柜式自动投切无功补偿装置

电能转换 （负载）
电能形成 （电源）
柜式无功补偿装置的应用场合
柜式无功补偿装置的应用场合
高压柜式自动投切无功补偿装置适用于负荷波动较大但不频繁的 负载特性，主要用于电力系统末端用户变电站35kV、110kV、 220kV变电所及用户配电所10KV母线端。
补偿方式： 1、集中补偿：装设在企业或地方总变电所10KV母线上，可减少 高压线路的无功损耗，而且能提高本变电所的供电电压质量。 2、分散补偿：装设在功率因数较低终端变、配电所的高压或低 压母线上。这种方式与集中补偿有相同的优点，但无功容量较小， 效果较明显。 3、就地补偿：装设在异步电动机或电感性用电设备附近，就地 进行补偿。这种方式既能提高用电设备供电回路的功率因数，又 能改变用电设备的电压质量。
电压无功自 动投切补偿 装置
并联电容器 补偿装置
调压型并联电容器 补偿装置和分组自 动投切补偿装置
磁控电抗器+ 固定电容器 （MCR+FC)
静止无功补 偿装置(SVC)
晶闸管控制电抗器+固 定电容器（TCR+FC) 晶闸管控制电容器 （TSC)
静止无功发 生器（SVG)
无功补偿装置的发展概述
1、同步调相机是早期无功补偿装置的典型代表，这种补偿 装置不仅能补偿固定的无功功率，还能对变化的无功功率进 行补偿，由于补偿容量的局限性，以及补偿手段的陈旧，逐 渐被市场淘汰 2、并联电容器装置的迅速发展，并联电容器装置已成为目 前输配电系统中主要的补偿装置。并联电容器与相应的控制 技术与投切开关的结合，并联电容器补偿装置逐步向自动化 发展。目前市场上并联电容器主要有固定补偿、分组自动投 切和调压式三种形式的补偿装置，根据安装环境等要求主要 分为户外框架式、户外箱式、户内柜式等类型。
无功补偿装置的发展概述 2.2、调压式自动补偿装置概述
利用有载调压变压器（自耦式）调节电容器两端的电压， 实现容性无功功率的调节；是细化了的分组自动投切， 局限性：不能实现连续无级调节；变压器受涌流冲击和 谐波影响，可靠性下降。无法实现滤波，甚至可能引起 谐振的危险。 补偿原理： Q= ω CU2 ω=2πf 改变电容器端电压来调节无功输出，实现自动补偿。 一般调压器为9档，调压范围为50%-100%。
柜式自动投切无功补偿装置介绍
部门/发言人/：技术部/王栋 2012-03-23
内容提要
一、无功补偿装置的发展概述
二、柜式无功补偿的应用场合
三、柜式无功补偿的控制原理 四、柜式无功补偿装置结构介绍 五、二次元器件及控制回路介绍 六、柜式补偿装置设计注意事项
无功补偿装置的发展概述
无功补偿的发展阶段 同步调相机
4区、5区、6区：电压偏低，为防止投切振荡，闭锁切除，无 功偏少时投电容。 9区：电压偏低，强投电容以调压。 10区：电压偏高，强切电容以调压。 11区：电压过低，切除在投电容，闭锁电容投入（欠压保护）。 12区：电压过高，切除在投电容，闭锁电容投入（过压保护）。 电压无功控制这种方式是大多数变电站选择使用的控制方式。 主要的依据是在电压合格的情况下根据无功的缺损来判断电容 器的投切。
无功补偿装置的发展概述
调压式补偿装置原理图：
无功补偿装置的发展概述
调压式补偿装置布置图：
无功补偿装置的发展概述 3、静止无功补偿装置(SVC)
目前市场上SVC补偿装置有两类：MCR-SVC TCR-SVC 这两种装置都能实现无功的连续无级调节，对波动性叫 频繁的负载能实现动态补偿，相应时间小于20ms. 静止无功补 偿装置(SVC) MCR-SVC TCR-SVC
无功补偿装置的发展概述
• 串联链式模块：(以9单元为例)
无功补偿装置的发展概述 静止无功发生器SVG工作原理
SVG的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件（IGBT）组成自 换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交 流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以 使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的 目的。表1为SVG的三种运行模式
无功补偿装置的发展概述
TCR型SVC的工作原理图：
QN = QV - QC + QTCR =常数 QN系统无功功率； QV 负载无功功率 QC 滤波无功功率： QTCR TCR产生无功功率
无功补偿装置的发展概述
TCR型SVC的系统图：
该装置占地面积大；晶闸管发热量大，需要辅助冷却设备；自身产 生的谐波量大，需要配备专用滤波设备；成本高、价格昂贵；电子 元器件寿命短，维护费用大。
无功补偿装置的发展概述 3.1、 TCR型SVC动态无功补偿装置
TCR是利用晶闸管控制相控电抗器，是通过控制晶闸管的导通角和 导通时间，以控制流过电抗器电流的大小和相位，实现感性无功的 连续可调，从而实现容性无功的动态补偿。
TCR型SVC的工作原理：
TCR型SVC如图接入系统中，电容器提供固定的容性无功Qc，补 偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出感性无功QTCR的大小， 感性无功和容性无功相抵消，只要能做到系统无功QN = QV （系统 所需）- QC + QTCR =常数（或0），则能实现电网功率因数=常数， 电压几乎不波动，准确控制晶闸管的触发角，得到所需的流过补偿 电抗器的电流，晶闸管变流装置和控制系统能够实现这个功能，采 集母线的无功电流值和电压值，合成无功值，和所设定的恒无功值 （可能是0）进行比较，计算得触发角大小，通过晶闸管触发装置， 使晶闸管流过所需电流。
柜式无功补偿装置的控制原理 无功补偿自动投切控制方式
1、柜式无功补偿装置具有以下三种工作方式： 手动、自动、遥控
2、柜式无功补偿装置控制投切依据：
2、1按时间控制：这种控制方式是按照变电所
负荷按时间变化来选择电容器的投切，这种 控制器适用于变电站负载投运时间段比较规 律且稳定的变电站。按照预先设定的时间段 来投切电容器。
目前我公司生产的高压柜式自动投切无功补偿装置按照电网负 荷特性，采用电压无功综合控制器（VQC）控制接触器或断路 器投切电容器组，并配以分组的微机保护单元，使电容器组可 靠保护。根据负荷波动特性。优化分组数，可配置2-8组 ，根据 电网功率因数的变化，投切相应容量的电容器组，实现最优化 补偿。
分三组自动投切一次系统图
柜式无功补偿装置的应用场合 电力系统功率模型
电源
升压 变压器
输电线
降压 变压器
M 电力用户
PG+jQG
交流发电机 输出的功率 (视在功率： 容量)（kVA）
ΔP+j ΔQ
PL+jQL
有功功率（kW）：用于做功和发热损耗的那部分电能。例 如： 转换成机械能、热能、光能等；方向：电源至负载。 一个周期的平均功率大于零。 无功功率（kVar）：用于电路内电场与磁场交换的那部分电 能。 方向：上半周期从电源至负载，下半周期从负载至电源。 一个周期的平均功率等于零。
无功补偿装置的发展概述 3.1、MCR型SVC动态无功补偿装置
MCR是利用磁控电抗器电抗值连续可调，实现感性无功的连续可调， 从而实现容性无功的动态补偿。 结构上分为磁阀式、裂芯式和磁 控式。目前最常用的为磁控式。
MCR型SVC的工作原理：
MCR由一个四柱铁心和绕组组成，中间两个 铁心柱为工作铁心，Nk为控制绕组，N为工 作绕组。当工作绕组两端接上交流电压时， 控制绕组上就会感应出相应的电压，以Nk 的匝数为N的1％计，可控硅T1和 T2上的电 压仅为工作电压的1％ ，在电压的正半周 T1导通，在电压的负半周 T2导通，通过控 制T1 、 T2 的导通角即可控制直流激磁。 导通角越小，电抗器的感抗越小。因此， 只要控制T1 和 T2的导通角大小，就可以平 滑的调节MCR的容量。
并联电容器 补偿装置
固定式补偿装置
分组投切补偿装置
调压式补偿装置
无功补偿装置的发展概述 2.1、分组投切自动补偿装置概述
分组投切补偿装置是控制技术与投切开关相结合，根据 无功缺损动态监测，利用真空开关或接触器控制投切相 应容量的电容器。 局限性：真空开关和接触器的投切，涌流大，响应速度 较慢，开关寿命低，对电容器冲击大，不能实现连续无 级调节。只能适用与负载波动不大的配电系统。 补偿原理： Q=Q1+Q2+„+QN
二次元器件及控制回路介绍
自动投切补偿装置二次控制回路介绍
二次元器件及控制回路介绍
自动投切补偿装置二次保护回路介绍 自动投切补偿装置保护类型 1、过压、欠压保护 动态监测电网电压变化，超过设定值或者低于电压 设定值时保护发出切断命令。 过压设置：1.1倍的电容器额定电压 延时120s 欠压设置：0.8倍的电容器额定电压 延时1s
柜式无功补偿装置的结构介绍 1、固定投切柜式装置结构
固定式补偿装置主要用于电力公司配电所，适用于电 网负荷变动较小的负荷特性以及电动机负载的就地补偿。
柜式无功补偿装置的结构介绍
固定投切柜式装置补偿柜内部元器件布置图
二次元器件及控制回路介绍
自动投切补偿装置二次采样介绍
二次元器件及控制回路介绍
自动投切补偿装置二次闭锁回路介绍
柜式无功补偿装置的控制原理 自动投切装置的控制原理
信 号 相位监 测电路 微处理 器 输出电 路 投切电 容器
cosΦ 显示
参数设 定
故障告 警
检测单元
主控单元
执行单元
监测单元通过监测母线电压电流信号，利用运放电路的到反应相 位差的方波信号，传给主空单元，微处理器经过逻辑运算得到电 网功率因数等相关参数，输出命令给执行电路。
柜式无功补偿装置的控制原理
2.4按电压无功综合控制：电压无功投切主要是控制 器按照电压和无功缺额的多少投切电容器。主要判 据是依据电压无功九区控制模式。
柜式无功补偿装置的控制原理
0区、3区、7区：电压合格，无功偏少时投电容，无功偏多时 切电容。 1区、2区、8区：电压偏高，为防止投切振荡，闭锁投入，无 功偏多时切电容。