鋼鐵廠鐵水預(yù)處理SVG高壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置技術(shù)改造方案（2）

時間：2021-08-23

作者：襄陽奧東電氣有限公司

鋼鐵廠鐵水預(yù)處理SVG高壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置技術(shù)改造方案（2）

接鋼鐵廠鐵水預(yù)處理SVG高壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置技術(shù)改造方案（1）
2.1設(shè)計目標(biāo)

1)功率因數(shù)維持在 0.98及以上（可設(shè)定）；

2) 治理電流諧波；

3) 抑制電爐產(chǎn)生的電壓閃變；

4) 動態(tài)補(bǔ)償額定輸出電流THD≤3%；

5) 補(bǔ)償無功容量自動跟蹤電網(wǎng)變化；

6) 動態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時間≤5ms；

7) 允許短時過載能力1.2倍；

8) 完善的保護(hù)功能；

9) 友好的人機(jī)界面；

10) 靈活的通訊接口，可遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行，并記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)；

11) 冷卻方式采用水冷散熱。

2.2設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)備的制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收除了滿足本技術(shù)協(xié)議的要求外，還符合下列國家標(biāo)準(zhǔn)或相應(yīng)的IEC標(biāo)準(zhǔn)：

DL/T672-1999《變電所電壓無功調(diào)節(jié)控制裝置訂貨技術(shù)條件》

DL/T597-1996 《低壓無功補(bǔ)償控制器訂貨技術(shù)條件》

GB11920-89 《電站電氣部分集中控制裝置通用技術(shù)條件》

GB 1207-1997《電壓互感器》

SD 325-89《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》

SD205-1987 《高壓并聯(lián)電容器技術(shù)條件》。

DL442-91 《高壓并聯(lián)電容器單臺保護(hù)用熔斷器訂貨技術(shù)條件》。

GB50227-95 《高壓并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》。

GB311.2～311.6-83 《高電壓試驗(yàn)技術(shù)》。

GB11 024 《高電壓并聯(lián)電容器耐久性試驗(yàn)》。

GB11025 《并聯(lián)電容器用內(nèi)部熔絲和內(nèi)部過壓力隔離器》。

ZBK48003《并聯(lián)電容器電氣試驗(yàn)規(guī)范》。

GB50227《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》

GB3983.2-89《高電壓并聯(lián)電容器》

JB7111-97《高壓并聯(lián)電容器裝置》

DL/T604-1996《高壓并聯(lián)電容器裝置定貨技術(shù)條件》

GB3983.2《高壓并聯(lián)電容器》

GB5316《串聯(lián)電抗器》

GB1985-89《交流高壓隔離開關(guān)和接地開關(guān)》

JB 5346-1998《串聯(lián)電抗器》

DL/T 462－1992《高壓并聯(lián)電容器用串聯(lián)電抗器訂貨技術(shù)條件》

DL/T653-1998 《高壓并聯(lián)電容器用放電線圈訂貨技術(shù)條件》

JB/T 3840-1985《并聯(lián)電容器單臺保護(hù)用高壓熔斷器》

DL/T620 《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》

GB/T 11032-2000《交流無間隙金屬氧化物避雷器》

GB/T 11024.1-2001《放電器》

GB2900 《電工名詞術(shù)語》

GB3ll.1～6 《高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合》

GB3ll.7 《高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合使用導(dǎo)則》

GB 5582 《高壓電力設(shè)備外絕緣污穢等級》

GB11022 《高壓開關(guān)設(shè)備通用技術(shù)條件》

GB1985 《交流高壓隔離開關(guān)和接地開關(guān)》

GB 2536 《變壓器油》

GB5273 《變壓器、高壓電器和套管的接線端子》

GB775 《絕緣子試驗(yàn)方法》

GB/T4109 《高壓套管技術(shù)條件》

GB 1094.1-1996 《電力變壓器**部分總則》

GB 1094.2-1996 《電力變壓器*二部分溫升》

GB 1094.3-1996 《電力變壓器*三部分絕緣水平和絕緣試驗(yàn)》

GB 1094.5-1996 《電力變壓器*五部分承受短路的能力》

GB/T6451-1999 《三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》

JB/T10088-1999 《6～220kV級變壓器聲級》

DL/T574-1995 《有載分接開關(guān)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》

GB/T13499-1992 《電力變壓器應(yīng)用導(dǎo)則》

G/T 12325-2003 《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》

GB 12326-2000 《電能質(zhì)量電壓波動和閃變》

GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》

GB/T 15543-1995 《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》

GB14285-93 《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》

GB50217-94 《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》

GB4856 (IEC255) 《電氣繼電器的絕緣試驗(yàn)》

DL/T677-1999 《繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn)》

《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》國家電網(wǎng)公司

國家現(xiàn)行包裝運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)。

其它有關(guān)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。

所有螺栓、雙頭螺栓、螺紋、管螺紋、螺栓夾及螺母遵守**標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和**單位制（SI）的標(biāo)準(zhǔn)。

3SVG技術(shù)參數(shù)

3.1 SVG裝置的組成

本方案提出的SVG系列無功補(bǔ)償裝置，采用現(xiàn)代電力電子、自動化、微電子及網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，采用**的瞬時無功功率理論和基于同步坐標(biāo)變換的功率解耦算法，以功率因數(shù)、電網(wǎng)電壓或者兩者分時間段作為控制目標(biāo)，動態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化來調(diào)節(jié)無功輸出，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的高質(zhì)量運(yùn)行。

SVG每相由多個功率單元組成如下圖3.1所示，并采用冗余設(shè)計；功率單元利用可關(guān)斷大功率電力電子器件（IGBT）組成橋式電路，整機(jī)輸出由PWM波形疊加而成，電壓是由多個電平臺階合成的階梯波，開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力較小，減小dv/dt。

圖3.1 主電路鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu)

每個功率單元簡化電路如圖3.2所示。每個功率單元均具有完善的保護(hù)措施，并且各工作狀態(tài)均送回主控系統(tǒng)，主控與各單元信號連接均采用光纖通訊。從下圖3.2可以看出，功率單元主回路是典型的“H”橋電路。

圖3.2 功率單元簡化電路

3.2 SVG的優(yōu)勢

由SVG原理的描述可以知道，SVG可以根據(jù)負(fù)載特點(diǎn)和工況，自動調(diào)節(jié)其輸出的無功功率的大小和性質(zhì)（容性或者感性）。因此，從本質(zhì)上講，SVG可以等效為大小可以連續(xù)調(diào)節(jié)的電容或電抗器。

SVG是目前較為**的無功補(bǔ)償技術(shù)，其基于電壓源型變流器的補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了無功補(bǔ)償方式質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過大功率電力電子器件的高頻開關(guān)實(shí)現(xiàn)無功能量的變換。從技術(shù)上講，SVG較傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置有如下優(yōu)勢：

1）響應(yīng)時間較快

SVG響應(yīng)時間：<5ms。

傳統(tǒng)動補(bǔ)裝置響應(yīng)時間：≥50ms。

SVG可在較短的時間之內(nèi)完成從額定容性無功功率到額定感性無功功率的相互轉(zhuǎn)換，這種無可比擬的響應(yīng)速度完全可以勝任對沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償。

2）抑制電壓閃變能力較強(qiáng)

傳統(tǒng)動補(bǔ)對電壓閃變的抑制較大可達(dá)2：1，SVG對電壓閃變的抑制可以達(dá)到5：1，甚至較高。此外，由于SVG響應(yīng)速度較快，增大裝置容量可以繼續(xù)提高抑制電壓閃變的能力。

3）運(yùn)行范圍較寬

SVG能夠在額定感性到額定容性的范圍內(nèi)工作，所以比其他類型動補(bǔ)的運(yùn)行范圍寬很多。較重要的是，在系統(tǒng)電壓變低時，SVG還能夠輸出與額定工況相近的無功電流。

注：無功補(bǔ)償?shù)膸追N類型及其區(qū)別

4）補(bǔ)償功能多樣化

使同一套SVG裝置，可以實(shí)現(xiàn)不同的多種補(bǔ)償功能：

2 單獨(dú)補(bǔ)償負(fù)載無功

2 單獨(dú)補(bǔ)償負(fù)載諧波

2 單獨(dú)補(bǔ)償負(fù)載不平衡

2 同時補(bǔ)償負(fù)載無功、諧波和不平衡

所以，SVG具有強(qiáng)大的補(bǔ)償功能。

5）有源濾波功能

SVG采用了PWM技術(shù)，不僅自身產(chǎn)生的諧波含量較低，還能夠?qū)ω?fù)載的諧波和無功進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)有源濾波的功能，真正做到多功能化。

6）占地面積較小

由于*大容量的電容器和電抗器做儲能元件，SVG的占地面積通常只有相同容量其他類型動補(bǔ)的50%，甚至較小。所以，在一些廠礦改造中SVG具有很大的優(yōu)勢。

3.3 控制及保護(hù)系統(tǒng)功能

3.3.1控制方式

由于調(diào)制過程具有非線性，加上存在運(yùn)算參數(shù)的誤差、以及在整個系統(tǒng)中存在偏移及漂移等因素，因此要得到所要求的控制精度，必須進(jìn)行閉環(huán)控制。

圖3.4 閉環(huán)控制原理圖

圖3.4所示為一相控制原理圖，其他兩相控制相同。其中，電流反饋控制，有利于提高對無功電流的控制精度和響應(yīng)速度。

3.3.2控制柜的結(jié)構(gòu)及組成

控制柜采用柜式結(jié)構(gòu)，柜體選用優(yōu)質(zhì) “三防”產(chǎn)品，抗強(qiáng)電磁干擾能力強(qiáng)。信號傳輸通道中用的光纖及附件采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。其它控制系統(tǒng)中的附件，如各類集成電路等都采用國外的**公司產(chǎn)品。

控制柜由主控機(jī)箱、PLC（可編程邏輯控制器）和觸摸屏等幾個主要部分組成。各部分應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：

觸摸屏：實(shí)時顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，查詢與設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)以及整機(jī)邏輯控制等功能；操作簡單方便，界面友好，是一個人機(jī)交互的窗口（下文有詳細(xì)說明）；

PLC：高可靠性的工業(yè)級PLC，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的邏輯控制，實(shí)時與主控部分、觸摸屏通訊，把裝置的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時的傳給觸摸屏顯示，并且完成觸摸屏、柜門按鈕對裝置的控制，使整機(jī)邏輯與數(shù)據(jù)通訊的傳輸**。

主控機(jī)箱：具有自主知識產(chǎn)權(quán)及**的全數(shù)字化控制器，由各功能板卡組成，用DSP+FPGA組成的控制**，充分發(fā)揮DSP**強(qiáng)的計算能力和FPGA出色的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)時計算電網(wǎng)所需的無功功率，動態(tài)跟蹤與補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確計算，高速響應(yīng)，精確補(bǔ)償?shù)男Ч?/span>

3.3.3主控制系統(tǒng)的基本功能

控制柜內(nèi)控制系統(tǒng)可根據(jù)系統(tǒng)電壓/無功的變化情況，實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)生和分配功能，自動調(diào)節(jié)裝置無功輸出。

裝置具有供值班員使用的參數(shù)設(shè)置功能，所有設(shè)置的內(nèi)容不受停電和干擾信號的影響。

控制系統(tǒng)具有和上位機(jī)通訊的標(biāo)準(zhǔn)化接口。通訊采用RS485等通訊接口，采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus_RTU或用戶自定義等多種通訊協(xié)議。高壓開關(guān)柜的合閘、分閘等操作及狀態(tài)監(jiān)控可以在現(xiàn)場后臺上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

3.3.4裝置具有的保護(hù)功能

1）裝置過電流保護(hù)

2）電網(wǎng)過電壓保護(hù)

3）電網(wǎng)欠電壓保護(hù)

4）單元過壓保護(hù)

5）單元過溫保護(hù)

6）單元短路保護(hù)

7）單元通訊異常保護(hù)

8）光纖傳輸異常保護(hù)

裝置內(nèi)部出現(xiàn)任何電路故障均有告警、停機(jī)等相應(yīng)對策，及時上傳，不會對上級系統(tǒng)造成影響。成套裝置實(shí)現(xiàn)自動檢測、遠(yuǎn)程手動投切和近程手動投切，各種方式之間有可靠的閉鎖，防止發(fā)生事故。檢測、控制均實(shí)現(xiàn)完全自動**。