MSVC(MCR)型動態(tài)無功補償濾波裝置

1.1 優(yōu)勢特點

1)  無級動態(tài)自動無功補償，調節(jié)速度快，無功補償速度小于100ms；

2)  利用二次附加直流電流勵磁磁化電抗器鐵心，調節(jié)鐵心磁飽和程度以調節(jié)電抗器感性電流，動態(tài)跟隨調節(jié)無功輸出，對系統(tǒng)無諧波污染，諧波濾波效果好；

3)  MCR技術是綜合應用變壓器工藝技術，技術成熟可靠性高，免維護。

          現(xiàn)場運行10KV油浸式MSVC型動態(tài)無功補償濾波裝置

1.2 概述

MSVC型動態(tài)無功補償及諧波治理成套裝置，并聯(lián)連接于額定電壓為6kV、10kV、35kV等交流電力系統(tǒng)中，用于改善系統(tǒng)的功率因數(shù)、調整電網(wǎng)電壓、降低線路損耗、濾除諧波，提高電網(wǎng)的利用率。該裝置是靜止式動態(tài)無功補償（SVC）的一種，可以提供正負連續(xù)可調的無功功率，采用二次勵磁磁控方式無級調節(jié)電抗器的無功輸出，可以更精密地控制系統(tǒng)電壓和無功，是現(xiàn)有無功補償裝置升級換代產(chǎn)品。由于沒有或者極少有電容投切帶來的沖擊和涌流，可以大大提高裝置的可靠性和壽命?？梢詫θ喾謩e補償，亦適應于三相功率不平衡的情況。

1.3 主要技術參數(shù)

1) 環(huán)境溫度：-15℃～+45℃（戶內）；-25℃～+55℃（戶外）

2) 大氣壓力：80～110kPa

3) 環(huán)境濕度：90%（25℃），50%（40℃）

4) 工作電壓（控制電源）：AC, DC：220V±10% ，其余電源時訂貨說明

5) 額定電壓：6kV，10kV，35kV

6) 補償容量：6kV，10kV：200~15000kvar；35kV：1000~25000kvar

7) 濾波次數(shù)（FC回路）：3、5、7、11次， 11次或以上可用 二階高通濾波

8) 磁控電抗器結構：干式或油浸式

9) 投切方式：自動、手動可選

10) 安裝方式：戶內（FC回路，控制柜），磁控電抗器戶外式為油浸式

1.4 MSVC功能特點

1) 輸出諧波小、功耗低、免維護、結構簡單、可靠性高、占地面積??；

2) 內部為全靜態(tài)結構，無運動部件，工作可靠性高，是理想的動態(tài)無功補償、濾波和電壓調節(jié)設備；

3) 可以提供1-100%連續(xù)可調的無功功率，與電容器組合，就可以提供正負連續(xù)可調的無功功率，從而可以更精密、更快速地控制系統(tǒng)電壓和無功；

4) 沒有或極少有電容器投切帶來的沖擊和涌流，大大提高了可靠性與壽命；

5) 可將功率因數(shù)恒定在一個點上，控制精度極高，同開關投切電容器相比，可多降低網(wǎng)損15%~30%；

6) 可以將電壓和功率因數(shù)聯(lián)合控制，在電壓超過設定值時，不再控制功率因數(shù)，而是利用電抗器可以產(chǎn)生感性無功的特點，來吸收系統(tǒng)多余的容性無功，從而可以避免系統(tǒng)低峰期電壓偏高的現(xiàn)象出現(xiàn)，為實現(xiàn)電壓自動控制提供了一個很好的手段。

1.5 MSVC原理

MCR型SVC成套裝置（MSVC），通過調節(jié)磁控電抗器支路輸出的感性無功功率，以此感性無功功率來中和電容器補償（濾波）支路的容性無功功率，從而可以實現(xiàn)該成套裝置呈感性（正）無功功率或容性（負）無功功率的柔性輸出。將該裝置并聯(lián)連接于額定電壓為6~110KV的交流電網(wǎng)中，提供正、負連續(xù)可調的無功功率，可以提高和穩(wěn)定電網(wǎng)的功率因數(shù)、減少電壓波動、提高電網(wǎng)的利用率、降低電網(wǎng)損耗。電容器補償支路同時可以設計成濾波器，在起到補償無功功率的同時實現(xiàn)對不同頻次諧波的濾除。

1.6 MCR（磁控電抗器）

干式磁控電抗器

油浸式磁控電抗器

1.6.1 MCR原理

MCR是利用附加直流電流勵磁磁化電抗器鐵心，通過調節(jié)鐵心的磁飽和程度，改變鐵心的磁導率，實現(xiàn)電抗值連續(xù)可調。在磁路結構即電抗器鐵芯芯柱上（結構見圖1），設置了由不飽和區(qū)域鐵芯1和飽和區(qū)域鐵芯2交錯排列組成并聯(lián)磁路；不飽和區(qū)域鐵芯1吸收主磁通方向前后相鄰或左右相鄰的飽和區(qū)域鐵芯2的漏磁通而形成漏磁自屏蔽；調節(jié)繞組3回路中可控硅4的觸發(fā)導通角，控制附加直流勵磁電流而勵磁磁化鐵芯；通過調整不飽和區(qū)域鐵芯和飽和區(qū)域鐵芯的面積或磁阻，改變并聯(lián)磁路中不飽和區(qū)域鐵芯的磁化程度和飽和區(qū)域鐵芯的飽和程度，實現(xiàn)電抗值的連續(xù)、快速可調。

1.6.2 MCR特點

MCR在產(chǎn)品結構設計和制造工藝技術等方面，在采用磁路并聯(lián)漏磁自屏蔽專利技術的同時，綜合應用了大型變壓器、超 /特高壓互感器、高壓電容器、電力電子控制等先進制造技術。例如：鐵芯采用磁密不飽和、對稱分裂、交  /值流磁路獨立等設計方法；繞組采用自耦式、串并聯(lián)連接、結構對稱等設計方法；在整體結構方面采用全密封、免維護等設計和制造工藝技術。通過這些技術措施，有效地減少了MCR自身的損耗、噪聲和諧波含量，使MCR實現(xiàn)了結構合理、質量可靠、成本低、性能先進、制造工藝成熟、運行穩(wěn)定、免維護。MCR各項技術指標、技術特點和實現(xiàn)措施，見下表1 。

MCR技術特點一覽表

TBB型分組投切高壓無功補償裝置

2.1 優(yōu)勢特點

1) 分組自動無功補償；

2) 結構簡單、可靠性高；

3) 經(jīng)濟實用。

2.2 概述

TBB高壓自動補償成套裝置主要有高壓并聯(lián)電容器、熔斷器、電抗器、柜體或圍欄、構件等組成。一般分為戶外圍欄式或戶內柜式、戶外箱變式等不同組合。主要適用于6KV、10KV、20KV、35KV等工頻輸配電系統(tǒng)中用戶感性負荷較穩(wěn)定或已在上段或下段母線分級補償?shù)膱鏊糜谔岣吖β室驍?shù)，調整電網(wǎng)電壓，降低線路損耗，充分發(fā)揮設備效率、改善供電質量。

戶內柜式一般用干式鐵芯電抗器+電容器的組合方式。接線方式一般有雙星型及單星型的組合。根據(jù)電力系統(tǒng)情況、電容器室的面積，選擇合適的電容器、所匹配的串聯(lián)電抗器等。

電容器選擇：單只電容器容量選擇為100Kvar或150Kvar時，可選用雙層排列

單只電容器容量大于200Kvar時，可選用單層排列。

電抗器的選擇：串聯(lián)電抗器在電容器組合回路中，用于抑制高次諧波，限制合閘涌流。

用于抑制5次及以上諧波時，電抗器可按XL/XC=4.5%~6%，一般選6%

用于抑制3次及以上諧波時，電抗器可按XL/XC=12%~13%，一般選12%

僅用于限制涌流時，電抗器可按XL/XC=0.5%~1%配置

裝置可采用真空接觸器進行分組投切，可頻繁操作。

2.3 主要技術參數(shù)

1) 環(huán)境溫度：-15℃～+45℃

2) 大氣壓力：80～110kPa

3) 環(huán)境濕度：90%（25℃），50%（40℃）

4) 工作電壓（控制電源）：AC,  DC：220V±10% ，其余電源時訂貨說明

5) 額定電壓：6kV，10kV，35kV

6) 投切方式：自動、手動可選

7) 安裝方式：戶內

DWZB型調壓式高壓無功補償裝置

3.1 優(yōu)勢特點

1) 分檔調壓自動無功補償；

2) 通過改變電容器端電壓達到改變補償容量的目的，解決了電容器投切中過電壓、涌流大等技術問題；

3) 結構簡單，經(jīng)濟實用。

調壓式無功補償成套裝置

3.2 概述

通過有載調壓器調節(jié)電容器的端電壓，從而改變無功輸出，調節(jié)系統(tǒng)功率因數(shù)，實現(xiàn)實時自動調節(jié)。

調壓型高壓無功自動補償成套裝置適用于35KV~500KV電壓等級的變電站，裝設于6KV~35KV母線上，也可裝設于柱上，對放射性饋線線路進行分段補償?？蓮V泛用于電力、鐵路、風電場、冶金、煤炭、石油、化工等行業(yè)。

3.3 主要技術參數(shù)

1) 環(huán)境溫度：-25℃～+55℃

2) 大氣壓力：80～110kPa

3) 環(huán)境濕度：90%（25℃），50%（40℃）

4) 工作電壓（控制電源）：AC,  DC：220V±10% ，其余電源時訂貨說明

5) 額定電壓：6kV，10kV，35kV

6) 投切方式：自動、手動可選

7) 安裝方式：戶內、戶外

3.4 裝置原理

電容器無功輸出大小和電壓、頻率、容量大小的關系為

當電容器組容量固定不變，Q的容量與電容器端電壓U的平方成正比，因此通過調節(jié)電容器的端電壓，即可達到調節(jié)無功容量的目標。

利用有載調壓變壓器（自耦式）調節(jié)電容器兩端的電壓，實現(xiàn)容性無功功率的調節(jié)。

3.5 裝置特點

裝置電容器/電抗器固定接入，不采用投切電容方式調節(jié)無功，而是根據(jù)Q= U22πfC，改變電容器/電抗器端電壓來調節(jié)無功輸出，滿足系統(tǒng)無功出力要求。端電壓從100%Ue到60%Ue（可根據(jù)用戶要求調整調節(jié)范圍），電容器/電抗器的無功輸出容量就可在額定容量的100%到36%之間調節(jié)，調節(jié)調壓器檔位即可實現(xiàn)適量補償。

調壓過程中電容器始終不脫離電網(wǎng)，無充放電，因此調節(jié)不需延時，可實現(xiàn)實時調節(jié)。因沒有電容器投切，在調節(jié)過程中無過電壓、涌流存在，可以保證電容器安全，延長其使用壽命。

采用電容低電壓合閘，有效降低電容器合閘涌流對系統(tǒng)及電容器本身的沖擊。

典型一次系統(tǒng)圖

典型案例：MSVC在煤炭行業(yè)中的應用

4.1 行業(yè)工況概述

 煤炭行業(yè)的礦井的主要負載有提升、排水、綜掘、綜采、皮帶、通風等，均為感性負載，加之有整流、變頻設備，諧波較大，需對礦井進行無功補償與諧波治理。提升負荷變化快且頻繁，無功補償需快速跟隨才能有好的補償效果。

為了更好地了解其無功變化及諧波情況，我公司對安徽某礦（年產(chǎn)400萬噸）的配電系統(tǒng)進行了測量，并以此為依據(jù)，實施了MCR型SVC在煤炭行業(yè)中的典型方案。

4.2 測試數(shù)據(jù)分析

(1) 無功功率

   母線無功功率的變化沒有明顯時間規(guī)律，波動范圍很大，最大的時候達到8200kvar，而最小的時候是2000kvar，在提升機啟動的瞬間甚至更小，而且變化周期很短，母線無功變化曲線見圖1。其變化部分主要由提升機造成，當提升機啟動的時候功率因數(shù)趨于零，正常運行后也只有0.5（見圖2），而提升機的無功變化呈周期性變化（見圖3）。

圖1  母線無功變化曲線

圖2 提升機功率因數(shù)變化曲線

圖3   提升機無功功率變化曲線

(2) 諧波水平

該系統(tǒng)的主要諧波源為12脈動直流電機（提升機），主要諧波成分為11次（2.31%）、13次(2.26%)、23次(0.95%)、25次(0.98%)，使電流波形嚴重畸變（圖4）。

圖4  提升機波形圖及頻譜

母線上的諧波情況：由于變化器采用星型接法，而系統(tǒng)存在少量的單相負載，造成三相不平衡，產(chǎn)生了3次諧波（圖5）。

圖5 母線諧波及頻譜圖

   由以上可見，母線的主要諧波為3次、11次、13次。故在考慮設計濾波裝置時建議采用四個濾波支路，即3次支路、5次支路、7次支路、11次兼高通支路。

4.3 補償濾波方案

基于以上分析，該系統(tǒng)無功補償容量為5400kvar，電容器安裝容量為7200kvar，設3次、5次、7次、11次兼高通四個濾波支路，容量分別為1200kvar、2400kvar、1200kvar、2400kvar，采用固定連接，同時配容量為4000kvar的磁控電抗器，可以實現(xiàn)1400kvar—5400kvar的連續(xù)補償，保證功率因數(shù)穩(wěn)定在0.95以上，同時確保補償?shù)目焖俑S。

動態(tài)無功補償與濾波成套裝置一次系統(tǒng)圖如下

4.4 主要配置

電容器組采用柜式安裝，主要配置為電容器、電抗器、隔離開關、高壓熔斷器、放電線圈等。

磁控電抗器支路主要由磁控電抗器、自動控制器、晶閘管閥柜等。

參考配置表如下：