本次工程設(shè)計(jì)在35kV母線上通過降壓變壓器裝一套額定補(bǔ)償容量為
±8Mvar的ZRSVG型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，成套裝置可以實(shí)現(xiàn)-8Mvar（容性）—+8Mvar（感性）平滑連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)范圍。
根據(jù)要求，選用能容電力ZRSVG系列產(chǎn)品中的ZRSVG-C8.0/35規(guī)格，能滿足工況要求
2 設(shè)計(jì)目標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)
2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)
1）功率因數(shù)維持在 0.95及以上（可設(shè)定）；
2）穩(wěn)定系統(tǒng)電壓（可設(shè)定）；
3）根據(jù)設(shè)定時(shí)間段自動(dòng)切換補(bǔ)償目標(biāo)；
4）動(dòng)態(tài)補(bǔ)償額定輸出電流THD≤3%；
5）補(bǔ)償無功容量自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)變化；
6）動(dòng)態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間≤5ms；
7）允許短時(shí)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）冷卻方式采用強(qiáng)迫風(fēng)冷；
2.2設(shè)計(jì)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(guó)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(tái)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(jì)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(jì)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(tái)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(jí)》
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 第一部分 總則》
GB 1094.2-1996 《電力變壓器 第二部分 溫升》
GB 1094.3-1996 《電力變壓器 第三部分 絕緣水平和絕緣試驗(yàn)》
GB 1094.5-1996 《電力變壓器 第五部分 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(jí)變壓器聲級(jí)》
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(dòng)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(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》
GB50217-94 《電力工程電纜設(shè)計(jì)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(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》 國(guó)家電網(wǎng)公司
國(guó)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、螺栓夾及螺母遵守國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和國(guó)際單位制（SI）的標(biāo)準(zhǔn)。
3設(shè)計(jì)方案及選型
3.1 補(bǔ)償方案的確定
依據(jù)技術(shù)要求，為本工程設(shè)計(jì)的8MVar ZRSVG產(chǎn)品通過35KV/10kV變壓器連接到35KV母線。裝置跟蹤35KV母線電能質(zhì)量變化，并根據(jù)變化情況調(diào)節(jié)無功輸出，可實(shí)現(xiàn)無功從容性8Mvar～感性8Mvar范圍內(nèi)連續(xù)快速調(diào)節(jié)，滿足功率因數(shù)穩(wěn)定在0.95以上（可設(shè)定）。
動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVG采用戶內(nèi)柜式安裝，35KV/10kV變壓器采用戶外安裝。
3.2 SVG技術(shù)參數(shù)
3.2.1 SVG裝置的組成
本方案提出的ZRSVG系列無功補(bǔ)償裝置，采用現(xiàn)代電力電子、自動(dòng)化、微電子及網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，采用先進(jìn)的瞬時(shí)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(shí)間段作為控制目標(biāo)，動(dòng)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。
系統(tǒng)主電路采用鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu),每相由12個(gè)功率單元組成如圖3.1所示，并采用冗余設(shè)計(jì)；功率單元利用可關(guān)斷大功率電力電子器件（如IGBT）組成橋式電路。它的輸出電壓是由多個(gè)電平臺(tái)階合成的階梯波，開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力較小，避免大的dv/dt所導(dǎo)致的問題。
圖3.1 主電路鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu)
每個(gè)功率單元簡(jiǎn)化電路如圖3.2所示。每個(gè)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(hào)連接均采用光纖通訊。從圖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(jiǎn)化電路
進(jìn)線柜為變壓器副邊10kV電纜接入點(diǎn)，主要包括輸出電抗器，開關(guān)器件，電壓互感器等。
整機(jī)外形尺寸：7600（長(zhǎng)）*1400（深）*2750（高含風(fēng)機(jī)），整機(jī)外形圖和地基圖見圖3.3和圖3.4。
圖3.3整機(jī)外形示意圖
圖3.4整機(jī)地基示意圖
3.2.2 控制及保護(hù)系統(tǒng)功能
3.2.2.1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(gè)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3.5 閉環(huán)控制原理圖
圖3.5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(duì)無功電流的控制精度和響應(yīng)速度。
3.2.2.2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(hào)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(guó)外的知名公司產(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(gè)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(shí)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(jiǎn)單方便，界面友好，是一個(gè)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(jí)PLC，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的邏輯控制，實(shí)時(shí)與主控部分、觸摸屏通訊，把裝置的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)的傳給觸摸屏顯示，并且完成觸摸屏、柜門按鈕對(duì)裝置的控制，使整機(jī)邏輯與數(shù)據(jù)通訊的傳輸中樞。
主控機(jī)箱：具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)及專利的全數(shù)字化控制器，由各功能板卡組成，用DSP+FPGA組成的控制核心，充分發(fā)揮DSP超強(qiáng)的計(jì)算能力和FPGA出色的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)所需的無功功率，動(dòng)態(tài)跟蹤與補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確計(jì)算，高速響應(yīng)，精確補(bǔ)償?shù)男Ч?
3.2.2.3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(dòng)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(hào)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(chǎng)后臺(tái)上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)。
3.2.2.4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(duì)策，及時(shí)上傳，不會(huì)對(duì)上級(jí)系統(tǒng)造成影響。成套裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、遠(yuǎn)程手動(dòng)投切和近程手動(dòng)投切，各種方式之間有可靠的閉鎖，防止發(fā)生事故。檢測(cè)、控制均實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)無人值守。
3.2.3 基本技術(shù)參數(shù)
本裝置滿足調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓、改善功率因數(shù)及治理諧波等技術(shù)要求，并達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：
1）額定電壓等級(jí)和額定電流
本裝置的變壓器副邊額定電壓等級(jí)為10kV，額定電流為288A。原邊額定電壓為35KV，額定電流為83A。
2) 功率因數(shù)補(bǔ)償
在補(bǔ)償容量足夠前提下，35KV母線側(cè)的功率因數(shù)值高于0.95（無過補(bǔ)可設(shè)定）。
3) 輸出電流諧波
在補(bǔ)償容量足夠前提下，注入系統(tǒng)的諧波電流（THD）≤3%，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93中的諧波電流允許值，如表3.2所示：
表3.2 注入系統(tǒng)的諧波電流允許值
|
標(biāo)準(zhǔn)電壓kV |
基準(zhǔn)短路容量MVA |
諧波次數(shù)及諧波電流允許值，A |
||||||||||||||||||
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
||
|
6 |
100 |
43 |
34 |
21 |
34 |
14 |
24 |
11 |
11 |
8.5 |
16 |
7.1 |
13 |
6.1 |
6.8 |
5.3 |
10 |
4.7 |
9.0 |
4.3 |
|
10 |
100 |
26 |
20 |
13 |
20 |
8.5 |
15 |
6.4 |
6.8 |
5.1 |
9.3 |
4.3 |
7.9 |
3.7 |
4.1 |
3.2 |
6.0 |
2.8 |
5.4 |
2.6 |
|
35 |
250 |
15 |
12 |
7.7 |
12 |
5.1 |
8.8 |
3.8 |
4.1 |
3.1 |
5.6 |
2.6 |
4.7 |
2.2 |
2.5 |
1.9 |
3.6 |
1.7 |
3.2 |
1.5 |
|
66 |
500 |
16 |
13 |
8.1 |
13 |
5.4 |
9.3 |
4.1 |
4.3 |
3.3 |
5.9 |
2.7 |
5.0 |
2.3 |
2.6 |
2.0 |
3.8 |
1.8 |
3.4 |
1.6 |
|
110 |
750 |
12 |
9.6 |
6.0 |
9.6 |
4.0 |
6.8 |
3.0 |
3.2 |
2.4 |
4.3 |
2.0 |
3.7 |
1.7 |
1.9 |
1.5 |
2.8 |
1.3 |
2.5 |
1.2 |
注：a.標(biāo)稱電壓為220KV的公用電網(wǎng)可參照110KV執(zhí)行；
b.220KV基準(zhǔn)短路容量取2000MVA。
4)輸出容量
本裝置以35kV側(cè)母線無功功率作為控制目標(biāo)，能實(shí)現(xiàn)輸出容量從容性8Mvar至感性8Mvar連續(xù)、平滑、動(dòng)態(tài)、快速調(diào)節(jié)的功能。
5)響應(yīng)時(shí)間
本裝置的響應(yīng)時(shí)間能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化，并根據(jù)變化情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功輸出，實(shí)現(xiàn)任意負(fù)荷段的高功率因數(shù)運(yùn)行。動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間≤5ms。
6) 諧波特性
動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置輸出電流諧波含量能滿足國(guó)標(biāo)要求，并實(shí)現(xiàn)有源濾波功能。
7)運(yùn)行效率
裝置運(yùn)行過程中，*大有功損耗不大于成套裝置總輸出容量的0.8%。
8) 過載能力
成套裝置應(yīng)具有短時(shí)過載能力，過載無功補(bǔ)償容量為成套裝置總?cè)萘康?0%、時(shí)間持續(xù)3分鐘開始報(bào)警停機(jī)。過載無功補(bǔ)償容量為成套裝置總?cè)萘康?0%、時(shí)間持續(xù)1分鐘保護(hù)停機(jī)。
電網(wǎng)公共連接點(diǎn)35kV母線的電壓不平衡度≤1.3%，滿足中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 15543 2008 電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》的要求。
去除背景電壓波動(dòng)后，在電網(wǎng)公共連接點(diǎn)35kV母線的電壓波動(dòng)d％≤2%，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB 12326-2008 電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變》的要求。
11)冷卻方式
動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置采用強(qiáng)迫風(fēng)冷方式，能較好的適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，噪音小。
3.2.4 逆變器運(yùn)行環(huán)境條件要求
額定電壓: 10kV
*高電壓： 12kV
額定頻率: 50HZ
貯存溫度：－40～+65℃
運(yùn)行溫度：-20℃---+40℃
相對(duì)濕度: 月平均值不大于90﹪(25℃)，無凝露
海拔高度: ﹤1500m
防護(hù)等級(jí)： IP43或根據(jù)用戶需求定制
地震烈度: 8度
控制電源: 220VAC、380VAC
污穢等級(jí)： Ⅳ級(jí)
3.2.5輸出電抗器
本方案選用3個(gè)單相電抗器將裝置和并網(wǎng)變壓器連接起來，電抗器經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，噪音小，體積小，重量輕，無需專門的散熱裝置，可滿足額定功率長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。
3.2.6人機(jī)界面
本系統(tǒng)采用液晶顯示器，具有友好的人機(jī)簡(jiǎn)體中文操作界面，數(shù)據(jù)保存至少6個(gè)月。能提供以下功能：
1）主接線圖；
