矿热炉补偿方案

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高压静止型动态无功补偿装置高压静止型动态无功补偿装置-SVCGD
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F20091015A 吴景营于良中 2009-10-15
https://www.360docs.net/doc/fc6801993.html,
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高压静止型动态无功补偿装置技术方案高压静止型动态无功补偿装置技术方案
电弧炉配套高压静止型动态无功补偿装置初步方案 30t 电弧炉配套高压静止型动态无功补偿装置初步方案装置/FC TCR+FC 型 SVCGD 装置/FC 型 FCGD 装置一、电能质量的概念
电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时三相交流系统中各相电压和电流幅值应大小相等，相位对称且互差 120 度等。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线形或不对称，负荷性质多变加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想的状态并不存在，因此产生了电网运行、电力设备和供电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。
无功功率对公用电网的不利影响 1.1 无功功率对公用电网的不利影响
无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加; 无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加; 无功功率使线路电压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。
1.2 谐波的危害
谐波对旋转电机的影响：谐波对旋转电机的影响：电动机吸收谐波电流会引起附加损耗，产生机械振动和噪声，引起谐波过电压。谐波对变压器的影响：谐波对变压器的影响：较大的谐波电流穿过变压器形成的谐波磁场会引起变压器附件的发热，并导致局部过热，谐波会使变压器的噪音增大。谐波对输电电缆的影响：谐波对输电电缆的影响：由于电缆的分布电容对谐波有放大作用，在电网低谷、电网电压升高时使谐波电压升高，造成电缆局部放电、介损和温升增大，易导致电缆故障。谐波对通讯的干扰和影响：谐波对通讯的干扰和影响：谐波通过电容耦合、电磁感应和电气传导等构成对通信线路的干扰；谐波对电度计量的影响：谐波对电度计量的影响：对于采用感应系机构的电度表，谐波会引起电度计量的误差，其结果将导致：产生大量谐波的用户少付电费，而线性用户反而多付电费；
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谐波对继电保护、自动装置等的影响：在谐波和负序的共同作用下，电力系统中以负序谐波对继电保护、自动装置等的影响：滤

过器为启动元件的多种保护和自动装置会产生误动。
二、初步方案设计
本方案对 30t 电弧炉的治理采用 TCR＋FC 型的 SVCGD 装置，是针对负荷的固有特性：产生谐波、功率因数较低所引起的电网电能质量恶化问题。是对负荷进行综合治理最经济、最有效的方法，自 80 年代初已被广泛用于类似负荷的电能质量综合治理工程中。
2.135kV SVCGD 2.135kV 电炉配套 SVCGD 方案设计 2.1.1 系统参数
电压等级：35kV 假设考核点最小短路容量为：300Mvar
2.1.2 负荷参数
30t 的电弧炉 1 台配套变压器容量 18000kVA
2.1.3 功率因数补偿
估计自然功率因数为 0.75 左右，补偿后月平均功率因数≥0.95。
2.1.4 基波补偿容量及滤波支路的确定
35kV 母线采用 TCR+FC SVCGD 装置加以治理，可以有效提高功率因数，分流谐波谐波， 35kV 母线采用 TCR+FC 型 SVCGD 装置加以治理，可以有效提高功率因数，分流谐波，抑制电压波动； 18Mvar 详细参数如下： Mvar。制电压波动；SVC 容量为 18Mvar。详细参数如下：根据负荷容量及自然功率因数为 0.75 左右，为使得加装 SVC 装置后目标功率因数为 0.95，经计算需要基波补偿容量为 12Mvar。 TCR 和各滤波器支路全部直接挂接在电弧炉和精炼炉的 35kV 母线侧，TCR 不采用降压变压器型式，而是采用直挂式，这样作的好处有：（1）有效地避免了采用降压方式降压变压器的有功损耗，节约了能源；（2）由于减少了降压变，从而减少了设备运行的故障率；（3）可以在一定程度上提高动态响应时间。根据电弧炉谐波电流注入 35kV 侧的情况，采用加装 2、3、4、5 次 4 组滤波器支路。所有滤波器支路同 TCR 均挂接在 35kV 母线。
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两个滤波器支路采取如下接线方式：（1） 2 次滤波器――采用“C”型滤波器，目的是为了拓宽频带，增加阻尼和减少电阻基波功率损耗。根据我公司多年来对电弧炉谐波特性的经验，电弧炉产生的谐波电流除整数次谐波较大外，同时含有 0.1～30Hz 的低频分量（称为 “次谐波”）和非基波（50Hz）频率整数倍的谐波分量（称为“间谐波” ），仅配置一般的单调谐滤波器不能起到很好的滤波作用，反而会造成某些谐波放大，故设置一个 C 型阻尼滤波器支路。（2） 3 次滤波器――采用单调谐滤波器，达到最佳的滤波效果；（3） 4 次滤波器――采用单调谐滤波器，达到最佳的滤波效果；（4） 5 次滤波器――采用二阶高通滤波器，即保证 5 次的滤波效果，又保证一定的高次谐波滤波效果，同时高次滤波支路设置高通滤

波器不会引起很大的基波损耗。根据以上配置 SVC 一次原理主接线如下图所示。
母线电能质量治理效果 2.1.5 加装 SVC 装置后 35kV 母线电能质量治理效果谐波电流治理
假设需方 35kV 系统最小短路容量为 300MVA，加装 SVC 装置后 35kV 母线系统阻抗图谱和谐波放大图谱如下图所示；
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功率因数
加装 SVC 装置后 35kV 母线月平均功率因数≥0.95。
电压波动
根据电弧炉供电系统参数，经计算 SVC 补偿后电弧炉和精炼炉引起 10kV 母线电压波动为 1.55%（不加装 SVC 装置时为 7.2%）。SVC 起到了减少电弧炉对电网无功冲击的影响和保证用户安全生产的重要作用。
2.1.6 设备清单
序号 1 2 3 4 设备名称隔离开关（带接地）氧化锌避雷器 2 次滤波电容器组 C1 2 次滤波电容器组 C2 3 次滤波电容器组 4 次滤波电容器组 5 次滤波电容器组 5 6 7 8 9 电流互感器 2 次滤波电抗器 3 次滤波电抗器 4 次滤波电抗器 5 次滤波电抗器型号规格 GW4-12D(W) YH5WR17/45 AAMAAMAAMAAMAAMLB6 LKGKL LKGKL LKGKL LKGKL DZN35DZN35LGGK CG3-10 CGL3-10 AccuVar-M AccuVar-R AccuVar-P 台台台台台套面面面 6 6 6 3 3 1 1 1 1 单位数量台支组组组组组台台台 2 3 3 5 9 1 1 生产厂家江苏仪征廊坊东芝/杭州永德上海永锦/韩国三和上海永锦/韩国三和上海永锦/韩国三和上海永锦/韩国三和上海永锦/韩国三和上海永锦/韩国三和顺特电气/山东星泰/山东哈大顺特电气/山东星泰/山东哈大顺特电气/山东星泰/山东哈大顺特电气/山东星泰/山东哈大凌海科诚凌海科诚顺特电气/山东星泰/山东哈大北京伏安电气北京伏安电气北京博电（ABB 晶闸管,风冷）北京博电北京博电北京博电
10 2 次滤波电阻器 11 3 次滤波电阻器 12 相控电抗器 13 穿墙套管 14 穿墙套管（配 CT）
15 阀组（ABB 晶闸管,风冷）TV-RZ16 监控柜 M 17 调节柜 R 18 保护柜 P
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三、SVCGD 的技术特点 SVCGD
☆ 控制系统采用基于 DSP 的全数字化控制系统，响应时间小于 10ms，控制精度小于 1%； ☆ 监控系统采用就地及远方监控操作站，对一次、二次设备进行实时全面监控； ☆ 保护系统采用双重数字化保护，控制系统作为快速、灵活的主保护，微机数字保护测控装置作为安全、可靠的后备保护，最大限度地确保 SVC 安全可靠

的运行； ☆ 晶闸管阀组采用国外著名公司晶闸管、高电位电路板取能、进口 BOD 保护和紧凑的结构，运行安全可靠，维护便捷高效； ☆ 冷却系统采用密闭式水冷却系统或高效的自冷系统，可根据用户要求灵活选择，冷却效率高，运行安全可靠，维护方便； ☆ 采用光电触发方式，阀组与控制系统通过光纤隔离，抗干扰能力强； ☆ 采用多种调节控制方式，可实现三相、分相、无功、电压调节控制，以及电压和无功联合调节控制或加权联合调节控制； ☆ 采用多种通信规约，可以方便与变电站自动化系统（SCADA 系统）通讯联接，真正实现无人值守或集中控制。
3.1 整体性能指标
SVC 动态容量：0～400MVar SVC 控制目标电压：6～500kV SVC 额定电压：6～66kV 整机动态响应时间：<15ms SVC 可靠性：可用率不小于 99% SVC 最大损耗：<0.8%
3.2 控制保护系统
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采用分层分布式控制系统，简化了系统设计，增加了系统可靠性和可扩展性；基于 DSP 实现数字控制信号的并行处理，实现了实时控制量的计算，响应时间小于 10ms；采用就地及远方监控操作站，对一次、二次设备进行实时全面监控，具有友好的人机控制界面(HMI)；采用双重数字化保护，控制系统作为快速、灵活的主保护，微机数字保护测控装置作为安全、可靠的后备保护，最大限度地确保 SVC 安全可靠的运行；采用多种调节控制方式，可实现三相、分相、无功、电压调节控制，以及电压和无功联合调节控制或加权联合调节控制；采用多种通信规约，可以方便与变电站自动化系统（SCADA 系统）通讯联接，满足高速数据传输、快速控制(直接 I/O)和远程通讯的需要，真正实现无人值守或集中控制；开环/闭环反馈控制方式，既确保系统的电压波动和闪变符合国标要求，又可确保系统功率因数稳定；通过 EMC 测试，具有较强的抗干扰能力；各项指标满足《高压静止无功补偿装置第 3 部分控制系统》（DL/T1010.3-2006）要求。
3.3 晶闸管阀组
采用紧凑的多层结构，框架由特制的金属制成，采用国内外半导体公司的优质晶闸管元件串联连接，可以保证装置在最大过流和过压下的安全运行，并可以耐受系统可能出现的极端 dv/dt、di/dt，与电抗器串联实现快速的无功动态调节。通过高电位电路板实现取能、触发和 BOD 保护等功能。采用光电触发方式，阀组与控制系统通过光纤隔离，抗干扰能力强，保证阀组运行安全可靠、维护便捷高效。额定电压：6～66kV；额定电流：最大 4000A(相电

流)；触发方式：光电触发；冷却方式：密闭式水冷却系统或高效的自冷系统；具有独特的防止或耐受误通的能力；
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具有正常触发和强制触发两个独立的触发系统；具有安全的过电压保护措施；具有完善的动态均压和静态均压回路保护；各项指标满足 IEC61954 及《高压静止无功补偿装置第 2 部分晶闸管阀的试验》（DL/T1010.2-2006）的要求。
34 冷却系统
☆ 高效的自冷系统采用高效的工质相变传热技术，传热效率高；运行安全可靠，维护方便，可适用于中小容量的 SVC；无腐蚀、无污染、低噪音；各项指标满足《电力半导体器件用热管散热器》（JB/T8757-1998）的要求。
3.5 电容器性能
采用不锈钢外壳、全膜、内熔丝、内置放电电阻的滤波电容器。户外安装，组架采用热镀锌框架，采用 IV 级防污绝缘子。电容器材料选用损耗值小和可靠性高的材料，每组滤波器的滤波电容器具有相同的品质并能够互换使用，电容器耐暴能量达到 15kJ，具有良好的防火、防暴性能。电容器额定电压按 SVC 相关标准的设计要求进行选择。额定电压计算时考虑了电容器中每个谐波分量的算术和。BIL 电压根据 SVC 设计要求和绝缘水平确定。电容器补偿装置的噪声水平满足 SVC 整体设计的要求。电容器的损耗在 20℃时≤0.15W/kvar(包括熔丝损耗在内)，该损耗值是指设备出厂时的实测值。电容器在 0.9~1.1 倍工频交流额定电压下，20℃时介质损耗角正切值全膜产品不大于 0.0002 电容器内部放电元件能使电容器断开电源后，剩余电压在 5min 内由 2 Un 下降至 50V 以下。装置实测电容值与其额定值之偏差在 0％～＋10％范围内，各串联段的最大与最小电容之比≤1.02，任何两线路端子之间电容的最大值与最小值之比≤1.02。电容器补偿装置能在方均根值不超过 1.30IN 的电流下连续运行。电容器补偿装置能在 1.1UN 运行电压下连续运行。电容器组能耐受合闸时可能产生的第一个峰值为 2 2 UN 持续时间不大于 1/2 周期的操
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作过电压。
3.6 电抗器性能
产品类型：干式、空心、铝材、双线圈、自冷式、环氧浇铸筒式结构，户外安装；长期过载倍数：1.3；额定频率：50Hz；电抗器能承受所有故障状态下最大的短路应力。 TCR 支路上的电抗器能减缓短路电流的非周期分量；绝缘水平：雷电冲击绝缘水平 200kV，工频耐压水平 95kV；绝缘等级：F 级；

在最高运行电压及额定频率下绕组的温升不超过 70K。电抗器支柱绝缘子：采用 IV 级防污型，大小伞结构，顶部为非磁材料。电抗器的噪声水平满足 SVC 装置设计要求。电抗器设计时考虑电抗器周围磁场强度对人体的影响。电抗器设计时考虑到预防漏磁通而引起局部发热的预防性措施。所有围栏支柱采用非金属性围栏，避免形成金属环路以免形成涡流。电抗器配有防雨罩，电抗器表面涂防紫外线漆。
广东光达电气有限有限公司简介四广东光达电气有限公司简介
广东光达电气有限公司主要从事解决电能质量问题的成套装置的研究开发与生产制造，业务涵盖无功补偿、谐波治理和变频节能，产品包括低压 MSCGD、低压 MSFGD、低压 TSCGD、低压 TSFGD、高压 FCGD、高压 FFGD、高压 MSCGD、高压 MSFGD 和高压 SVCGD 等，并承接无功补偿、谐波治理、变频节能相关的技术咨询和方案设计。广东光达电气有限公司依靠雄厚的技术实力，稳定的产品质量，经济的工程造价赢得了广大客户的信任，并将继续贯彻“以事为本”的主导思想和“一个现场，一个设计”的做事原则，为每一个客户量身定做适合自己的成套装置，真正解决客户存在的电能质量问题。我公司保证提供的装置质量可靠，达到提高电能质量，降损节能，提高设备利用率和延长设备使用寿命的目的。公司技术人员曾参与国家重点科技项目的研发工作，并有大型高压静止型动态无功补偿装置-SVCGD 的设计、生产、调试、安装指导、运行等方面的工程经验。公司拥有先进的电能质量分析仪 PQPT1000、FLUKE-43B/007、美国 VISIO16 路录波仪、横河功率分析仪等进口高端测试分析设备，完全有能力承接对用户整个配电系统的电能质量测试分析服务、节能降耗评估服务以及综合治理工程。公司不断整合、优化研发、设计、制造和现场服务的作业流
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程，在借鉴国际先进工业化模式的基础上，建立并完善了企业的运作模式，把独立自主知识产权作为核心理念构筑企业的创新体系和人才梯队。公司现开发生产的主要产品有：公司现开发生产的主要产品有：的主要产品有高低压 MSCGD：真空接触器投切无功补偿装置；高低压 MSFGD：真空接触器投切型无功补偿兼消谐/谐波治理装置；高低压 FCGD：固定无功补偿装置；高低压 FFGD：固定型无功补偿兼消谐/谐波治理装置；低压 TSCGD：晶闸管投切无功补偿装置；低压 TSFGD：晶闸管投切型无功补偿兼消谐/谐波治理装置；高压 SVCGD：高压

静止型动态无功补偿装置；低压 ZFGD：零序滤波成套装置（已申请专利）
五无功补偿兼谐波治理的意义
随着现代电力电子技术的快速发展，用电设备和电网之间存在大量无功往复交往，由于无功的存在使电网的利用率降低；大量功率开关器件的使用产生了大量高次谐波，降低了电网电能质量，影响其他同母线用电设备的正常使用。采用 MSFGD 进行自动的无功补偿和谐波治理具有如下意义：提高功率因数采用 MSFGD 对无功功率进行快速跟踪补偿，用容性无功电流抵消负荷产生的感性无功电流，减少无功电流在用电设备和电网之间的往复，提高 PCC 点(考核点)的功率因数。提高供配电系统的利用率用电设备和电网之间存在的大量往复交换的无功功率占用了电网的许多容量，使得配电设备的利用率降低。MSFGD 可以减少配电设备提供的无功功率，使得配电设备提供的有功容量接近设备的使用容量。从另外一个角度看，即 MSFGD 提高了配电设备的带负荷能力（相当于增容）。稳定网压，稳定网压，改善运行条件配网电压波动主要由无功功率的变化引起的，采用 MSFGD 对无功功率进行就地补偿，减少负荷侧的无功波动，即可以减少配网母线的电压波动，有利于同母线精密设备的安全稳定运行。滤除谐波，滤除谐波，净化电网采用 MSFGD 对无功功率进行补偿的同时，并针对 3 次、5 次、7 次、11 次、13 次谐波电流分别设计滤波器，滤波器对 3 次、5 次、7 次、11 次、13 次谐波电流呈低阻抗，由负载产生的谐波电流流入专门设计的滤波器（被滤除），使流入变压器的谐波电流及电压畸变率满足国标 GB/T14549-93 的要求，从而达到净化电网，提高电网电能质量的目的。自动补偿，自动补偿，实现无人值守 MSFGD 为自动补偿装置，通过检测负荷无功电流和系统电压综合判断需要投入的无功补
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偿容量，不需要人工干预，适合于无人值守变电站。降低供配电损耗，降低供配电损耗，获得节能效益采用 MSFGD 对无功功率进行补偿的同时进行谐波治理，由于功率因数的提高，使变压器及供配电线路中的视在电流下降，降低了供配电损耗；由于高频电流的趋肤效应，使供配电线路及变压器铁芯的等效截面积减小，加大了供配电系统的阻抗，谐波电流被滤除，降低了高频电流的趋肤效应，从而降低了供配电损耗。损耗的降低给用户带来了节能效益。根据水利电力部《功率因数调整电费办法》，功率因数的提高可以减少用户功率因数

调整电费或者获得功率因数调整电费奖励，取得直接的经济效益；治理谐波可以减少设备故障率，提高设备利用率，提高生产效率，获得间接的经济效益。减小变压器温升和损耗变压器的温升与流过变压器的视在电流成正比，变压器的损耗与流过变压器的视在电流的平方成正比。采用 MSFGD 补偿和滤波可以使流过变压器的视在电流降低，因此可以减小变压器的发热和损耗，延长变压器的使用寿命。
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