玉柴鑄變SVG+FC方案

玉柴鑄造變10kVSVG動態(tài)無功補償裝置設計方案第一章引用標準所有設備的設計、制造、檢查、試驗及特性除滿足規(guī)定的特別標準外，都遵照適用的最新版IEC標準和中國國家標準（GB）及電力行業(yè)饑）標準，以及國際單位制（SI）。DL/T672-1999《變電所電壓無功調節(jié)控制裝置訂貨技術條件》DL/T597-1996《低壓無功補償控制器訂貨技術條件》GB/T11920-2008《電站電氣部分集中控制設備及系統(tǒng)通用技術條件》GB1207-2006《電磁式電壓互感器》SD325-89《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術導則》DL/T840-2003《高壓并聯(lián)電容器使用技術條件》GB50227-2008《并聯(lián)電容器裝置設計規(guī)范》GB311.1-1997《高壓輸變電設備的絕緣配合》GB311.2-2002《絕緣配合第2部分：高壓輸變電設備的絕緣配合使用導則》GB311.3-2007《絕緣配合第3部分：高壓直流換流站絕緣配合程序》GB/T311.6-2005《高電壓測量標準空氣間隙》GB/T11024.2-2001《標稱電壓1kV以上交流電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容器第2部分：耐久性試驗》JB/T8170-1995《并聯(lián)電容器用內部熔絲和內部過壓力隔離器》GB50227-2008《并聯(lián)電容器裝置設計規(guī)范》GB/T11024.1-2001《標稱電壓1kV以上交流電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容漆第1部分:總則性能、試驗和定額安全要求安裝和運行導則》JB/T5346-1998《串聯(lián)電抗器》GB1985-2004《高壓交流隔離開關和接地開關》DL/T620《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》GB/T11032-2000《交流無間隙金屬氧化物避雷器》GB/T11024.1-2001《放電器》GB2900《電工名詞術語》GB/T311.2-2002《絕緣配合第2部分：高壓輸變電設備的絕緣配合使用導則》GB5582《高壓電力設備外絕緣污穢等級》GB/T11022-1999《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》GB1985《交流高壓隔離開關和接地開關》第1頁共13頁GB2536 《變壓器油》GB5273-1985 《變壓器、高壓電器和套管的接線端子》GB/T775.1-2006《絕緣子試驗方法第1部分：一般試驗方法》GB/T775.2-2003《絕緣子試驗方法第2部分：電氣試驗方法》GB/T775.3-2006《絕緣子試驗方法第3部分：機械試驗方法》GB/T4109-2008《交流電壓高于1000V的絕緣套管》GB1094.1-1996《電力變壓器第一部分總則》GB1094.2-1996《電力變壓器第二部分溫升》GB1094.3-2003《電力變壓器第3部分：絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙》GB1094.5-2008《電力變壓器第5部分：承受短路的能力》GB/T6451-2008《油浸式電力變壓器技術參數和要求》JB/T10088-2004《6kV?500kV級電力變壓器聲級》DL/T574-2010 《變壓器分接開關運行維修導則》GB/T13499-2002《電力變壓器應用導則》GB/T12325-2008《電能質量供電電壓偏差》GB12326-2008《電能質量電壓波動和閃變》GB/T14549-1993《電能質量公用電網諧波》GB/T15543-2008《電能質量三相電壓不平衡》GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》GB50217-2007 《電力工程電纜設計規(guī)范》GB/T14598.3-1993《電氣繼電器第五部分：電氣繼電器的絕緣試驗》第二章設計方案2.1.總述針對動態(tài)無功補償項目要求，供方提出在#3低壓側10kV母線上動態(tài)無功補償與諧波治理成套裝置，成套裝置包括一套SVG和FC，可實現(xiàn)無功從0?100%范圍內連續(xù)快速調節(jié)。每套裝置包括鏈式無功發(fā)生器（SVG）、連接電抗器、濾波電容器組、濾波電抗器等組成，能同時解決系統(tǒng)無功補償問題和諧波問題，能夠有效的對系統(tǒng)的無功量進行跟蹤補償，做到無級調節(jié)，并能有效的濾除諧波，穩(wěn)定電壓。泰坦對無功補償項目的方案進行設計，并提供此技術方案。泰坦承諾可提供無功補償項目的全部設計、制造、工廠試驗、包裝、運輸、保管、指導現(xiàn)場安裝調試和試驗、技術培訓、試運行的指導工作，以及質量保證期間及其后的服務等。2?2.工程概況2.2.1.情況概述#3主變容量63MVA，目前帶一期的三臺額定功率為8000kW的德國ABP中頻爐，目前這三臺中頻爐各配置一套APF+FC混合濾波器。#3主變終期負荷為六臺額定容量8000kW的中頻爐。2?2?2.環(huán)境條件1.1環(huán)境溫度：氣溫3?40°C，年平均氣溫28.4°C，絕對最高溫度38°C。1.2濕度：相對濕度90%，其中平均每年有4個月為潮濕天氣。1.3風速：夏季平均1.7m/s，冬季平均：2.0m/s。1.4海拔高度：75m1.5歷年平均降雨：1588mm。1.6全年平均雷電日數：120天。1.7地震烈度：七級。1.8大氣條件：室內安裝2.2.3.方案整體規(guī)劃在#3主變低壓10kV母線上裝設一套SVG+FC動態(tài)無功補償與諧波治理成套裝置，能同時解決系統(tǒng)無功補償問題和諧波問題，能夠有效的對系統(tǒng)的無功量進行跟蹤補償，做到無級調節(jié)，并能有效的濾除諧波，穩(wěn)定電壓。動態(tài)無功補償與諧波治理成套裝置除SVG部分外，配置有23次單調諧濾波支路和25次單調諧濾波支路。2.2.4.補償容量確定綜合中頻爐生產廠家提供的參數及玉柴的運行經驗， 對中頻爐負荷特性可以定義為：單臺中頻爐功率在0?8100kW之間變化，功率因數相應在0.3?0.93之間，功率越高，功率因數就越高，相應地功率在 8000kW時，功率因數在0.93左右。爐子功率變化非?？欤畲蟮呢摵勺兓菑?0瞬時升到8000kW，或者從8000kW瞬時降到0。以250Hz為基準的情況下，2?3個周波即可從0升到8000kW。動態(tài)補償裝置的設計除了考慮背景諧波因素外， 更重要的環(huán)節(jié)是無功補償容量的確定，如果設計容量偏大，造成無功過剩，造成用戶不必要的經濟損失；而如果設計容量不足，也會影響用戶的經濟效益。補償容量的確定一般按以下公式計算：Qc=kxPtan(arcosq)-tan(arcosq)] (3)式中：k---月平均負荷率;P---最大有功負荷;cos中---為原始功率因數；1cos中---補償后要求達到的功率因數。2由于供電局考核玉柴鑄造變功率因數在110kV側，所以還要加上變壓器的無功損耗:(4)_Sx^%+P2+Q2xu%_(4)-T茴式中：5丁----變壓器額定容量;I°%---變壓器空載電流;氣%---變壓器短路阻抗;P----變壓器有功功率；Q----變壓器無功功率。圖12至圖15為測量中采集到三臺中頻爐同時達到最大負荷(3x8000=24000KW)點的有功、無功、視在功率、功率因數的變化趨勢圖。圖12變壓器10kV側有功功率變化趨勢圖（光標點為最大負荷）00M00M00M8.OOMviai"/divAVETIMEFLOT-珊g9,.sw>I：ig/O209/02 W02 09/02 OQ/OS09/02 OQ/OS 09/0211:31:30 11:35:15 11:39:00 11:42:45 11:46:30 11:50:15 11:54:00 11:57:4509/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/0212:01:30 12:05:15 12:09:00 12:12:45 12:16:30 12:20:15 12:24:002011/09/0209:12:45-09/03圖13變壓器10kV側無功功率變化趨勢圖OOM^09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/0211:31:30 11:35:15 11:39:00 11:42:45 11:46:30 11:50:15 11:54:00 11:57:45 12:01:30 12:05:15 12:09:00 12:12:45 12:16:30 12:20:15 12:24:002011/09/0209:12:45-OOM^09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/0211:31:30 11:35:15 11:39:00 11:42:45 11:46:30 11:50:15 11:54:00 11:57:45 12:01:30 12:05:15 12:09:00 12:12:45 12:16:30 12:20:15 12:24:002011/09/0209:12:45-09/0310:28:00TIMEFLOT-RMSS..sum4.OOMVA/div—AVE圖14變壓器10kV側有功功率變化趨勢圖0.i：ii：ii：ii：i0.5000/div—0.i：ii：ii：ii：i0.5000/div—AVETIMEFLOT-珊EFF,，傾1.i：ii：ii：ii：i09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/02 09?02 09/02 09/02 09/02 09/02 09/0211:31:30 11:35:15 11:39:00 11:42:45 11:46:30 11:50:15 11:54:00 11:57:45 12:01:30 12:05:15 12:09:00 12:12:45 12:16:30 12:20:15 12:24:002011/09/0209:12:45-09/0310:28:00圖15變壓器10kV側功率因數變化趨勢圖通過上述列圖分析可以得出三臺中頻爐同時達到最大負荷時，有功Pma§24.19MW,功率因數cos^=0.927，無功Q=9.79Mvar，視在功率S=26.09。功率因數與玉柴提供的基本一致，在此工況下，要使變壓器10kV側功率因數達到0.95以上，還需要補償的無功容量可以根據（3）式求得（設月平均負荷率為0.8）：Qc=0.8x24000x（0.41—0.33）=1536kvar由于中頻爐負荷比較特殊，波動性大、隨機性高；有功負荷最大時，功率因數也達到最大，這時負荷的無功功率并非最大，所以上式的結果不一定能滿足所有工況下的無功需

求。要通過公式（3）來確定無功補償容量，首先確定出現(xiàn)無功負荷最大時的有功功率及功率因數，必須對負荷進行連續(xù)測量，并對記錄進行分析。圖16至圖18單臺中頻爐（T3、T4）無功負荷最大時的有功、無功、功率因數的變化趨勢圖TIMEPLHT-MISF,sw.1.600MW/div—AVE圖16T3、T4中頻爐有功功率變化趨勢圖03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01'14:46:20 14:56:20 15:06:20 15:16:20 15:26:20 15:36:20 15:46:20 15:56:20 16:06:20 16:16:20 16:26:20 16:36:20 16:46:20 16:56:20 17:06:20 17:16:20 17:26:20 17:36:20 17:46:20 17:56:20 18:06:20 18:16:202011/03/0114:46:20-03/0117:38:370.800Mvar/divAVE03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01 03/01'14:46:20 14:56:20 15:06:20 15:16:20 15:26:20 15:36:20 15:46:20 15:56:20 16:06:20 16:16:20 16:26:20 16:36:20 16:46:20 16:56:20 17:06:20 17:16:20 17:26:20 17:36:20 17:46:20 17:56:20 18:06:20 18:16:202011/03/0114:46:20-03/0117:38:370.800Mvar/divAVE4.800MTIMEFLJT-MISQ_,sw.3.200M1.600M0.00DM|-L一1圖17T3、T4中頻爐無功功率變化趨勢圖18T3、T4中頻爐功率因數變化趨勢圖從圖中看出，在時間15:07:20測點采樣到了單臺中頻爐無功接近最大點，QMAx=4.9Mvar、功率因數cos^=0.79、有功P=6.2MW、視在功率S=8.0MVA。在時段15:08?15:30的二十多分鐘內，單臺中頻爐的有功功率保持在6KW左右，而功率因數維持在0.79?9.5之間，無功功率則在4.9Mvar?2Mvar內波動變化。從查閱歷史運行記錄也得知，單臺中頻爐的無功最大值為5Mvar，與實測結果基本吻合。基于這些已知參數，可以求出三臺中頻爐無功負荷同時達到最大時，要使變壓器10kV側功率因數達到0.95以上，需要補償的無功容量為：Q=3x（4.9-6.2xtancos-10.95）=8.5Mvar終期按六臺中頻爐算，需要補償的無功容量為：2x8.5=17Mvar。由于供電局對玉柴的功率因數考核點在變壓器110kV側，所以無功補償容量還要加上變壓器的無功損耗：Qt二63x竺+(0.75x6x4.9》+(0.75x6x6.2》、嘗=4MvarQt100 63 100則要使變壓器110kV側功率因數達到0.95以上的無功補償容量為:17Mvar+4Mvar=21Mvar通過上述的計算分析，要確保#3主變110kV側的功率因數達到0.95以上，10kV側6臺中頻爐同時運行時所需的基波無功補償容量至少達到：21Mvar，考慮到留有一定的裕度，確定本次動態(tài)無功補償設計的實際基波無功出力必須達到：22Mvar。2.2.5.確定設計方案玉柴鑄造中心目前運行三臺中頻爐，每臺爐配有1套無源+有源的濾波裝置。玉柴計劃7月底前增加投入2臺德國容克的中頻爐（單臺容量8000kW），但新增的2臺中頻爐暫不計劃配置濾波裝置，終期計劃再投入1臺中頻爐，屆時#3主變的負荷為中頻爐6X8000kW。根據玉柴鑄造中心目前以及未來發(fā)展的具體情況，無功動態(tài)補償設計基于以下兩種情況進行：A方案——基于一期三臺ABP中頻爐配置的三套濾波裝置全部投入情況下進行設計;B方案——基于一期三臺ABP中頻爐配置的三套濾波裝置全部退出情況下進行設計方案基波無功功率（Mvar）SVG+FCSVGFC方案A±12+9方案B±12+10注：“+”為容性，“一”為感性。方案A濾波電容器組（FC）容量比方案B的少1Mvar，是因為方案A原配的三套濾波器具有約1Mvar的基波無功出力。FC參數配置：

濾波支路H23H25方案方案A方案B方案A方案B安裝容量（kvar）61506822615069單臺電容器額定容量（kvar）410455410455每相電容器串、并聯(lián)數（臺）5555三相電容器總安裝臺數15151515基波補償容量（kvar）4500500045005000電抗器電抗率4.5%4.5%電抗器額定電壓（Kv）1010電抗器端電壓（kV）0.2860.286電抗器電感值0.14mH0.12mH電抗器安裝臺數33第三章技術參數及性能指標3.1.SVG裝置技術參數及性能指標裝置技術參數在3#主變低壓側10kV母線上裝設一套動態(tài)無功補償與諧波治理成套裝置，成套裝置包括一套SVG和FC，可實現(xiàn)無功從0?100%范圍內連續(xù)快速調節(jié)。每套裝置包括鏈式無功發(fā)生器（SVG）、連接電抗器、電容器組等組成，成套裝置應滿足無功功率、電壓調節(jié)及功率因數等的技術要求，并要求達到以下技術指標：1） 功率因數補償應保證補償容量足夠，110kV母線的功率因數值不低于0.95。2） 諧波、電壓波動等要求在補償容量足夠前提下，電壓波動、閃變、不平衡度及其它指標，包括功率因數、電壓畸變、注入電網的各項諧波電流允許值等均應滿足要求。注入系統(tǒng)公共連接點的諧波電流和110kV、10kV母線壓總諧波畸變率低于國家標準《電能質量、公用電網諧波》GB/T14549-93。合理調整諧波阻抗頻率特性，任何情況下都不發(fā)生諧波并聯(lián)諧振和諧波電流放大現(xiàn)象。本次設計固定補償（兼濾波）FC按現(xiàn)在使用的6套中頻爐進行配置，F(xiàn)C必須進行諧波阻抗頻率特性預驗算。3） 輸出容量成套裝置以110kV側母線無功功率、10kV母線電壓作為控制目標，3#主變低壓側成套裝置額定補償容量為0?100%容性無功連續(xù)可調。4） 響應時間成套裝置可動態(tài)跟蹤電網電壓變化及負載變化，并根據變化情況動態(tài)調節(jié)無功輸出，實現(xiàn)高功率因數運行。動態(tài)響應時間不大于10ms。5） 過載能力成套裝置應具有短時過載能力，2s過載無功補償容量過載無功補償容量為成套裝置總容量的15%。6） 冷卻方式成套裝置采用強制風冷，技術先進、運行安全可靠，適應現(xiàn)場環(huán)境。7） 運行效率裝置運行過程中，平均有功損耗不大于成套裝置輸出容量的0.8%。3.1.2.IGBT閥體主要參數及性能指標閥體主要技術參數1）成套裝置應采用先進的全控型器件IGBT,開關頻率不低于500Hz。裝置主回路元件的選用，應留有足夠的電壓、電流裕度，元件應有良好的dv/dt，di/dt特性；滿足IGBT功率模塊N-1運行方式，有效提高系統(tǒng)可靠性，減小維護量。（2） 換流元件IGBT應選用德國EUPEC/日本富士原裝進口產品。（3） 系統(tǒng)主電路應采用鏈式串聯(lián)結構，星型連接，每相12個換流模塊組成；（4） 裝置大功率電力電子元器件應具有完善的保護功能，包括但不限于以下類型：直流過壓保護；電力電子元件損壞檢測保護；丟脈沖保護；觸發(fā)異常保護；過壓擊穿保護等。閥體主要技術參數：額定頻率： 50Hz額定容量： ±12Mvar額定電壓： 10kV額定電流： 693A容量調節(jié)范圍： 從額定感性容量到額定容性容量連續(xù)可調冷卻方式： 強迫風冷平均損耗： <0.8%諧波特性： <3%IN響應速度： 不大于5ms（1） 成套裝置應采用先進的全控型器件IGBT，開關頻率不低于500Hz。裝置主回路元件的選用，應留有足夠的電壓、電流裕度，元件應有良好的dv/dt，di/dt特性；滿足IGBT功率模塊N-1運行方式，有效提高系統(tǒng)可靠性，減小維護量。（2） 換流元件IGBT應選用德國EUPEC/日本富士原裝進口產品。（3） 系統(tǒng)主電路應采用鏈式串聯(lián)結構，星型連接，每相12個換流模塊組成；（4） 裝置大功率電力電子元器件應具有完善的保護功能，包括但不限于以下類型：直流過壓保護；電力電子元件損壞檢測保護；丟脈沖保護；觸發(fā)異常保護；過壓擊穿保護等。3.1.3.裝置控制及保護技術參數成套裝置具有供值班員使用的參數設置功能，所有設置的內容不受停電和干擾信號的影響；SVG故障自診斷系統(tǒng)采用一體化工作站，具有友好的人機界面，數據保存6個月以上?？商峁┤缦鹿δ埽阂恢鹘泳€—實時曲線一歷史曲線—歷史記錄一功率因數查詢—故障記錄-IGBT單元狀態(tài)監(jiān)視一提供系統(tǒng)參數—顯示當前時間、保護動作時間，顯示保護類型、保護動作時間等信息。1）控制屏的外形及組成控制屏采用柜式結構，柜體應選用優(yōu)質“三防”產品，具備抗強電磁干擾能力。主控制器安裝于控制屏中，應由主控機箱、PLC（可編程邏輯控制器）和觸摸屏等幾個主要部分組成。各部分功能如下：觸摸屏：人機界面PLC：控制觸摸屏的顯示與操作。其中一個RS485串口與主控機箱連接，另一個RS485口與觸摸屏連接。主控機箱：由各功能板卡組成，完成核心的控制功能。2）通訊功能控制器應具有和上位機通訊的標準化接口。可采用包括RS232C、RS485、以太網和Modem等多種通訊方式。可支持的通訊協(xié)議有：870-5-103DN3.0MODBUS等3） 顯示功能本系統(tǒng)采用液晶顯示器，應具有友好的人機界面，數據保存6個月以上。要求滿足如下功能：實時電量參數顯示。可分別顯示電網的供電電壓、SVG輸出電流、功率因數、無功功率、有功功率；顯示補償裝置的總無功出力；顯示相應的高壓斷路器的通斷狀態(tài)，顯示各類保護動作情況及故障告警等信息。歷史事件記錄：鏈式裝置單元狀態(tài)監(jiān)視顯示當前時間、保護動作時間、保護類型等信息，當各類保護動作或監(jiān)視的狀態(tài)發(fā)生變化時，控制器將自動記錄事件發(fā)生的類型、相別及動作值，事件按順序記錄，可通過液品進行查詢，并以通訊方式遠傳。動作次數可永久保存，即使掉電也不丟失。事件最久可保存6個月，也可以手動刪除。4） 保護功能動態(tài)無功補償裝置應采用了綜合保護策略，以提高裝置可靠性；保護類型如下：母線過壓、母線欠壓、過流、速斷、直流過壓、電力電子元件損壞檢測保護、丟脈沖、觸發(fā)異常、過壓擊穿、閥室超溫、保護輸入接口、保護輸出接口控制和系統(tǒng)電源異常等保護功能。連接電抗器1） 系統(tǒng)額定電壓：10kV2） 電抗器額定電壓：10kV3） 電抗率：15%4） 額定頻率：50Hz5） 電抗偏差：偏差不超過0%?5%。6） 1min交流耐壓：35kV；沖擊耐壓：1.2/50〃s全波沖擊耐壓（峰值）：75kV。7） 空芯，戶內安裝3.2.FC技術參數3.2.1.電容器組額定頻率：50Hz接線方式：Y單臺電容器額定相電壓：12^/3kV電容器組設計成單調諧濾波器。電容偏差：電容器允許的電容偏差為裝置額定電容的-5%?5%。三相電容器任意兩線路端子之間測得的電容的最大值與最小值之比不超過1.06；電容器的溫度系數：a絕對值^4X10-/K；電容器的介質損耗：tg6^0.0005；電容器設內熔絲保護，內置放電電阻。工頻穩(wěn)態(tài)過電壓能力需滿足相關國標。穩(wěn)態(tài)過電流能力電容器組成套裝置應能在方均根值不超過1.1X1.30In的電流下連續(xù)運行。電介質的電氣強度電容器端子間的電介質必須能承受下列試驗電壓，歷時10s：工頻交流電壓：2.15Un。絕緣水平電容器組絕緣水平，應能承受下列耐受電壓值：短時工頻耐受電壓(1min)：42kV；雷電沖擊耐受電壓(1.2/50us)：75kV。耐受短路放電能力主回路中的電氣設備、連接線及機械結構應能耐受短路電流和電容器內部相間短路放電電流的作用而不產生熱的和機械的損傷及明顯的變形。(15)局部放電性能：電容器的局部放電性能，應能達到下列試驗要求：在常溫下加壓全局部放電后歷時1s,降壓至1.35倍額定電壓保持10min，然后升壓至1.6倍額定電壓保持10min，此時，無明顯局部放電。環(huán)境保護要求電容器的浸漬劑符合國家環(huán)保部門的有關規(guī)定與要求。電容器外殼應具有良好的防腐、防銹外層。外殼材質不銹鋼，耐爆裂能量：》12kJ；3.2?2.串聯(lián)電抗器電抗器額定電壓：10kV電抗率: