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1 用戶現(xiàn)場(chǎng)工況情況

1.1變、配電所現(xiàn)場(chǎng)電源情況

（1）無(wú)功補(bǔ)償原則

肯尼亞鐵路某鐵路66/33kV變電所采用高壓集中無(wú)功補(bǔ)償裝置，箱式變電站采用低壓集中無(wú)功補(bǔ)償裝置，個(gè)別大負(fù)荷、低功率因數(shù)的用電設(shè)備設(shè)就地補(bǔ)償裝置。全線各變、配電所電源引入均由肯方負(fù)責(zé)。

（2）平面布置情況

66kV采用支持絕緣子調(diào)整導(dǎo)線高度。主變壓器采用室外低式布置。66kV配電裝置采用戶外組合式 GIS電氣設(shè)備，中型布置。33kV饋線采用電纜出線。所內(nèi)設(shè)置運(yùn)輸?shù)缆罚阌诖笮驮O(shè)備的運(yùn)輸。室外電氣設(shè)備區(qū)鋪設(shè)礫石，變電所對(duì)角線處設(shè)置避雷針，用于室外設(shè)備的直接雷保護(hù)。所區(qū)圍墻為實(shí)體圍墻，圍墻高度為2.5m，圍墻頂部安裝防盜刺絲滾籠設(shè)施。

（3）保護(hù)配置

66kV側(cè)采用集中組屏保護(hù)，33kV側(cè)采用分散組屏保護(hù)。主變壓器采用變壓器微機(jī)保護(hù)裝置，由差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)及測(cè)控組成，設(shè)有差動(dòng)，非電量、復(fù)合電壓閉鎖66kV過電流高壓側(cè)后備保護(hù)，復(fù)合電壓閉鎖33kV過電流低壓側(cè)后備保護(hù)，并作用于事故信號(hào)和預(yù)告信號(hào)的保護(hù)功能。變電所33kV側(cè)饋線采用饋線微機(jī)綜合保護(hù)裝置，每個(gè)饋線單元設(shè)有電流速斷、過流、失壓保護(hù)功能和一次自動(dòng)重合閘功能。

（4）變、配電高低壓設(shè)備選型

66kV部分采用室外型、組合電器方式，主變采用油浸式20MVA變壓器。33kV 高壓開關(guān)柜采用中置式金屬封閉空氣絕緣開關(guān)柜。直流電源裝置采用智能型高頻開關(guān)、閥控式鉛酸免維護(hù)蓄電池裝置。33/0.4kV變壓器選用低損耗油式變壓器。低壓柜采用抽出式模數(shù)化開關(guān)柜。

1.2一、二次回路圖

該變電所靠近肯尼亞馬賽馬拉國(guó)家保護(hù)區(qū)內(nèi)，屬于熱帶草原氣候，高溫，明顯旱雨季，旱季炎熱干燥，塵土飛揚(yáng)，雨季經(jīng)常暴雨傾盆，遍地成河。對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行提出更高的要求。變電所主回路如圖1所示。

圖1 變電所主回路圖

變電所二次回路如圖2所示。

圖2 變電所二次回路

2新風(fēng)光FGSVG-3.0/35T-O高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)

該變電所選用了新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的FGSVG-3.0/35T-O（3.0 Mvar /35 kV）型高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)，用于變電所無(wú)功補(bǔ)償和治理閃變，設(shè)備一次成功投運(yùn)，達(dá)到了預(yù)期目的。

2.1高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)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(wú)功功率理論和基于同步坐標(biāo)變換的功率解耦算法，以設(shè)定的無(wú)功性質(zhì)及大小、功率因數(shù)、電網(wǎng)電壓為控制目標(biāo)運(yùn)行，動(dòng)態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，并能實(shí)現(xiàn)曲線設(shè)定運(yùn)行，提升電網(wǎng)質(zhì)量。是目前國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，這種基于電壓型PWM變流器的補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償方式質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過電力電子器件的高頻開關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)功能量的變換。

高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)易操作、高性能、高可靠性，為滿足用戶對(duì)提高輸配電電網(wǎng)的功率因數(shù)、治理諧波、補(bǔ)償負(fù)序電流的迫切需求做出相應(yīng)設(shè)計(jì)，具有以下特點(diǎn)：

●   模塊化設(shè)計(jì)，安裝、調(diào)試、設(shè)定簡(jiǎn)便。

●   動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間≤5ms。

●   在補(bǔ)償容量足夠的前提下，輸出電流諧波（THD）≤3%。

●   多種運(yùn)行模式極大的滿足用戶需求，運(yùn)行模式有：恒裝置無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)無(wú)功功率模式、恒考核點(diǎn)功率因數(shù)模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、負(fù)載補(bǔ)償模式，目標(biāo)值可實(shí)時(shí)更改。

●   實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷變化，動(dòng)態(tài)連續(xù)平滑補(bǔ)償無(wú)功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，實(shí)時(shí)治理諧波，補(bǔ)償負(fù)序電流，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。

●   抑制電壓閃變，改善電壓質(zhì)量，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。

●   電路參數(shù)精心設(shè)計(jì)，發(fā)熱量小，效率高，運(yùn)行成本低。

●   設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。

●   主電路采用IGBT組成的H橋功率單元鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu),每相由多個(gè)相同功率單元組成，整機(jī)輸出由PWM波形疊加而成的階梯波，逼近正弦，經(jīng)輸出電抗濾波后正弦度良好。

●   自動(dòng)調(diào)整載波頻率，自適應(yīng)環(huán)境和功率變化。

●  小于0.2A的補(bǔ)償精度。

●   采用冗余性設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，滿足系統(tǒng)高可靠性的需求。

●   功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單，互換性好。

●   保護(hù)功能齊全，具有過壓、欠壓、過流、單元過熱、不均壓等保護(hù)，并能實(shí)現(xiàn)故障瞬間的波形錄制，便于確定故障點(diǎn)，易維護(hù)，運(yùn)行可靠性高。

●   人機(jī)界面設(shè)計(jì)采用windows系統(tǒng)的操作模式，功能菜單以及各種功能按鍵均按照電腦的操作習(xí)慣設(shè)計(jì)。界面友好顯示，對(duì)外通訊提供了RS485等接口，采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議。除具有實(shí)時(shí)數(shù)字量及模擬量的顯示、運(yùn)行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢、單元狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)信息查詢、歷史故障查詢等功能外，還具有送電后系統(tǒng)自檢、一鍵開停機(jī)、分時(shí)控制、示波器（AD通道強(qiáng)制錄波）、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。

●   設(shè)計(jì)包含與FC配合使用的接口，實(shí)現(xiàn)定補(bǔ)和動(dòng)補(bǔ)的有效結(jié)合，為用戶提供更經(jīng)濟(jì)，更靈活的補(bǔ)償方案。具有4組FC接口控制功能，在控制上可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置4組FC支路的投切順序，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)FC的故障狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了SVG+FC系統(tǒng)的智能控制。

●   投切時(shí)無(wú)暫態(tài)沖擊，無(wú)合閘涌流，無(wú)電弧重燃，無(wú)需放電即可再投。

●   采用美國(guó)TI和ALTERA公司的優(yōu)質(zhì)DSP芯片和FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)了3核控制技術(shù)，其中3片DSP芯片分別處理對(duì)外通訊，主控計(jì)算，功率單元控制，三片F(xiàn)PGA配合DSP實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)交換，基于這種構(gòu)架的產(chǎn)品，整機(jī)響應(yīng)速度達(dá)到了容性功率到感性功率突變時(shí)間只需要3.7ms。

●   與系統(tǒng)連接時(shí)，不需要考慮交流系統(tǒng)相序，連接方便。

●   可并聯(lián)安裝，極易擴(kuò)展容量。并機(jī)運(yùn)行使用光纖通訊，通訊速度快，能夠完好的滿足實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)囊?。整機(jī)擴(kuò)容簡(jiǎn)單易行，特別是改造現(xiàn)場(chǎng)和未生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，若SVG投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)功率不能滿足生產(chǎn)要求，可以隨意擴(kuò)容，不需要將設(shè)備完全拆除，只需要更換功率單元即可實(shí)現(xiàn)增容，另外在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)若有多臺(tái)設(shè)備，可以十分方便的實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)組網(wǎng)，或通過高速光纖實(shí)現(xiàn)主從控制。

2.2 高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

新風(fēng)光FGSVG-3.0/35T-O高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)產(chǎn)品的主電路采用鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用星型連接，星型接法的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 FGSVG電氣結(jié)構(gòu)示意圖

控制柜與功率柜信號(hào)通過光纖進(jìn)行隔離控制，實(shí)現(xiàn)了高低壓的可靠隔離。產(chǎn)品系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)上做出了極大的改進(jìn)處理，使維護(hù)更方便。控制柜進(jìn)行了嚴(yán)格的抗干擾處理，保障控制系統(tǒng)不受高壓主回路的影響。功率單元的改善使得功率柜占地面積更小，極大節(jié)省了用戶設(shè)備空間，減少了投資。

產(chǎn)品主要分為三部分：控制柜、功率柜、電抗器柜。其中功率柜實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一設(shè)計(jì)，方便產(chǎn)品的擴(kuò)展及穩(wěn)定性。各電壓等級(jí)的裝置由控制柜、功率柜及電抗器柜（或空心電抗）組成。各柜體中主要器件及作用如表2所示。

2.4 工作原理

高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測(cè)量電力系統(tǒng)的電壓、電流等參數(shù)，迅速計(jì)算出電力系統(tǒng)的無(wú)功，進(jìn)而計(jì)算出逆變輸出電壓移相角，并在特定時(shí)刻向SVG觸發(fā)裝置發(fā)控制信息。SVG同步裝置采集系統(tǒng)母線電壓信號(hào)，然后對(duì)此信號(hào)進(jìn)行多階濾波處理，濾除電壓中的高次諧波和直流分量成分，然后對(duì)所剩基波進(jìn)行方波變換，從而得到與母線電壓基波相位一致的方波信號(hào)（同步信號(hào)）。監(jiān)控裝置負(fù)責(zé)監(jiān)視SVG各功率單元的工作狀態(tài)，例如直流電容電壓、功率單元內(nèi)空氣溫度等。觸發(fā)裝置負(fù)責(zé)接收調(diào)節(jié)裝置傳來的SVG工作移相角并將觸發(fā)信號(hào)編碼后下發(fā)給各功率單元。站控將SVG所有運(yùn)行信息進(jìn)行打包封裝和存儲(chǔ)，為操作人員提供一個(gè)直觀的界面。

產(chǎn)品采用了先進(jìn)的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)載波移相技術(shù)，總輸出波形正弦度好，dv/dt小，諧波成分含量小，可減少對(duì)電纜的絕緣損壞，在輸出側(cè)無(wú)需再增加輸出濾波器。

產(chǎn)品采用星型連接的單相波形如圖4所示。

圖4 單元輸出疊加后的波形圖

3綜合測(cè)試評(píng)價(jià)

3.1節(jié)能效益明顯

2017年12月初，高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)（3.0 Mvar /35 kV）一次性成功投運(yùn)，至今運(yùn)行正常。改造達(dá)到了預(yù)期目的。

對(duì)比SVG投運(yùn)前后（SVG投運(yùn)一個(gè)月和停運(yùn)一個(gè)月效果對(duì)比）的繳費(fèi)情況

（1）SVG投運(yùn)前和退出后，每月基本上被肯尼亞電網(wǎng)功率因數(shù)考核大約17.5萬(wàn)肯尼亞先令，折合人民幣大約1.2萬(wàn)元。

（2）SVG投運(yùn)后，無(wú)功率因數(shù)考核罰款。

通過對(duì)比，計(jì)算得知，SVG投運(yùn)后產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，每年大約節(jié)約功率因數(shù)考核罰款13萬(wàn)左右。圖5為SVG退出運(yùn)行時(shí)，月度功率因數(shù)（低于0.9）罰款，已用紅線標(biāo)出。

圖5 SVG退出運(yùn)行時(shí)，月度功率因數(shù)（低于0.9）罰款

圖6為SVG投運(yùn)月度，電費(fèi)單，無(wú)功率因數(shù)罰款。

圖6 SVG投運(yùn)月度，電費(fèi)單，無(wú)功率因數(shù)罰款

3.2 治理閃變情況

當(dāng)機(jī)車快速通過時(shí)會(huì)由于負(fù)荷波動(dòng)引起電壓波動(dòng)，加之雨季時(shí)架空線路存在瞬時(shí)放電現(xiàn)象從而使電壓跌落現(xiàn)象更頻繁，幅度也更大?，F(xiàn)場(chǎng)電壓高于額定90%即為正常值，當(dāng)?shù)渲?0%以下時(shí)，即影響變電所設(shè)備安全運(yùn)行，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)故障錄波記錄下電壓跌落數(shù)據(jù)信息。

現(xiàn)場(chǎng)記錄的一次電壓跌落至80%，時(shí)長(zhǎng)大約為100ms時(shí)，電壓電流的波形如圖7所示。

圖7 SVG未投運(yùn)時(shí)，電壓閃變波形

SVG投入運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)電電壓，當(dāng)SVG檢測(cè)到電壓跌落時(shí)，會(huì)實(shí)際根據(jù)需要，在5ms內(nèi)自動(dòng)跟蹤投入適量容量容性無(wú)功，用于支撐電網(wǎng)電壓。同理當(dāng)SVG檢測(cè)到電壓升高時(shí)，會(huì)實(shí)際根據(jù)需要，在5ms內(nèi)自動(dòng)跟蹤投入適量容量感性無(wú)功，用來穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。SVG支撐電壓時(shí)，無(wú)功階躍曲線圖如圖8所示。

圖8  SVG支撐電壓時(shí)，無(wú)功階躍曲線圖

圖9  SVG投運(yùn)后，電壓閃變時(shí)，穩(wěn)定電壓的效果圖

應(yīng)用證明，SVG投運(yùn)后，以其快速響應(yīng)的投入方式補(bǔ)償電壓，電壓跌落情況大大減少，治理電壓閃變效果非常明顯。SVG的運(yùn)行，有利于整個(gè)變電所設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)提高變電所整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提供了關(guān)鍵的支撐作用。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著“一帶一路”的推進(jìn)，沿線很多現(xiàn)場(chǎng)都采用弱電網(wǎng)供電，用電成本特別高，所在國(guó)家電網(wǎng)考核嚴(yán)格，采用SVG補(bǔ)償方式成為提高電能質(zhì)量的首選，新風(fēng)光高壓SVG其質(zhì)量、性能、可靠性均能很好的滿足要求。對(duì)礦山高能耗用電設(shè)備、變電所等采用SVG補(bǔ)償，不僅能降低供電成本，而且提高了設(shè)備以及弱電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。新風(fēng)光FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理系統(tǒng)在野外礦山弱電網(wǎng)中有著廣闊的推廣潛力。