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無功自動補償裝置
 
 

DWZB變電站無功自動補償裝置可以穩定系統電壓,調節系統功率因數,有效降低電力系統損耗。隨著電力負荷的增長,供電矛盾的突出,提高電力系統經濟運行,大幅度降低線損已得到國家電力系統、大型廠礦企業的高度重視。長期以來一直沒有實用有效的無功補償手段,無法適時調節系統功率因數,保證無功就地減少,減少無功電流,降低發熱損耗。目前國內應用較多的是固定電容器組進行補償,其缺點是不能自動細調節,會經常出現過補和欠補現象。城網建設中許多廠家研究生產了以改變電容器量C為手段的補償裝置即VQC。由于存在著電容器不能頻繁投切及電容器投切產生的過電壓影響電容器運行安全等問題,VQC一直沒被廣泛采用,事故率高,投運率低,開關動作次數不能滿足要求,根據四川省統計VQC無功補償裝置36%以上因故障不能投入使用。另外由于電容器投切充放電問題,電容器投切時都要求有一定的延時,根本無法實現適時投切。不能實現適時調節也就無法使電網運行在較佳狀態,就無法有效降低損耗、提高經濟效益、節約能源。
      邯鄲市科維電氣有限公司生產的DWZB變電站無功自動補償裝置,采用電壓調壓器來改變電容器端部輸出電壓,從而改變無功輸出量來調節系統功率因數。該裝置在調節中無過電壓,電容器無充放電,因此可以實現適時調節,而且保證電容器運行在額定電壓以下,電容器使用安全,延長使用壽命。電容器固定接入不分組,而其輸出容量可連續調節。目前生產的DWZB變電站無功自動補償裝置可以實現容量從(100-36)%分九級輸出。
DWZB變電站電壓無功自動補償裝置有以下特點:
1.它可以根據系統電壓無功參數,按照九區圖及模糊控制原理保證母線電壓在合格的范圍內,保證功率因數較佳,線損較小。
2.裝置電容器固定接入,不采用投切電容方式調節無功,而是根據Q=2πfCU²改變電容器端電壓來調節無功輸出,滿足系統無功出力要求。目前電容器調壓容量為(100-36)%X額定容量輸出,如果用戶要求增大調節范圍,可特殊訂貨。
3.電壓調壓器在調節過程中無過電壓存在,可以保證電容器安全,延長其使用壽命。
4.可采用電容器低電壓合閘,有效降低電容器合閘涌流對系統及電容器本身的沖擊。
5.由于調壓過程電容器始終不脫離電網,無充放電現象,因此無調節延時,可適時調節。
6.裝置輔助損耗小,僅為電容器容量的2‰左右。

技術指標

設備參數指標和功能
1 電壓調節器技術參數
額定電壓:6.3kV     10.5kV               38.5kV
額定頻率:50Hz
較大輸出容量:1000kvar  1500kvar  2000kvar     3000kvar     4000kvar   6000kvar(10kv級)
7500kvar               10000kvar                 15000kvar(35kv級)
調壓方式:有載調壓,按保證電壓輸出要求,變壓器負載損耗較小原則,根據國內有載開關制造水平,選用適當有載分接開關,優先采用端部調壓方式。
阻抗:0-2.0%(折算到電磁容量)
相數:三相
組別:Ya
冷卻方式:油浸自冷
套管爬距:按IV類污染區選擇,即31.5cm/kV
溫升限值:按GB1094.2標準要求,并考慮一定諧波電流發熱(按10%額定電流)
2 微機控制器技術參數及操作說明
2.1額定數據
a、額定電源電壓:DC220V或DC110V(訂貨注明)
b、額定交流數據:相電壓         100/√3V
                 交流電源       5A或1A(訂貨注明)
                 額定頻率       50HZ
2.2裝置說明
裝置采用32位基于DSP技術的通用硬件平臺。全封閉機箱,硬件電路采用后插拔式的插件結構,CPU電路板采用6層板、元器件采用表面貼裝技術,裝置強弱電回路、開入開出回路合理布局,抗干擾能力強。
2.2.1主要插件說明
本保護裝置由以下插件構成:電源插件、交流插件、CPU插件、信號插件、開入開出插件以及人機對話插件。
a.    電源插件
由電源模塊將外部提供的直流電源轉換為保護裝置工作所需電壓。本模塊輸入直流220V/110V,輸出+5V、±15V和+24V。
b.    交流插件
交流變換部分包括電流變換器TA和電壓變換器TV,用于將系統TA、TV的二次側電流、電壓信號轉換為弱電信號,供保護插件轉換,并起強弱電隔離作用。
c.    CPU插件
CPU插件包含:微處理器CPU、RAM、ROM、Flash Memory、A/D轉換電路、開關量輸入輸出回路、485網絡通訊電路等;此外還包括啟動繼電器QDJ,用來閉鎖跳、合閘出口,防止驅動跳、合閘出口的光耦擊穿導致動作。插件采用6層印制版和表面貼裝工藝,采用了多種抗干擾措施,大大提高了抗干擾性能。高性能的微處理器CPU為32位浮點處理器,主頻達40MHZ;A/D數據輸入精度達16位。集成電路全部采用工業品或軍品,使得裝置有很高的穩定性和可靠性。
d.    信號插件
信號插件包括信號部分、跳合閘部分以及出口部分。信號部分主要包括跳閘信號繼電器、非電量信號繼電器和告警繼電器等。跳合閘部分主要完成跳合閘操作回路及其保持、防跳等功能。主要包括跳閘繼電器、遙跳繼電器、遙合繼電器、跳閘保持繼電器、合閘保持繼電器、合后繼電器。還包括反映斷路器位置的跳閘位置繼電器、合閘位置繼電器。
e.    開入開出插件
開入開出插件完成部分開關量輸入回路,此外還有備用跳閘繼電器、主變升檔繼電器、主變降檔繼電器和主變急停繼電器。
f.    人機對話插件
該插件安裝于裝置面板上,是裝置與外界進行信息交互的主要部件,采用大屏幕液晶顯示屏,全中文菜單方式顯示(操作),主要功能為:鍵盤操作、液晶顯示、信號燈指示及串行口調試。
裝置構成
電壓無功自動補償裝置功能
1 系統組成
DWZB電壓無功自動補償裝置有以下部分組成:
電壓調節器:功能為通過電壓調節器將電容器和母線連接起來,在保證母線電壓穩定的前提下,改變電容器輸出端電壓,以保證電容器輸出容量滿足系統要求。
微機控制器:根據輸入的電流電壓信號,進行分析判斷,發出命令。調節變電站主變分接頭以調整電壓,保證母線電壓合格率。調節電壓調節器的輸出電壓以改變電容器無功輸出量。并具有相應的顯示和信號功能。
電力電容器(外購或原有):容性無功源。
系統一次接線圖如圖4.1:
2 運行方式說明
本裝置適用于單母帶分段運行方式下的電容器保護和電壓無功自動調節。運行方式為:若正常運行時,每臺主變各帶一段母線,母聯開關不合,兩臺微機控制器分別自動調節各自的主變和電容器并對各自的電容器進行保護;若正常運行時,母聯開關合上,兩臺主變并列運行,這時要求兩臺主變檔位一致,兩臺微機控制器分別調節各自的電容器并對各自的電容器進行保護,主變的調節則由一臺設定“主變并聯聯調”為“1”的微機控制器裝置完成兩臺主變的調節。
3 功能配置
 
                                                   
 
補償功能
電容調節
    主變檔位調節
 
 
 
保護功能
過電流保護
過電壓保護
低電壓保護
不平衡電流保護
不平衡電壓保護
3路非電量保護
TV斷線告警
 
 
輔助功能
遙信開入采集、裝置遙信變位、事故遙信
    正常電容器的斷路器遙控分合
    故障錄波
    通訊功能
    打印功能
 
注:如屬老站改造,可用原有電容器保護功能,如為新設備,可根據用戶要求使用配置電容器保護或不配置電容器保護的微機控制器。
4 功能特點
     a、新型電壓無功補償原理。
     b、電壓無功補償與電容器保護一體化。
     c、多種補償控制方案,適用于不同接線形式。
     e、補償控制與接線和運行方式的自適應。
     f、控制器工作的穩定性及可靠性較高。
     g、采用圖形液晶,全中文顯示菜單式人機交互;可適時顯示各種運行狀態及數據,信息詳細直觀,操作、調試方便。
     h、可獨立整定八套定值,定值區切換安全方便。
     i、通訊規約采用IEC-60870-5-103規約或MODBUS規約可選,設有雙RS-485通信接口;組網經濟、方便,可直接與微機監控或保護管理機聯網通訊。
j、具有錄波功能,裝置記錄保護跳閘前4周波,跳閘后6周波(每周波24點)的采樣數據,保護跳閘后上送變電站自動化主站,也可以通過故障分析軟件進行故障分析。
k、保護方式可以按照保護配置,出口設置方便靈活。
5 控制方案
5.1 調節規則
對于雙繞組變壓器的單變量越限,可以按照表4.1種給出的方法調節,由于電壓無功調節是雙變量問題,對于雙變量越限,我們可以根據表4.1直接比較得到調節的較佳方法。同時,為了滿足某些特殊運行方式的要求,還要考慮一些特殊的控制策略。控制策略的制定原則如下:
1.為實現正確判斷,要實時取值的遙測數據為:高壓側有功、無功、電流、低壓側電壓,主變檔位;要實時取值的遙信數據為:高低壓側斷路器狀態,低壓側母聯斷路器狀態。
2.以低壓側是否并列來決定主變是否并列,即如果兩臺變壓器的低壓側母聯斷路器閉合則為兩臺變壓器并列運行,對于并列運行的變壓器,則保持二者的檔位同步調整。
3.調節方式設定為:
1)、綜合調節:是雙變量調節系統。綜合控制要求調節一個變量不應該造成另外的變量越限或情況惡化,譬如不能為了調好一個變量使原來已經越下限的另一個變量的越下限更多。對于無法保證的則不調節。
2)、無功優先調節:在綜合調節的基礎上,無功越下限(功率因數越上限),則增加電容檔位升的選擇;無功越上限(功率因數越下限),則增加電容檔位降的選擇。
3)、只調無功:在功率因數優先的基礎上,只調電容檔位。
越限情況
原因
手段
效果
V越上限
容性無功多
電容檔位降
V降、Q升、COSφ降
主變檔位低
主變檔位升
V降、Q降、COSφ升
V越下限
容性無功少
電容檔位升
V升、Q降、COSφ升
主變檔位高
主變檔位降
V升、Q升、COSφ降
COSφ越下限,Q越上限
容性無功少
電容檔位升
V降、Q升、COSφ降
主變檔位低
主變檔位升
V降、Q降、COSφ升
COSφ越上限,Q越下限
容性無功多
電容檔位降
V升、Q降、COSφ升
主變檔位高
主變檔位降
V升、Q升、COSφ降
                            表4.1  
5.2 控制策略
   根據電壓和無功/功率因數越限情況,將控制策略劃分為九個區域,每個區域依據不同的調節方式,采取相應的控制策略。第九區是目標區,下面的分析主要針對另外8個區進行。以下的調節方案以主變降檔電壓升高,主變升檔電壓降低為例;同時以功率因數為邊界,功率因數下限即無功上限,功率因數上限即無功下限。
5.3 控制原理
   電壓無功綜合控制原理按系統電壓無功構成的九區圖進行控制,電壓上、下限可按GB12325-1990標準整定,10 kV系統上限可為10.7 kV,下限為9.3 kV;無功以功率因數為判據,按要求110Kv變電站COSφ應不低于0.95,可為下限,上限為0.98,以不向系統倒無功為準。無功(COSφ)九區圖如圖4.2所示
1、2、3、4、5、6、7、8為調節區,9區為運行區。
 
 
 
                                            U(kV)
                                                            3                4                 5
 
                                           10.7
                                                           2                 9                 6
 
                                            9.3
                                                           1                  8                7
                                                                                                 
 
                                                           0.9              0.98         COSφ
 
                                                         圖4.2   電壓無功控制九區圖
   1區時:U<下限9.3Kv,COSφ<下限0.9。無功延時時間到,調節電壓調節器,增大電容器無功出力,即COSφ上升;若調節后有一項仍不滿足要求,以“調第二項T”為延時調主變分頭,升電壓。
2區時:U滿足要求,COSφ<下限0.9。升無功延時時間到,調節電壓調節器,升無功,此時主變分接頭不動作。
3區時:U>10.7Kv,COSφ<下限0.9。降無功延時時間到,調節主變分接頭,減小電壓,若調節后有一項仍不滿足要求,以“調第二項T”為延時調電壓調節器,升無功。
4區時:U>10.7Kv,COSφ滿足要求。降無功延時時間到,調節主變分接頭,減小電壓,此時電壓調節器不動作。
5區時:U>10.7Kv,COSφ>上限0.98。降無功延時時間到,調節電壓調節器,減小無功,若調節后有一項仍不滿足要求,以“調第二項T”為延時調主變分頭,降電壓。
6區時:U滿足要求,COSφ>上限0.98。降無功延時時間到,調節電壓調節器,減小無功出力,此時主變分接頭不動作。
7區時:U<下限9.3Kv,COSφ>上限0.98。降無功延時時間到,調節電壓調節器,減小電容器無功出力,若調節后有一項仍不滿足要求,以“調第二項T”為延時調主變分頭,升電壓。
8區時:U<下限9.3Kv,COSφ滿足要求。升電壓延時時間到,調節主變分接頭,升電壓。若調節后有一項仍不滿足要求,以“調第二項T”為延時調電壓調節器,強行增加無功。
控制器調節原則:保證供電電壓在允許的變動(整定值)范圍內的前提下,充分調節控制無功補償控制器,實現電網無功功率就地平衡。
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