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新風(fēng)光高壓SVG在肯尼亞鐵路某鐵路變電所的應(yīng)用

發(fā)布時間:2020-04-19 作者:新風(fēng)光

1 用戶現(xiàn)場工況情況

1.1變、配電所現(xiàn)場電源情況

(1)無功補償原則

肯尼亞鐵路某鐵路66/33kV變電所采用高壓集中無功補償裝置,箱式變電站采用低壓集中無功補償裝置,個別大負荷、低功率因數(shù)的用電設(shè)備設(shè)就地補償裝置。全線各變、配電所電源引入均由肯方負責。

(2)平面布置情況

66kV采用支持絕緣子調(diào)整導(dǎo)線高度。主變壓器采用室外低式布置。66kV配電裝置采用戶外組合式 GIS電氣設(shè)備,中型布置。33kV饋線采用電纜出線。所內(nèi)設(shè)置運輸?shù)缆?,便于大型設(shè)備的運輸。室外電氣設(shè)備區(qū)鋪設(shè)礫石,變電所對角線處設(shè)置避雷針,用于室外設(shè)備的直接雷保護。所區(qū)圍墻為實體圍墻,圍墻高度為2.5m,圍墻頂部安裝防盜刺絲滾籠設(shè)施。

(3)保護配置

66kV側(cè)采用集中組屏保護,33kV側(cè)采用分散組屏保護。主變壓器采用變壓器微機保護裝置,由差動保護、后備保護及測控組成,設(shè)有差動,非電量、復(fù)合電壓閉鎖66kV過電流高壓側(cè)后備保護,復(fù)合電壓閉鎖33kV過電流低壓側(cè)后備保護,并作用于事故信號和預(yù)告信號的保護功能。變電所33kV側(cè)饋線采用饋線微機綜合保護裝置,每個饋線單元設(shè)有電流速斷、過流、失壓保護功能和一次自動重合閘功能。

(4)變、配電高低壓設(shè)備選型

66kV部分采用室外型、組合電器方式,主變采用油浸式20MVA變壓器。33kV 高壓開關(guān)柜采用中置式金屬封閉空氣絕緣開關(guān)柜。直流電源裝置采用智能型高頻開關(guān)、閥控式鉛酸免維護蓄電池裝置。33/0.4kV變壓器選用低損耗油式變壓器。低壓柜采用抽出式模數(shù)化開關(guān)柜。

1.2一、二次回路圖

該變電所靠近肯尼亞馬賽馬拉國家保護區(qū)內(nèi),屬于熱帶草原氣候,高溫,明顯旱雨季,旱季炎熱干燥,塵土飛揚,雨季經(jīng)常暴雨傾盆,遍地成河。對設(shè)備正常運行提出更高的要求。變電所主回路如圖1所示。

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圖1 變電所主回路圖

變電所二次回路如圖2所示。

 1587261543.jpg

圖2 變電所二次回路

2新風(fēng)光FGSVG-3.0/35T-O高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)

該變電所選用了新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的FGSVG-3.0/35T-O(3.0 Mvar /35 kV)型高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng),用于變電所無功補償和治理閃變,設(shè)備一次成功投運,達到了預(yù)期目的。

2.1高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢

高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)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),采用先進的瞬時無功功率理論和基于同步坐標變換的功率解耦算法,以設(shè)定的無功性質(zhì)及大小、功率因數(shù)、電網(wǎng)電壓為控制目標運行,動態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化調(diào)節(jié)無功輸出,并能實現(xiàn)曲線設(shè)定運行,提升電網(wǎng)質(zhì)量。是目前國內(nèi)外較為先進的無功補償裝置,這種基于電壓型PWM變流器的補償裝置實現(xiàn)了無功補償方式質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件,而是通過電力電子器件的高頻開關(guān)實現(xiàn)無功能量的變換。

高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)易操作、高性能、高可靠性,為滿足用戶對提高輸配電電網(wǎng)的功率因數(shù)、治理諧波、補償負序電流的迫切需求做出相應(yīng)設(shè)計,具有以下特點:

●   模塊化設(shè)計,安裝、調(diào)試、設(shè)定簡便。

●   動態(tài)響應(yīng)速度快,響應(yīng)時間≤5ms。

●   在補償容量足夠的前提下,輸出電流諧波(THD)≤3%。

●   多種運行模式極大的滿足用戶需求,運行模式有:恒裝置無功功率模式、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數(shù)模式、恒考核點電壓模式、負載補償模式,目標值可實時更改。

●   實時跟蹤負荷變化,動態(tài)連續(xù)平滑補償無功功率,提高系統(tǒng)功率因數(shù),實時治理諧波,補償負序電流,提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。

●   抑制電壓閃變,改善電壓質(zhì)量,穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。

●   電路參數(shù)精心設(shè)計,發(fā)熱量小,效率高,運行成本低。

●   設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小。

●   主電路采用IGBT組成的H橋功率單元鏈式串聯(lián)結(jié)構(gòu),每相由多個相同功率單元組成,整機輸出由PWM波形疊加而成的階梯波,逼近正弦,經(jīng)輸出電抗濾波后正弦度良好。

●   自動調(diào)整載波頻率,自適應(yīng)環(huán)境和功率變化。

●  小于0.2A的補償精度。

●   采用冗余性設(shè)計和模塊化設(shè)計,滿足系統(tǒng)高可靠性的需求。

●   功率電路模塊化設(shè)計,維護簡單,互換性好。

●   保護功能齊全,具有過壓、欠壓、過流、單元過熱、不均壓等保護,并能實現(xiàn)故障瞬間的波形錄制,便于確定故障點,易維護,運行可靠性高。

●   人機界面設(shè)計采用windows系統(tǒng)的操作模式,功能菜單以及各種功能按鍵均按照電腦的操作習(xí)慣設(shè)計。界面友好顯示,對外通訊提供了RS485等接口,采用標準Modbus通訊協(xié)議。除具有實時數(shù)字量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢、單元狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)信息查詢、歷史故障查詢等功能外,還具有送電后系統(tǒng)自檢、一鍵開停機、分時控制、示波器(AD通道強制錄波)、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。

●   設(shè)計包含與FC配合使用的接口,實現(xiàn)定補和動補的有效結(jié)合,為用戶提供更經(jīng)濟,更靈活的補償方案。具有4組FC接口控制功能,在控制上可以根據(jù)實際情況設(shè)置4組FC支路的投切順序,并實時監(jiān)測FC的故障狀態(tài),實現(xiàn)了SVG+FC系統(tǒng)的智能控制。

●   投切時無暫態(tài)沖擊,無合閘涌流,無電弧重燃,無需放電即可再投。

●   采用美國TI和ALTERA公司的優(yōu)質(zhì)DSP芯片和FPGA芯片,實現(xiàn)了3核控制技術(shù),其中3片DSP芯片分別處理對外通訊,主控計算,功率單元控制,三片F(xiàn)PGA配合DSP實現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)交換,基于這種構(gòu)架的產(chǎn)品,整機響應(yīng)速度達到了容性功率到感性功率突變時間只需要3.7ms。

●   與系統(tǒng)連接時,不需要考慮交流系統(tǒng)相序,連接方便。

●   可并聯(lián)安裝,極易擴展容量。并機運行使用光纖通訊,通訊速度快,能夠完好的滿足實時補償?shù)囊?。整機擴容簡單易行,特別是改造現(xiàn)場和未生產(chǎn)現(xiàn)場,若SVG投運后發(fā)現(xiàn)功率不能滿足生產(chǎn)要求,可以隨意擴容,不需要將設(shè)備完全拆除,只需要更換功率單元即可實現(xiàn)增容,另外在一個現(xiàn)場若有多臺設(shè)備,可以十分方便的實現(xiàn)以太網(wǎng)組網(wǎng),或通過高速光纖實現(xiàn)主從控制。

2.2 高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)技術(shù)指標

新風(fēng)光FGSVG-3.0/35T-O高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)技術(shù)指標如表1所示。

表1  高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

序號

項目

技術(shù)指標

1

額定工作電壓

35kV

2

額定容量

-3.0~+3.0Mvar

3

輸出無功范圍

感性到容性額定無功范圍內(nèi)連續(xù)變化

4

響應(yīng)時間

≤5ms

5

過載能力

1.2倍過載1min

6

輸出電壓總諧波畸變率(并網(wǎng)前)

≤5%

7

輸出電流總諧波畸變率THD

≤3%

8

系統(tǒng)電壓不平衡保護,整定范圍

4%~10%

9

效率

額定運行工況≥99.2%

10

運行溫度

-20℃~+40℃

11

貯存溫度

-40℃~+65℃

12

人機界面

采用中文彩色觸摸屏顯示

13

相對濕度

月平均值不大于90﹪(25℃),無凝露

14

海拔高度

﹤1000m(高于1000m需定制)

15

地震烈度

≤8度

2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)產(chǎn)品的主電路采用鏈式拓撲結(jié)構(gòu),模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計,采用星型連接,星型接法的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

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圖3 FGSVG電氣結(jié)構(gòu)示意圖

控制柜與功率柜信號通過光纖進行隔離控制,實現(xiàn)了高低壓的可靠隔離。產(chǎn)品系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)上做出了極大的改進處理,使維護更方便??刂乒襁M行了嚴格的抗干擾處理,保障控制系統(tǒng)不受高壓主回路的影響。功率單元的改善使得功率柜占地面積更小,極大節(jié)省了用戶設(shè)備空間,減少了投資。

產(chǎn)品主要分為三部分:控制柜、功率柜、電抗器柜。其中功率柜實現(xiàn)了統(tǒng)一設(shè)計,方便產(chǎn)品的擴展及穩(wěn)定性。各電壓等級的裝置由控制柜、功率柜及電抗器柜(或空心電抗)組成。各柜體中主要器件及作用如表2所示。

表2 主要器件及作用

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

主要器件分類

作用

控制柜

開關(guān)器件

主回路的投切與斷開

緩沖器件

模塊充電時的母線緩沖

數(shù)據(jù)采集器件

開關(guān)量、模擬量采集

控制箱

數(shù)據(jù)處理

邏輯控制器

邏輯控制

人機界面

對參數(shù)進行設(shè)置與顯示以及波形記錄

二次電源系統(tǒng)

對電源進行處理,實現(xiàn)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定

功率柜

功率單元

根據(jù)信號級聯(lián)成特定幅值及相位的電壓

強制風(fēng)冷系統(tǒng)

對模塊單元強制冷卻

電抗器柜

電抗器

實現(xiàn)無功電壓源的并網(wǎng)并對電流濾波

2.4 工作原理

高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)能夠準確測量電力系統(tǒng)的電壓、電流等參數(shù),迅速計算出電力系統(tǒng)的無功,進而計算出逆變輸出電壓移相角,并在特定時刻向SVG觸發(fā)裝置發(fā)控制信息。SVG同步裝置采集系統(tǒng)母線電壓信號,然后對此信號進行多階濾波處理,濾除電壓中的高次諧波和直流分量成分,然后對所?;ㄟM行方波變換,從而得到與母線電壓基波相位一致的方波信號(同步信號)。監(jiān)控裝置負責監(jiān)視SVG各功率單元的工作狀態(tài),例如直流電容電壓、功率單元內(nèi)空氣溫度等。觸發(fā)裝置負責接收調(diào)節(jié)裝置傳來的SVG工作移相角并將觸發(fā)信號編碼后下發(fā)給各功率單元。站控將SVG所有運行信息進行打包封裝和存儲,為操作人員提供一個直觀的界面。

產(chǎn)品采用了先進的數(shù)字化標準載波移相技術(shù),總輸出波形正弦度好,dv/dt小,諧波成分含量小,可減少對電纜的絕緣損壞,在輸出側(cè)無需再增加輸出濾波器。

產(chǎn)品采用星型連接的單相波形如圖4所示。

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圖4 單元輸出疊加后的波形圖

3綜合測試評價

3.1節(jié)能效益明顯

2017年12月初,高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)(3.0 Mvar /35 kV)一次性成功投運,至今運行正常。改造達到了預(yù)期目的。

對比SVG投運前后(SVG投運一個月和停運一個月效果對比)的繳費情況

(1)SVG投運前和退出后,每月基本上被肯尼亞電網(wǎng)功率因數(shù)考核大約17.5萬肯尼亞先令,折合人民幣大約1.2萬元。

(2)SVG投運后,無功率因數(shù)考核罰款。

通過對比,計算得知,SVG投運后產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益,每年大約節(jié)約功率因數(shù)考核罰款13萬左右。圖5為SVG退出運行時,月度功率因數(shù)(低于0.9)罰款,已用紅線標出。

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圖5 SVG退出運行時,月度功率因數(shù)(低于0.9)罰款

圖6為SVG投運月度,電費單,無功率因數(shù)罰款。

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圖6 SVG投運月度,電費單,無功率因數(shù)罰款

3.2 治理閃變情況

當機車快速通過時會由于負荷波動引起電壓波動,加之雨季時架空線路存在瞬時放電現(xiàn)象從而使電壓跌落現(xiàn)象更頻繁,幅度也更大?,F(xiàn)場電壓高于額定90%即為正常值,當?shù)渲?0%以下時,即影響變電所設(shè)備安全運行,此時現(xiàn)場故障錄波記錄下電壓跌落數(shù)據(jù)信息。

現(xiàn)場記錄的一次電壓跌落至80%,時長大約為100ms時,電壓電流的波形如圖7所示。

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圖7 SVG未投運時,電壓閃變波形

SVG投入運行時,實時檢測網(wǎng)電電壓,當SVG檢測到電壓跌落時,會實際根據(jù)需要,在5ms內(nèi)自動跟蹤投入適量容量容性無功,用于支撐電網(wǎng)電壓。同理當SVG檢測到電壓升高時,會實際根據(jù)需要,在5ms內(nèi)自動跟蹤投入適量容量感性無功,用來穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。SVG支撐電壓時,無功階躍曲線圖如圖8所示。

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圖8  SVG支撐電壓時,無功階躍曲線圖

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圖9  SVG投運后,電壓閃變時,穩(wěn)定電壓的效果圖

應(yīng)用證明,SVG投運后,以其快速響應(yīng)的投入方式補償電壓,電壓跌落情況大大減少,治理電壓閃變效果非常明顯。SVG的運行,有利于整個變電所設(shè)備的穩(wěn)定運行,對提高變電所整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提供了關(guān)鍵的支撐作用。

4結(jié)束語

隨著“一帶一路”的推進,沿線很多現(xiàn)場都采用弱電網(wǎng)供電,用電成本特別高,所在國家電網(wǎng)考核嚴格,采用SVG補償方式成為提高電能質(zhì)量的首選,新風(fēng)光高壓SVG其質(zhì)量、性能、可靠性均能很好的滿足要求。對礦山高能耗用電設(shè)備、變電所等采用SVG補償,不僅能降低供電成本,而且提高了設(shè)備以及弱電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。新風(fēng)光FGSVG高壓動態(tài)無功補償及諧波治理系統(tǒng)在野外礦山弱電網(wǎng)中有著廣闊的推廣潛力。

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