調(diào)壓調(diào)容型無功補(bǔ)償裝置ZRTBKV高壓調(diào)壓式無功補(bǔ)償成套裝置ZRTBKV

ZRTBKV型調(diào)壓式無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置方案
1.概述
中容電力補(bǔ)償設(shè)備有限公司是專門從事電壓質(zhì)量、無功補(bǔ)償和諧波治理的專業(yè)公司，公司致力于提高電力系統(tǒng)供電的電能質(zhì)量，保證供電系統(tǒng)及用電設(shè)備的安全、正常、穩(wěn)定的運(yùn)行，減少輸變電系統(tǒng)的損耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
2．傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置
通常由斷路器（QF）、電抗器（L）、電容器（C）、放電線圈（TV）等元件構(gòu)成。其接線原理圖如下：
a、系統(tǒng)母線電壓恒定，要改變無功補(bǔ)償?shù)娜萘?，只能通過投入一組或幾組電容器組，即改變接入系統(tǒng)的電容值。國(guó)內(nèi)目前的變電站無功補(bǔ)償設(shè)備通常采用手動(dòng)方式投切電容器，一般是一段母線投一組電容器，而且，電容器的容量都較大，當(dāng)電容器的補(bǔ)償容量大于變電站的無功缺額時(shí)，投入電容器就會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)，而不投又會(huì)欠補(bǔ)。
傳統(tǒng)補(bǔ)償設(shè)備存在主要問題：
l       單組補(bǔ)償容量大，無功補(bǔ)償不細(xì)。
l       經(jīng)常出現(xiàn)過補(bǔ)與欠補(bǔ)，經(jīng)常處于設(shè)備閑置狀態(tài)，設(shè)備利用率低，無功補(bǔ)償效果不理想，浪費(fèi)投資。
l       在投切電容器組時(shí)，存在較大的涌流及操作過電壓，容易造成開關(guān)和電容器的損壞。
為了克服上述弊端，部分變電站雖然采用了自動(dòng)裝置來投切電容器，但用于投切的開關(guān)，通常是真空斷路器，其缺點(diǎn)是不適于頻繁操作，不能經(jīng)常投切電容器組，無法滿足精細(xì)補(bǔ)償?shù)囊蟆?br/>b、分組自動(dòng)投切無功補(bǔ)償裝置
后來人們?yōu)榱藵M足多級(jí)補(bǔ)償?shù)囊?，其產(chǎn)品為分組自動(dòng)投切無功補(bǔ)償裝置，通常的做法是把一個(gè)較大容量電容器組拆分為多個(gè)小容量的電容器組，投切開關(guān)選用真空接觸器，一般接觸器的電氣壽命可達(dá)10萬次，可滿足頻繁操作的需要。
存在缺點(diǎn)：
l       拆分的組數(shù)越多，需要的真空接觸器、電抗器、放電線圈越多，造價(jià)高、占地面積大，所以，一般在設(shè)計(jì)時(shí)，最多拆分成四組，而且電抗器多為干式鐵心電抗器，只能戶內(nèi)布置。
l       這種補(bǔ)償方式，只是在一定程度上細(xì)化了補(bǔ)償容量，還是通過開關(guān)的動(dòng)作來改變接入系統(tǒng)的電容值，不能較好解決無功精細(xì)補(bǔ)償問題。
其基本接線原理圖如下：
上述兩種無功補(bǔ)償裝置，不管是靠斷路器投切大電容器組，還是靠接觸器分組投切小電容器組，都是通過開關(guān)的分合來改變接入系統(tǒng)的電容值，該類裝置必然存在投切涌流大和操作過電壓等問題，裝置可靠性低，特別是開關(guān)和電容器等部件故障率高。還存在無功過補(bǔ)與無功欠補(bǔ)問題。
 
3．無功欠補(bǔ)和無功過補(bǔ)的具體危害如下：

a無功欠補(bǔ)對(duì)電網(wǎng)的影響

（1）降低電網(wǎng)電壓
當(dāng)變電所負(fù)荷比較重時(shí)，無功缺額勢(shì)必過大，出現(xiàn)欠補(bǔ)償?shù)那闆r，引起母線電壓降低。母線電壓降低，會(huì)造成下一級(jí)變電站壓降過大，損耗過多，有些設(shè)備儀器沒辦法啟動(dòng)。
（2）增加有功損耗
欠補(bǔ)償所引起的有功損耗：
①線路的損耗：
根據(jù)線路電阻率的特性，電流流過導(dǎo)線必然引起一定量的有功損耗，欠補(bǔ)量過大，有功損耗越大。
（3）降低功率因數(shù)
供電部門為了電網(wǎng)的優(yōu)化穩(wěn)定，能夠多創(chuàng)效益，盡量提高線路的功率因數(shù)，多輸送有功功率。因此欠補(bǔ)償所帶來的這一不好現(xiàn)象是與電網(wǎng)公司的初衷相違背的。

b無功過補(bǔ)對(duì)電網(wǎng)的影響

（1）抬高電網(wǎng)電壓
當(dāng)變電所處于低谷負(fù)載時(shí)，電容器的補(bǔ)償容量勢(shì)必過大，出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)那闆r，引起母線電壓升高。電壓升高，不僅威脅線路和設(shè)備的安全，也威脅電容器自身的安全。我國(guó)電容器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電容器的最高運(yùn)行電壓不得超過其額定運(yùn)行電壓的1.1倍，電壓超過時(shí)電容器就必須退出運(yùn)行，否則將因過電流而發(fā)熱升溫，縮短其使用壽命甚至立即燒毀。
（2）增加有功損耗 
過補(bǔ)償從三個(gè)方面增大了有功損耗：
① 無功倒送的損耗：
無功功率向電源方向倒送，和順?biāo)蜁r(shí)一樣造成線路損耗和變壓器損耗增加，倒送的無功越多，線路損耗和變壓器損耗就越大，變壓器的利用率就越低。
② 變壓器損耗
③ 多余的電容器ΔC的有功損耗：
   電容器的有功損耗，主要是介質(zhì)損耗，它占電容器有功損耗的98%以上
（3）降低功率因數(shù)
過補(bǔ)償?shù)脑蕉啵β室驍?shù)越低。
無論欠補(bǔ)或過補(bǔ)，都會(huì)增加電力系統(tǒng)設(shè)備損耗。
為了更好解決上述問題，我司研制了ZRTBKV系列變電站無功補(bǔ)償裝置。

ZRTBKV工作原理及特點(diǎn)

1、工作原理
根據(jù)電工學(xué)原理，電容器組的輸出無功與電容器組的電容值成正比，與電容器組的端電壓的平方成正比，即Q=wCU²。
我公司新推出的ZRTBBKV型調(diào)壓式無功變電站無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，對(duì)無功的補(bǔ)償原理則是就是根據(jù)電容器組的輸出無功與電容器組的端電壓的平方成正比研制而成。其基本接線原理圖如下：
 

TV

C

L

QF

系統(tǒng)母線

T

 
該裝置由斷路器（QF）、自耦調(diào)壓器（T）、電抗器（L）、電容器（C）、放電線圈（TV）組成。自耦調(diào)壓器串聯(lián)在斷路器和電容器組中間，用來調(diào)節(jié)電容器組兩端的電壓，由于電容器組的電容值恒定，電容器組輸出的無功功率隨施加的電壓不同而不同。假設(shè)電容器組的補(bǔ)償容量為Q_CN（Q_CN為電容器組的額定容量），調(diào)壓器的電壓調(diào)節(jié)范圍為0.6U_CN～U_CN（U_CN為電容器組的額定電壓），調(diào)壓器檔位為9檔，電容器組的輸出容量為 。假設(shè)每檔調(diào)節(jié)電壓相等（0.05U_CN），則各檔對(duì)應(yīng)的電容器組輸出容量為：

檔位	1	2	3	4	5	6	7	8	9
端電壓 （UC）	0.6UCN	0.65UCN	0.7UCN	0.75UCN	0.8UCN	0.85UCN	0.9UCN	0.95UCN	UCN
輸出容量（QC）	0.36QCN	0.42 QCN	0.49QCN	0.56 QCN	0.64QCN	0.72 QCN	0.81QCN	0.90 QCN	QCN

 
2、該裝置具有如下特點(diǎn)：
1）              無功補(bǔ)償級(jí)數(shù)多，補(bǔ)償精細(xì)，電容器組利用率高。假設(shè)變電站每段母線各安裝一套該裝置，在變電站分列運(yùn)行時(shí)，可分9級(jí)進(jìn)行補(bǔ)償；在并列運(yùn)行時(shí)，可分18級(jí)進(jìn)行補(bǔ)償。這對(duì)于傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。
2）              采用自耦式有載調(diào)壓器，無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)過程電容器組不斷電，調(diào)壓器每檔之間只有幾百伏，調(diào)節(jié)過程無過電壓和涌流問題。
3）              電容器長(zhǎng)期工作在額定電壓之下，流過電容器的電流也小于額定電流，且無涌流和過電壓沖擊，使電容器壽命長(zhǎng)，成套裝置可靠性高。
4）              如果變電站供電負(fù)荷的諧波電流很小，還可以去掉電抗器，調(diào)壓器自身的漏抗可以抑制成套裝置在斷路器投入時(shí)的合閘涌流。
5）              元件數(shù)少，電抗器可采用干式空芯電抗器（戶外放置），也可采用干式鐵芯電抗器（戶內(nèi)放置）。
6）              適合老站改造。用于老站改造時(shí)，該裝置只是在傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的斷路器和電容器組之間串聯(lián)了一套調(diào)壓器，所以原有斷路器、電抗器、電容器、放電線圈等都可以繼續(xù)使用。
7）             非常適合高電壓等級(jí)（6kV、10kV、35kV）下的分級(jí)無功補(bǔ)償。35kV可頻繁操作的開關(guān)價(jià)格高、體積大，用該裝置可避免這些問題。

3設(shè)備選型

中容電力補(bǔ)償設(shè)備有限公司的ZRTBKV自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置可以解決以上問題，該無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置采用9級(jí)補(bǔ)償無功，補(bǔ)償級(jí)數(shù)多，補(bǔ)償精細(xì)，電容器組利用率高，而且無涌流、操作過電壓等問題。
ZRTBKV的調(diào)壓器輸出電壓在（1-0.6）Ucn范圍內(nèi)變化，則ZRTBKV調(diào)壓器+固定電容器組向電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)臒o功功率在（1-0.36）Qcn之間變化，補(bǔ)償級(jí)數(shù)多，更加精細(xì)，ZRTBBKV是變電站補(bǔ)償較優(yōu)的方法。
例如：在10kV母線上采用一套ZRTBBKV調(diào)壓式調(diào)無功變電站無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，選用的ZRTBKV調(diào)壓式調(diào)無功變電站無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的設(shè)備型號(hào)相應(yīng)為：ZRTBKV-3000/10.5。
ZRTBKV無功補(bǔ)償設(shè)備的分接開關(guān)采用9檔調(diào)節(jié)，無功自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)備對(duì)10kV母線分9級(jí)補(bǔ)償無功功率，則9級(jí)無功功率補(bǔ)償變化表具體見下表：
設(shè)備9級(jí)無功功率補(bǔ)償變化表

U（k V）	10.5	10		9.5		9		8.5		8		7.5		7		6.5
ZRTBKV檔位	9	8		7		6		5		4		3		2		1
Qc(kvar)	3000	2700		2430		2160		1920		1680		1470		1260		1080
極差(kvar)	300		270		270		240		240		210		210		180

 

3.1.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

安裝調(diào)壓式無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
第一：穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，減少主變分接頭動(dòng)作頻率。
調(diào)壓式無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)原則是先考慮電壓的合格，后考慮無功的合格，在調(diào)節(jié)之前，將主變分接頭保持在合適位置，即將電壓基準(zhǔn)設(shè)定在適當(dāng)?shù)暮细穹秶鷥?nèi)，當(dāng)負(fù)荷增加導(dǎo)致電壓低于合格標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，自動(dòng)逐級(jí)增大無功量輸出，抬高母線電壓到合格范圍；當(dāng)負(fù)荷減小母線電壓高于合格標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，減小無功輸出量將母線電壓降低到合格范圍；當(dāng)電壓處于合格范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)無功缺額滿足功率因數(shù)要求。
第二：延長(zhǎng)系統(tǒng)及用戶設(shè)備使用壽命，保持電容器較高的使用率。
調(diào)壓式無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的控制原理是把一組大容量無功補(bǔ)償電容器并接在一臺(tái)可有載調(diào)壓的自藕變壓器的輸出側(cè)，自藕變壓器的一次側(cè)接在電容開關(guān)柜的下方，通過對(duì)變壓器9個(gè)檔位的調(diào)節(jié)，改變電容器上的電壓，從而改變無功量。由于電容切換是通過有載調(diào)壓方式，電容器在1-9檔之間不會(huì)出現(xiàn)斷電的過程，電壓調(diào)節(jié)過程中通過過渡電阻實(shí)現(xiàn)過渡，電壓切換時(shí)電容器不脫開網(wǎng)絡(luò)，不存在由于電源相位形成的電壓疊加問題，調(diào)節(jié)過程中不會(huì)對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)和電網(wǎng)及其他電器產(chǎn)生沖擊。并且電容大部分時(shí)間工作在較低電壓，可以保證電容器安全，大大延長(zhǎng)其使用壽命。
調(diào)壓分接開關(guān)，機(jī)械壽命長(zhǎng)，切換動(dòng)作速度快，滿足頻繁快速投切要求。調(diào)壓裝置在高壓無功補(bǔ)償自動(dòng)控制裝置的控制下根據(jù)系統(tǒng)感性無功的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電容器兩端的電壓，通過特種調(diào)壓變壓器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功的饋送。由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的高壓無功補(bǔ)償自動(dòng)控制裝置，通過實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)的電壓、電流、功率因數(shù)，分析負(fù)荷的變化趨勢(shì)、系統(tǒng)無功功率、系統(tǒng)諧波含量、電壓波動(dòng)情況等，利用模糊控制技術(shù)調(diào)節(jié)有載分接開關(guān)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化補(bǔ)償，并達(dá)到無功補(bǔ)償容量隨系統(tǒng)負(fù)荷無功容量的變化自動(dòng)跟蹤的目的。
第三：實(shí)現(xiàn)變電站的無人值守，節(jié)約人力資源。
調(diào)壓式無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置采用全自動(dòng)控制，設(shè)備投切、容量變換完全由控制器自動(dòng)控制，不需要再通過人為的投切電容器控制。調(diào)壓式無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置在節(jié)約人力資源上主要體現(xiàn)在一下三點(diǎn)：
一、它能更好地適應(yīng)工業(yè)對(duì)電能質(zhì)量的要求。現(xiàn)代工業(yè)，尤其是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，對(duì)電能的電壓水平、頻率、紋波系數(shù)、供電連續(xù)性等指標(biāo)都有較高的要求,而傳統(tǒng)的操作方法則有著信息加工量大、信息反饋慢等缺點(diǎn)，調(diào)壓式無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置能夠通過變電站的通訊系統(tǒng)將設(shè)備各種參數(shù)及時(shí)、準(zhǔn)確的上傳至調(diào)度或相關(guān)部門。裝置采用自動(dòng)控制，控制器可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況判斷無功需求并對(duì)產(chǎn)生的無功功率做出調(diào)整，調(diào)度或相關(guān)部門亦可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整設(shè)備產(chǎn)生的無功功率。因此，在變電站中引入工業(yè)自動(dòng)化，采用自動(dòng)補(bǔ)償裝置是科學(xué)的選擇。
二、是電力企業(yè)安全運(yùn)行的要求，統(tǒng)計(jì)表明電力行業(yè)的事故中，由人為因素造成的事故占有一定的比重，實(shí)踐證明人容易受環(huán)境、情緒、疾病等諸多因素影響，因此本身就是一個(gè)不可靠因素，使用自動(dòng)裝置也可以提高運(yùn)行的安全性、可靠性。
三、從經(jīng)濟(jì)效益的角度看，當(dāng)采用自動(dòng)化程度高的設(shè)備時(shí)，就可以大大提高設(shè)備的使用率，有效的減少人工費(fèi)用。
第四：補(bǔ)償較為精細(xì)，降低系統(tǒng)損耗。
①線路的損耗減少：
線損和電流的平方成正比，輸電線上的電流越大，線損就越大，如果我們?cè)诓桓淖冸娋W(wǎng)輸送能力的前提下，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，就能夠有效的減小輸電線上的電流大小，也就能有效減小線損。如果安裝調(diào)壓式無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置則可以使得輸電線上的電流從減少到，那么線損減少量為：
由于無功補(bǔ)償后帶來的電壓變化在此忽略不計(jì)。
② 變壓器損耗減少：
無功電流流過變壓器時(shí)，由于變壓器自身的阻抗特性會(huì)產(chǎn)生有功損耗。同樣投入使用SVQR設(shè)備后，可實(shí)現(xiàn)無功的就地補(bǔ)償，流過變壓器的電流減少，變壓器的損耗也相應(yīng)減少。

產(chǎn)品使用環(huán)境   

◆海拔高度：≤2000m；
◆環(huán)境溫度： 最高氣溫+45℃，最低氣溫-25℃；
◆傾斜度：≤3⁰；
◆風(fēng)速：不超過35m/s；
◆抗震水平：地震水平加速度為0.4m/S²，垂直加速度0.2m/ S²；
◆周圍環(huán)境：無明顯污穢和火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)。

ZRTBKV成套裝置主要技術(shù)參數(shù)

◆ 額定電壓：10.5kV
◆ 額定容量：3000kvar
◆ 額定頻率：50Hz
◆ 無功功率調(diào)整范圍：36%～100%額定容量
◆ 控制方式：自動(dòng)、手動(dòng)
◆ 保護(hù)：過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、不平衡保護(hù)、油溫報(bào)警
◆ 安裝方式：戶內(nèi)（調(diào)壓器戶外安裝）
◆ 涌流：裝置投入時(shí)涌流小于20倍電容器額定電流，在正常無功調(diào)節(jié)時(shí)，涌流小于2倍電容器額定電流

ZRTBKV成套裝置主要功能

1.控制功能

◆ 裝置能夠根據(jù)事先設(shè)定的判據(jù)自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)無功和電壓情況，依據(jù)無功補(bǔ)償容量的原則，自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)壓器的檔位，改變輸出無功，使功率因數(shù)能穩(wěn)定在定值設(shè)定范圍內(nèi)，并能防止調(diào)節(jié)振蕩。
◆ 控制器采用大屏幕液晶顯示器，中文顯示，菜單式選擇，六按鍵操作，使用簡(jiǎn)單，操作人員無需培訓(xùn)。

2.顯示功能

◆ 控制器上有工作電源指示燈，能夠顯示主變高壓側(cè)的電壓、電流、無功功率、功率因數(shù)、有功功率和主變的低壓側(cè)電壓；
◆控制器可以顯示調(diào)壓器的分接開關(guān)檔位；
◆可以顯示主變以及母線的各種運(yùn)行狀態(tài)，相應(yīng)斷路器的通斷狀態(tài)。

.3.報(bào)警、保護(hù)及閉鎖功能

◆ 過壓保護(hù)：系統(tǒng)電壓高于標(biāo)稱電壓的120%，斷路器分，裝置自動(dòng)退出；
◆ 欠壓保護(hù)：系統(tǒng)電壓低于標(biāo)稱電壓的80%，斷路器分，裝置自動(dòng)退出；
◆ 過流保護(hù)：當(dāng)調(diào)壓器輸入端電流大于過流整定值并保持事先設(shè)置的延時(shí)以上，
斷路器分，裝置自動(dòng)退出；
◆ 不平衡保護(hù)：當(dāng)電容器組不平衡運(yùn)行時(shí)，零序電流互感器的二次側(cè)電流大于
整定值并保持事先設(shè)置的延時(shí)以上，斷路器分，裝置自動(dòng)退出；
◆ 油溫報(bào)警：當(dāng)油溫超過固定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；
◆ 重瓦斯保護(hù)：當(dāng)重瓦斯繼電器動(dòng)作后，斷路器分，裝置自動(dòng)退出；
◆ 控制裝置自檢異常閉鎖所有操作指令，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

4.手動(dòng)操作功能

◆ 控制裝置具有對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)控制操作功能，自動(dòng)和手動(dòng)操作互為閉鎖

.5.遠(yuǎn)方通訊功能

◆ 控制裝置提供標(biāo)準(zhǔn)的串行通信端口和101通訊協(xié)議，由后臺(tái)綜自廠家負(fù)責(zé)解析上傳信號(hào)量。

主要部件參數(shù)

.1.控制屏

◆ 工作電源：AC/DC 220V
◆ 模擬量輸入：電壓：AC100×（60%～120%）V
               電流：5×（10%～120%）A
◆   測(cè)量精度：電壓：0.5級(jí)
             電流：0.5級(jí)
             無功功率：1級(jí)
             功率因數(shù)：1級(jí)
◆   開關(guān)量輸入：21開關(guān)量輸入
◆   開關(guān)量輸出：12繼電器輸出，觸點(diǎn)容量220V/5A
◆   抗干擾等級(jí)：3級(jí)，符合GB/T17626.12-1998的要求
◆   最大功耗：≤30W
◆   工作溫度：-5℃～+45℃（控制屏放置在戶內(nèi)）
◆   相對(duì)濕度：+45℃時(shí)，85%～90%

.2.調(diào)壓器

◆ 額定電壓：10.5  kV
◆ 額定容量： 3000 kVA
◆ 電壓調(diào)節(jié)范圍：60%～100%Ucn
◆ 檔位：9檔
◆ 連接組別：Ya0、三相三線星形接法
◆ 變壓器油牌號(hào)：25#
◆ 冷卻方式：ONAN
◆ 絕緣水平：LI75 AC 35 kV
◆ 調(diào)壓器采用全密封波紋油箱，有油溫指示，壓力釋放閥
◆ 開關(guān)電動(dòng)操作接換一次時(shí)間：12s
◆ 開關(guān)過渡電阻切換時(shí)間：15～24ms
◆ 開關(guān)在額定容量下觸頭的電氣壽命：〉5萬次
◆ 開關(guān)機(jī)械壽命：〉50萬次
◆ 分接開關(guān)有油枕、吸濕器、在線濾油機(jī)