温度应在0℃～+40℃。2)保持室内清洁卫生，保持设备表面清洁干燥。3)检查SVG是否有异常响声，振动及异味。4)检查所有电力电缆、控制电缆有无损伤，电力电缆端子是否松动。5)检查滤尘网是否通畅；散热风机运转是否正常。6)检查设备构架无倾斜，检查设备构架各螺栓连接可靠，不松动，垫圈齐全。7)注意设备各部接点、绝缘子、套管等设备有无放电现象。8)检查状态指示与监控系统是否显示正常。9)检查电抗器引线无过度松弛或异物搭接，声音正常，震动无异常。四、静止无功发生器（SVG）•SVG的特殊巡视：•夜间巡视时，应主要巡视设备各部节点、各部绝缘子、套管等设备外绝缘，有无放电、闪络、冒火现象。•雪天应该注意设备端子及接头处积雪有无熔化发热等现象，套管表面有无冰凌及放电现象。•大风天应该注意导线及引线有无损坏和摆动过大情况，观察端子处是否松动，设备上有无飘挂杂物。构架有无倾斜。•雷雨及过电压后，应注意检查套管、绝缘子、避雷器等瓷件有无放电痕迹和损坏情况，检查避雷器及接地引下线有无烧伤痕迹，并作好记录。•在高温、严寒、气温突变时，应对温度要求高的功率室、控制室加强巡视，防止由于空气调节设备异常导致温度超出正常范围。四、静止无功发生器（SVG）SVG停机后的维护工作：1、重新检查所有电气连接的紧固性；2、用修补漆修补生锈或外露的地方；3、用吸尘器彻底清洁设备，保证设备内无尘；4、检查柜体框架等绝缘件，如果在清洁之后仍然发乌变黑应立即进行处理；5、检查所有冷却风扇的转动情况，如果出现偏转、转动不稳等现象应更换风扇；四、静止无功发生器（SVG）SVG维护注意事项：1、只有在动态补偿装置不带电（高压电和控制电）并且不存在高温时才能接触柜内部件。2、在检修时，要确保室外隔离开关断开，接地刀闸合上。3、上、下电顺序应遵循启机时先上控制电再上高压主电，关机时顺序相反。4、禁止在主电路有电时断开散热系统电源，这样会导致过热损坏装置。5、SVG虽已经断开电源，但SVG的功率单元的直流母排及直流电容器上仍然残留有危险的直流电压，因此在断开电源15分钟后才允许进入。6、对功率单元进行维护前，需使用万用表直流电压