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无功自动补偿装置
 
 

DWZB变电站无功自动补偿装置可以稳定系统电压,调节系统功率因数,有效降低电力系统损耗。随着电力负荷的增长,供电矛盾的突出,提高电力系统经济运行,大幅度降低线损已得到国家电力系统、大型厂矿企业的高度重视。长期以来一直没有实用有效的无功补偿手段,无法适时调节系统功率因数,保证无功就地减少,减少无功电流,降低发热损耗。目前国内应用较多的是固定电容器组进行补偿,其缺点是不能自动细调节,会经常出现过补和欠补现象。城网建设中许多厂家研究生产了以改变电容器量C为手段的补偿装置即VQC。由于存在着电容器不能频繁投切及电容器投切产生的过电压影响电容器运行安全等问题,VQC一直没被广泛采用,事故率高,投运率低,开关动作次数不能满足要求,根据四川省统计VQC无功补偿装置36%以上因故障不能投入使用。另外由于电容器投切充放电问题,电容器投切时都要求有一定的延时,根本无法实现适时投切。不能实现适时调节也就无法使电网运行在较佳状态,就无法有效降低损耗、提高经济效益、节约能源。
      邯郸市科维电气有限公司生产的DWZB变电站无功自动补偿装置,采用电压调压器来改变电容器端部输出电压,从而改变无功输出量来调节系统功率因数。该装置在调节中无过电压,电容器无充放电,因此可以实现适时调节,而且保证电容器运行在额定电压以下,电容器使用安全,延长使用寿命。电容器固定接入不分组,而其输出容量可连续调节。目前生产的DWZB变电站无功自动补偿装置可以实现容量从(100-36)%分九级输出。
DWZB变电站电压无功自动补偿装置有以下特点:
1.它可以根据系统电压无功参数,按照九区图及模糊控制原理保证母线电压在合格的范围内,保证功率因数较佳,线损较小。
2.装置电容器固定接入,不采用投切电容方式调节无功,而是根据Q=2πfCU²改变电容器端电压来调节无功输出,满足系统无功出力要求。目前电容器调压容量为(100-36)%X额定容量输出,如果用户要求增大调节范围,可特殊订货。
3.电压调压器在调节过程中无过电压存在,可以保证电容器安全,延长其使用寿命。
4.可采用电容器低电压合闸,有效降低电容器合闸涌流对系统及电容器本身的冲击。
5.由于调压过程电容器始终不脱离电网,无充放电现象,因此无调节延时,可适时调节。
6.装置辅助损耗小,仅为电容器容量的2‰左右。

技术指标

设备参数指标和功能
1 电压调节器技术参数
额定电压:6.3kV     10.5kV               38.5kV
额定频率:50Hz
较大输出容量:1000kvar  1500kvar  2000kvar     3000kvar     4000kvar   6000kvar(10kv级)
7500kvar               10000kvar                 15000kvar(35kv级)
调压方式:有载调压,按保证电压输出要求,变压器负载损耗较小原则,根据国内有载开关制造水平,选用适当有载分接开关,优先采用端部调压方式。
阻抗:0-2.0%(折算到电磁容量)
相数:三相
组别:Ya
冷却方式:油浸自冷
套管爬距:按IV类污染区选择,即31.5cm/kV
温升限值:按GB1094.2标准要求,并考虑一定谐波电流发热(按10%额定电流)
2 微机控制器技术参数及操作说明
2.1额定数据
a、额定电源电压:DC220V或DC110V(订货注明)
b、额定交流数据:相电压         100/√3V
                 交流电源       5A或1A(订货注明)
                 额定频率       50HZ
2.2装置说明
装置采用32位基于DSP技术的通用硬件平台。全封闭机箱,硬件电路采用后插拔式的插件结构,CPU电路板采用6层板、元器件采用表面贴装技术,装置强弱电回路、开入开出回路合理布局,抗干扰能力强。
2.2.1主要插件说明
本保护装置由以下插件构成:电源插件、交流插件、CPU插件、信号插件、开入开出插件以及人机对话插件。
a.    电源插件
由电源模块将外部提供的直流电源转换为保护装置工作所需电压。本模块输入直流220V/110V,输出+5V、±15V和+24V。
b.    交流插件
交流变换部分包括电流变换器TA和电压变换器TV,用于将系统TA、TV的二次侧电流、电压信号转换为弱电信号,供保护插件转换,并起强弱电隔离作用。
c.    CPU插件
CPU插件包含:微处理器CPU、RAM、ROM、Flash Memory、A/D转换电路、开关量输入输出回路、485网络通讯电路等;此外还包括启动继电器QDJ,用来闭锁跳、合闸出口,防止驱动跳、合闸出口的光耦击穿导致动作。插件采用6层印制版和表面贴装工艺,采用了多种抗干扰措施,大大提高了抗干扰性能。高性能的微处理器CPU为32位浮点处理器,主频达40MHZ;A/D数据输入精度达16位。集成电路全部采用工业品或军品,使得装置有很高的稳定性和可靠性。
d.    信号插件
信号插件包括信号部分、跳合闸部分以及出口部分。信号部分主要包括跳闸信号继电器、非电量信号继电器和告警继电器等。跳合闸部分主要完成跳合闸操作回路及其保持、防跳等功能。主要包括跳闸继电器、遥跳继电器、遥合继电器、跳闸保持继电器、合闸保持继电器、合后继电器。还包括反映断路器位置的跳闸位置继电器、合闸位置继电器。
e.    开入开出插件
开入开出插件完成部分开关量输入回路,此外还有备用跳闸继电器、主变升档继电器、主变降档继电器和主变急停继电器。
f.    人机对话插件
该插件安装于装置面板上,是装置与外界进行信息交互的主要部件,采用大屏幕液晶显示屏,全中文菜单方式显示(操作),主要功能为:键盘操作、液晶显示、信号灯指示及串行口调试。
装置构成
电压无功自动补偿装置功能
1 系统组成
DWZB电压无功自动补偿装置有以下部分组成:
电压调节器:功能为通过电压调节器将电容器和母线连接起来,在保证母线电压稳定的前提下,改变电容器输出端电压,以保证电容器输出容量满足系统要求。
微机控制器:根据输入的电流电压信号,进行分析判断,发出命令。调节变电站主变分接头以调整电压,保证母线电压合格率。调节电压调节器的输出电压以改变电容器无功输出量。并具有相应的显示和信号功能。
电力电容器(外购或原有):容性无功源。
系统一次接线图如图4.1:
2 运行方式说明
本装置适用于单母带分段运行方式下的电容器保护和电压无功自动调节。运行方式为:若正常运行时,每台主变各带一段母线,母联开关不合,两台微机控制器分别自动调节各自的主变和电容器并对各自的电容器进行保护;若正常运行时,母联开关合上,两台主变并列运行,这时要求两台主变档位一致,两台微机控制器分别调节各自的电容器并对各自的电容器进行保护,主变的调节则由一台设定“主变并联联调”为“1”的微机控制器装置完成两台主变的调节。
3 功能配置
 
                                                   
 
补偿功能
电容调节
    主变档位调节
 
 
 
保护功能
过电流保护
过电压保护
低电压保护
不平衡电流保护
不平衡电压保护
3路非电量保护
TV断线告警
 
 
辅助功能
遥信开入采集、装置遥信变位、事故遥信
    正常电容器的断路器遥控分合
    故障录波
    通讯功能
    打印功能
 
注:如属老站改造,可用原有电容器保护功能,如为新设备,可根据用户要求使用配置电容器保护或不配置电容器保护的微机控制器。
4 功能特点
     a、新型电压无功补偿原理。
     b、电压无功补偿与电容器保护一体化。
     c、多种补偿控制方案,适用于不同接线形式。
     e、补偿控制与接线和运行方式的自适应。
     f、控制器工作的稳定性及可靠性较高。
     g、采用图形液晶,全中文显示菜单式人机交互;可适时显示各种运行状态及数据,信息详细直观,操作、调试方便。
     h、可独立整定八套定值,定值区切换安全方便。
     i、通讯规约采用IEC-60870-5-103规约或MODBUS规约可选,设有双RS-485通信接口;组网经济、方便,可直接与微机监控或保护管理机联网通讯。
j、具有录波功能,装置记录保护跳闸前4周波,跳闸后6周波(每周波24点)的采样数据,保护跳闸后上送变电站自动化主站,也可以通过故障分析软件进行故障分析。
k、保护方式可以按照保护配置,出口设置方便灵活。
5 控制方案
5.1 调节规则
对于双绕组变压器的单变量越限,可以按照表4.1种给出的方法调节,由于电压无功调节是双变量问题,对于双变量越限,我们可以根据表4.1直接比较得到调节的较佳方法。同时,为了满足某些特殊运行方式的要求,还要考虑一些特殊的控制策略。控制策略的制定原则如下:
1.为实现正确判断,要实时取值的遥测数据为:高压侧有功、无功、电流、低压侧电压,主变档位;要实时取值的遥信数据为:高低压侧断路器状态,低压侧母联断路器状态。
2.以低压侧是否并列来决定主变是否并列,即如果两台变压器的低压侧母联断路器闭合则为两台变压器并列运行,对于并列运行的变压器,则保持二者的档位同步调整。
3.调节方式设定为:
1)、综合调节:是双变量调节系统。综合控制要求调节一个变量不应该造成另外的变量越限或情况恶化,譬如不能为了调好一个变量使原来已经越下限的另一个变量的越下限更多。对于无法保证的则不调节。
2)、无功优先调节:在综合调节的基础上,无功越下限(功率因数越上限),则增加电容档位升的选择;无功越上限(功率因数越下限),则增加电容档位降的选择。
3)、只调无功:在功率因数优先的基础上,只调电容档位。
越限情况
原因
手段
效果
V越上限
容性无功多
电容档位降
V降、Q升、COSφ降
主变档位低
主变档位升
V降、Q降、COSφ升
V越下限
容性无功少
电容档位升
V升、Q降、COSφ升
主变档位高
主变档位降
V升、Q升、COSφ降
COSφ越下限,Q越上限
容性无功少
电容档位升
V降、Q升、COSφ降
主变档位低
主变档位升
V降、Q降、COSφ升
COSφ越上限,Q越下限
容性无功多
电容档位降
V升、Q降、COSφ升
主变档位高
主变档位降
V升、Q升、COSφ降
                            表4.1  
5.2 控制策略
   根据电压和无功/功率因数越限情况,将控制策略划分为九个区域,每个区域依据不同的调节方式,采取相应的控制策略。第九区是目标区,下面的分析主要针对另外8个区进行。以下的调节方案以主变降档电压升高,主变升档电压降低为例;同时以功率因数为边界,功率因数下限即无功上限,功率因数上限即无功下限。
5.3 控制原理
   电压无功综合控制原理按系统电压无功构成的九区图进行控制,电压上、下限可按GB12325-1990标准整定,10 kV系统上限可为10.7 kV,下限为9.3 kV;无功以功率因数为判据,按要求110Kv变电站COSφ应不低于0.95,可为下限,上限为0.98,以不向系统倒无功为准。无功(COSφ)九区图如图4.2所示
1、2、3、4、5、6、7、8为调节区,9区为运行区。
 
 
 
                                            U(kV)
                                                            3                4                 5
 
                                           10.7
                                                           2                 9                 6
 
                                            9.3
                                                           1                  8                7
                                                                                                 
 
                                                           0.9              0.98         COSφ
 
                                                         图4.2   电压无功控制九区图
   1区时:U<下限9.3Kv,COSφ<下限0.9。无功延时时间到,调节电压调节器,增大电容器无功出力,即COSφ上升;若调节后有一项仍不满足要求,以“调第二项T”为延时调主变分头,升电压。
2区时:U满足要求,COSφ<下限0.9。升无功延时时间到,调节电压调节器,升无功,此时主变分接头不动作。
3区时:U>10.7Kv,COSφ<下限0.9。降无功延时时间到,调节主变分接头,减小电压,若调节后有一项仍不满足要求,以“调第二项T”为延时调电压调节器,升无功。
4区时:U>10.7Kv,COSφ满足要求。降无功延时时间到,调节主变分接头,减小电压,此时电压调节器不动作。
5区时:U>10.7Kv,COSφ>上限0.98。降无功延时时间到,调节电压调节器,减小无功,若调节后有一项仍不满足要求,以“调第二项T”为延时调主变分头,降电压。
6区时:U满足要求,COSφ>上限0.98。降无功延时时间到,调节电压调节器,减小无功出力,此时主变分接头不动作。
7区时:U<下限9.3Kv,COSφ>上限0.98。降无功延时时间到,调节电压调节器,减小电容器无功出力,若调节后有一项仍不满足要求,以“调第二项T”为延时调主变分头,升电压。
8区时:U<下限9.3Kv,COSφ满足要求。升电压延时时间到,调节主变分接头,升电压。若调节后有一项仍不满足要求,以“调第二项T”为延时调电压调节器,强行增加无功。
控制器调节原则:保证供电电压在允许的变动(整定值)范围内的前提下,充分调节控制无功补偿控制器,实现电网无功功率就地平衡。
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