35KV电容柜

35KV电容柜

ZRSVC动态无功补偿项目

ZRMCR-35-7000KVar+

ZRTBBZ-35-18000（9000+9000）KVar-ACW/P12

**章  引用标准

所有设备的设计、制造、检查、试验及特性除满足规定的特别标准外，都遵照适用的*新版IEC标准和中国国家标准（GB）及电力行业（DL）标准，以及国际单位制（SI）。

GB/T20298-2006     《静止无功补偿装置(SVC)功能特性》

GB/T20297-2006     《静止无功补偿装置(SVC)现场试验》

GB10229                《电抗器》

GB311.1            《高压输变电设备的绝缘配合》

GB311.2~6           《高电压试验技术》

GB7354                  《局部放电测量》

GB/T11024           《标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器》

GB4208             《外壳防护等级的分类》

GB5882                 《高压电力设备外绝缘污秽等级》

GB50227-95         《并联电容器装置设计规范》

GB11024-1989       《高电压并联电容器耐久性试验》

GB15116.5-1994     《交流高压熔断器并联电容器外保护用熔断器》

GB311.1-1997       《高压输变电设备的绝缘配合》

GB156-2003         《标准电压》

GB/T14549-1993     《公用电网谐波》

GB12325-2003       《供电电压允许偏差》

GB12326-2000       《电压波动和闪变》

GB/T15543-1995     《三相电压允许不平衡度》

GB/T15945-1995     《电力系统频率允许偏差》

GB/T18481-2001     《暂时过电压和瞬态过电压》

GB/T15291           《半导体器件_第6部分_晶闸管》

DL/T462                《高压并联电容器用串联电抗器订货技术条件》

DL/T672               《变电所电压无功调节控制装置订货技术条件》

DL/T840-2003       《高压并联电容器使用技术条件》

DL/T653-1998       《高压并联电容器用放电线圈订货技术条件》

DL/T804-2002       《交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则》

DL442-1991         《高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件》

以上标准若有*新版本，则按*新版本执行。未尽事宜，将在谈判及合同阶段由双方另行约定。

第二章  ZRSVC设计方案

1.总述概述

1.1使用环境

1

周围空气温度

*高温度  ℃

40℃

*低温度  ℃

-40℃

*大日温差  K

30

2

海拔高度  m

<1000m

3

环境相对湿度（在25℃时）平均值

90%

4

地震波为正弦波，持续时间三个周波，安全系数1.67

5

污秽等级

Ⅳ

泄漏比距

≥3.1cm/kV

6

系统额定电压

35KV

系统*高电压

40.5KV

额定频率

50HZ

SVC简介

（1）一般电力系统用户负荷吸收有功功率PL和无功功率QL。

电源提供有功功率PS和无功功率QS（可能感性无功，也可能是容性无功），忽略变压器和线路损耗，则有PS=PL，QS=QL。没有无功吸收部分的电网存在以下几个问题：

1）电网从远端传送无功；

2）负荷的无功冲击影响本地电网和上级电网的供电质量。

因此，电力系统一般都要求对用电负荷进行必要的无功补偿，以提高电力系统的带载能力，净化电网，提高电网电能质量。

  （2） ZRSVC成套系统原理图

ZRSVC装置主要由MCR及FC两部分组成(如上图所示)。

    ZRTBBZ回路兼顾滤波及提供固定的容性无功功率FC，MCR回路则调节磁控电抗器的晶闸管控制角，改变磁控电抗器铁心的磁导率，使磁控电抗器的电抗值连续可调，从而改变相控电抗器输出的感性无功MCR。

    MCR部分的感性无功与FC容性无功相抵消，只要能做到系统无功：

Q＝Qlod （负载所需）+Qsvc≈0或常数，

则能实现维持母线电压不变或在一个事先设定的范围。由于SVC的动态响应速度非常快，响应时间100毫秒，即实现了无功功率的实时动态补偿。同时SVC具有分相调节功能，使三相不平衡负载得以平抑制。

针对静止型动态无功补偿项目要求及供方提供的技术参数， 我方拟定在35kV母线上装一套采用ZRMCR＋ZRTBBZ型的高压动态无功补偿成套设备（ZRSVC）,能同时解决系统无功补偿仰制3次以上谐波，另配磁控电抗器容量7000kVar，可实现系统无功动态基波补偿容量0~7000kVar连续可调。能够有效的对系统的无功量进行跟踪补偿，做到无级调节，动态补偿，稳定电压。

2.2.工程概况

2.2.1情况概述

电压等级35kV；

负载容量：一台9000KVA整流变供一台中频炉，四台5500KVA整流变，其中二台整流变给一

台中频炉供电；

补偿前功率因数COSφ约0.85左右，要求补偿后提高到COSφ0.95约左右；

补偿装置装机容量18000KVAR，分二组投切单组容量 9000KVar；

电容器实际输出容量10654KVar、单组实际输出容量5327KVar；

磁控可调节容量 7000KVar；

2.2.2 环境条件

海拔高度：不超过1000米

*大月平均相对湿度：95%

*高环境温度：+45°

*低环境温度：-40°

*热月24h平均*高温度：+30°

安装地点无爆炸危险介质，周围介质中不含破坏绝缘性能的气体及导电介质，不允许充满水蒸汽及有严重的霉菌存在，使用地点不应有较强烈的外磁感应强度。

2.2.3方案整体规划

在35kV母线上装一套采用ZRMCR＋ZRTBBZ型的高压动态无功补偿成套设备（SVC）,能同时解决系统无功补偿，能够有效的对系统的无功量进行跟踪补偿，做到无级调节，动态补偿，稳定电压。

2.2.4补偿容量

根据要求：高压动态无功自动补偿成套设备（SVC）设备基波补偿容量为10654KVar,磁控电抗器容量为7000KVar。

无功补偿容量计算

补偿前

补偿后

有功功率

补偿功率

Cosθ1

Sinθ1

Tagθ1

Cosθ2

Sinθ2

Tagθ2

P         (KW)

Q  (KVAR)

0.85

0.526782688

0.619744338

0.96

0.28

0.291666667

31000

10170

2.3.ZRSVC装置的特点

2.3.1 概述1 ZRMCR主控制单元

控制系统采用微电子全数字芯片控制系统，实时监测系统电能质量数据，并通过高速计算，动态精密响应补偿系统需求的无功。应用先进的交流电波分析技术，能够在强干扰、强谐波等恶劣环境下，保证参数设定的正确性及工作的稳定性。具有 RS485、232远程通讯功能，液晶显示屏，操作简捷，处处为用户考虑，功能完备：监测、控制、数据备份、查阅、数据的转存并适用于常用处理软件的分析和利用，可实时分析该补偿装置系统的电流、电压、有功、无功、电抗器电流；具有过压，欠压保护，过流保护，采样电压掉线保护，外部接入故障保护、本体故障保护、电压越上下限报警、三相电流报警等保护。

1．2 磁控电抗器

磁控电抗器（MCR）是一种全新的无功补偿设备，含有晶闸管和二极管等电子元件及相应的控制系统，属于电力电子智能产品。MCR的渊源来自磁放大器以及传统的饱和电抗器，但是由于他们的响应速度慢、损耗大、噪音大、谐波大等缺点，长期以来没有得到广泛的应用，“磁阀”概念的提出，大大改善了饱和电抗器在损耗、噪音以及谐波等方面的性能，为饱和电抗器性能上的突破奠定了基础，而控制技术与电力电子在饱和电抗器中的创新应用，更是根本上改变了传统饱和电抗器响应速度慢和控制困难的缺点。

图2给出了MCR的原理示意图。

图2、MCR的原理示意图

从图中可以看出，MCR由一个四柱铁心和绕组组成，中间两个铁心柱为工作铁心，Nk为控制绕组，N为工作绕组。由于可控硅接于控制绕组上，其电压很低，约为系统额定电压的1%左右，从而大大提高了运行可靠性。当工作绕组两端接上交流电压时，控制绕组上就会感应出相应的电压，以Nk的匝数为N的1%计，可控硅T1和T2上的电压仅为工作电压的1%，在电压的正半周T1导通，在电压的负半周T2导通，通过控制T1、T2的导通角即可控制直流激磁。导通角越小，ik1和ik2越大，铁心饱和度越高，电抗器的感抗越小。因此，只要控制T1和T2的导通角大小，就可以平滑的调节MCR的容量。从图中，还可以看出MCR具有自耦励磁功能，省去了单独的直流控制源。MCR的另一特点是小截面铁心处于极限饱和状态。而其他铁心则处于不饱和状态，降低了有功损耗（约为额定功率的0.9%），降低了谐波含量（约为TCR的一半左右，通过简单的角接处理，谐波含量可以降至5%以下），噪声也比较小。

MCR主体采用优质硅钢片和漆包线，并采用低温升设计，具有极高的可靠性，可以做到正常使用10年以上，只需定期进行简单的常规检查即可确保设备长期稳定运行，维护工作量极小，维护难度小，维护成本极低。由于主体设备为油浸电抗器，采用室外安装方式，基建工作量非常小，基建投入降到*低。

1．3磁控电抗器执行单元

执行单元由电源变换、励磁通断控制、光电变换隔离单元组成，与电抗器安装连接结构示意图如图3所示，励磁系统工作电压极低，只有几百伏，电力电子元件全部采用进口优质低压元件，所有这些元件都高度成熟可靠，励磁系统自身具有完备的保护系统，可充分保证其运行的可靠与安全，励磁系统与主控制单元采用光信号进行控制和状态传输，保证系统具有很强的抗干扰能力和高度的可靠性。

图3 执行单元与电抗器安装连接结构示意图

图4给出了MCR型动态无功补偿装置的系统组成。

图3、MCR型动态无功补偿装置的系统组成框图

3)基本特点与参数

l        高度的可靠性，可以实现20年的基本免维护运行，大幅度降低维护、维修成本

l        快速响应能力，响应速度可以达到80ms。（附测试波形）

1.4 ZTBBZ补偿支路：

由并联电容器、干式空芯电抗器所组成，配合磁控电抗器的感性无功补偿，实现对系统无功功率的动态补偿功能。

2、装置的特点

l        高度的可靠性，可以实现20年的基本免维护运行，大幅度降低维护、维修成本。

l        快速响应能力，响应速度可以达到100ms。

l        调节范围大，可以达到50倍以上的调节范围。

l        占地面积小，安装方便，设备采用油浸方式，室外安装，自然冷却。

l        谐波小，对电网无污染，对现有电容器组无任何不良影响，便于改造场合充分利用现有设备。

l        过载能力强，可实现100%过载30秒，40%过载半小时。

l        损耗小，大容量MCR，损耗小于0.5%。

3、装置的功能

3.1 本装置可以工作于自动方式下，装置自动进行调容调压操作，对系统补偿动态跟踪。可以通过液晶显示屏查看主变运行情况、电流值、电压值和做事件记录功能。可以根据实时监测的主变的运行情况的实时运行工况，自动生成调容、控制策略，具有补偿精度高和响应快的特点。

3.2 无功补偿控制

3.2.1 按变电站当前的运行方式和监测的实时数据，自动调容、调抗，将功率因数控制在合理范围，将系统的电压控制在允许的范围内，达到电压的*大优化。

3.2.2 当变电站35kV母线停电时，可自动将电容器退出运行，当重来电后又可自动按需调节磁控电抗器。

3.2.3 当电力系统发生故障或电压异常时，可闭锁调抗。

3.3 主机事件记录功能

可以对电容器及磁控调节支路，调节操作及异常情况有事件记录的功能。

3.4 保护功能

3.4.1  能实时监测母线中电抗器的运行情况，并设有电抗器三相过流、温度、瓦斯等保护分闸和报警功能。

3.4.2  能实时监测母线中电容器的运行情况，并设有电容器三相过压、过流、过零序、欠压等保护分闸和报警功能。

3.4.3  各保护的定值，可在显示的画面上修改和查看。

3.4.4  保护发生后，保护单元可把保护事件形成记录上传给控制主机，供故障电容器闭锁和查看故障原因。

3.5  智能过零控制器

3.6  主机闭锁功能

3.6.3  在电容器、电抗器因保护而分闸后，对有保护报警的电容器（除欠压报警）、电抗器有闭锁再投入功能，直到人工给出复归指令为止，而且此期间不影响其它无故障设备的正常运行。

2.3.1.1静止型动态无功补偿装置（SVC）能根据系统电压及无功参数，保证功率因数在设置范围内，保证功率因数*佳，线损*小。

2.3.1.2静止型动态无功补偿装置（SVC）无功补偿容量能完全补偿变电所电气设备消耗的无功功率及35kV线路的无功损耗或容性充电无功功率。

2.3.1.3静止型动态无功补偿装置（SVC）运行过程中，或在自身发生故障时，该装置能确保不对系统电能质量、相关电力设备及周围环境造成不利影响。

2.3.2 保护

SVC配置的保护装置能实现以下如下保护：

2）过电压保护  

3）低电压保护

4）差压保护

5）电流速断

6）过流保护

7）瓦斯保护

8）温度保护

9）熔断器保护

第三章  供货范围

3.1.主要设备

供方向买方提供静止型动态无功补偿装置（SVC）1套SVC装置主要包含以下内容：

3.1.1 MCR部分

主要设备包括:

l        全数字控制系统1套(含故障自诊断系统)；

l        励磁控制箱1套；

l        磁控电抗器1台；

l        隔离开关带接地   1台

l        高压真空断路器 1台

l        电压互感器 3台

l        避雷器带放电计数器     3只

l        控制保护屏 1台

l        铝排及附件 1套

l        户外围栏   1套

3.1.2 ZRTBBX部分

ZRTBBX分为1组电容器支路，包括以下主要设备：

l        隔离开关   2台

l        真空断路器 2台

l        放电线圈 6台

l        避雷器     6只

l        干式空芯电抗器 2组

l        电容器    36台

l        喷逐式熔断器  36只

l        电容器安装框架  6组

l        铝排及附件 1套

l        户外围栏   1套

第四章  SVC的组成及特点

4.1 全数字控制系统

全数字控制系统采用柜式结构，通过采样系统电流电压，调节控制器的控制角，产生相应的的触发脉冲，调节主电抗器的无功功率，使功率因数维持在需要的水平，使电网电压保持稳定。

   特点：动态响应速度快、能连续调节无功功率、控制精度高、编程功能强。控制精度≤0.1电角度，响应时间小于100ms。

4.2 实时监控系统

5.2.1 监控系统提供友好的人机界面，实时显示系统工作状态；

5.2.2 监控仪采用多功能，具有丰富的指令系统，不但运算速度快，而且编程效率高，尤其具有不受CPU干扰的高速输入输出接口，大大提高了检测速度，并且采用了工业控制总线标准，和以往的数字电路的监控柜相比，体积小、显示直观、操作简单、安装方便、抗干扰能力强，并且具有标准的通讯接口可以和主控室的后台通讯，实行远方监控。

4.2.3 监控范围：

l        监控系统及光传输系统的自我检测。

4.2.4 后台监控系统及保护

保护功能：

l        SVC除装有过流保护外还设有以下保护：过电压保护；低电压保护；短路保护；开口三角电压保护。

l        控制电源、直流电源和控制系统等出现异常时均能发出报警信号和联跳开关。控制系统具备自诊断功能和各种故障信号。

4.3 磁控电抗器

4.3.1

MCR型静止无功补偿成套装置由MCR主控制单元、磁控电抗器（MCR）主体、磁控电抗器执行单元、智能式过零分合闸断路器、电抗器微机保护、电容器微机保护、电容器组、电抗器以及相关附属设备组成。（见图1）。

MCR主控制单元采集主变的电流、电压信号，实时计算系统无功和电压，自动判断识别系统运行方式，生成调容、调抗的*佳控制策略，并与电抗器调节配合，完成动态连续的无功补偿。

l        自动控制原理：根据自动控制器对系统的无功功率取样，自动调节磁控电抗器的晶闸管控制角，改变铁心的磁导率，使电抗值连续可调，从而实现无功平滑补偿。高度的可靠性，可以实现20年的基本免维护运行，大幅度降低维护、维修成本。

l        快速响应能力，响应速度可以达到100ms。

l        调节范围大，可以达到50倍以上的调节范围。

l        占地面积小，安装方便，设备采用油浸方式，室外安装，自然冷却。

l        谐波小，对电网无污染，对现有电容器组无任何不良影响，便于改造场合充分利用现有设备。

l        过载能力强，可实现100%过载30秒，40%过载半小时。

l        损耗小，大容量MCR，损耗小于0.5%。

在每相断口电压差等于零时投入电容器，每相断口通过电流过零时切除电容器，

减少了分合闸时的涌流和过电压。

●  手动、投切电容器功能

●  主机事件记录功能

●  电容器、微机保护功能

●  智能过零控制器

●  主机闭锁功能

4.5 ZRTBBZ电容器回路

4.5.1主要有隔离开关，真空断路器，放电线圈，电容器和干式空芯电抗器组成，电容器选用金属全膜介质的电容器，具有较高的场强和稳定性，电抗器采用国内**厂家优质产品，干式铁芯、自然冷却、线圈外部由环氧树脂。

4.7 系统总体性能

l        对于补偿装置可能注入系统的谐波电流，保证设备正常运行。

l        补偿装置运行过程中，或在自身发生故障时，该装置能确保不对系统、相关电力设备及周围环境造成不利影响。

第五章  SVC主要元器件的技术参数

5.1.MCR磁控电抗器

5.1.1型号：ZRBKSMC-35-7000KVAR

5.1.2执行标准： IEC289—1988  GB10229-88

5.1.3电抗器形式：油浸式

5.1.4三相额定容量：7Mvar；

5.1.5额定电压：35kV；

5.1.6*高工作电压：40.5kV；

5.1.7额定电流：115.47A；

5.1.8额定电感：   mH；

5.1.9长期过载倍数：1.1In；

5.1.10频率：50Hz；

5.1.11绝缘等级：F级；

5.1.12安装方式：户外；

5.5.干式空芯电抗器

5.5.1型号：CKGKL

5.5.2 类型：干式、空芯、防紫外线涂层

5.5.3 系统电压:  35kV；

5.5.4 电抗器额定电压: 35kV；

5.5.5 额定频率：50Hz；

5.5.6 爬电比距：≥25mm/kV；

5.5.7 电抗偏差：偏差不超过0～5%；

5.5.8 绝缘等级：F级；

5.5.9 工频损耗：≤3%电抗器额定容量（75℃时）；

5.5.10 声级水平：≤52dB(2米处) ；

5.6.并联电容器

5.6.1 型号：BAM14

5.6.2 电容器形式：全膜式  

5.6.3 安装地点：户外框架

5.6.4 系统额定电压:35kV

5.6.5 额定频率: 50Hz

5.6.6 接线方式：单星形接线

5.6.7 电容器单元额定容量： 500kvar

5.6.8 电容偏差：电容器允许的电容偏差为装置额定电容的0～＋5％。

5.6.9 工频稳态过电压能力

工频过电压

*大持续运行时间

1.1Un

长期

1.15Un

每24h中有30min连续

1.2Un

5min

1.30Un

1min

5.6.10 稳态过电流能力

电容器组成套装置能在方均根值不超过1.1×1.30IN的电流下连续运行。该电流系由1.1UN、电容值偏差及高次谐波综合作用的结果。

5.6.11 介质损耗角正切值（tgδ）

   电容器在0.9~1.1倍工频交流额定电压下，20℃时介质损耗角正切值全膜产品不大于0.0003。

5.6.12 电介质的电气强度

电容器端子间的电介质能承受下列两种实验电压之一，历时10s：

l        工频交流电压：2.15Un。

l        直流电压：4.3Un。

5.6.13 绝缘水平

电容器端子与外壳间的绝缘水平，能承受下列耐受电压值：

l        短时工频耐受电压（1min）95kV

l        雷电冲击耐受电压（1.2/50μs峰值）134kV

5.6.14 耐受短路放电能力

主回路中的电气设备、连接线及机械结构能耐受短路电流和电容器内部相间短路放电电流的作用而不产生热的和机械的损伤及明显的变形。

5.6.15 局部放电性能：

电容器的局部放电性能，能达到下列试验要求。

在常温下加压至局部放电后历时1s，降压至1.35倍额定电压保持10min，然后升压至1.6倍额定电压保持10min，此时，无明显局部放电。对于严寒地区应根据温度类别下限值，电容器在温度下限时局部放电熄灭电压不低于1.2倍额定电压。极对壳局部放电熄灭电压，不低于1.2倍*高运行线电压。

5.6.17 芯子*热点温度的要求：电容器芯子*热点的温度不高于60℃

5.6.18 耐受爆破能量：电容器外壳能承受大于12kJ的爆破能量。

5.6.19 密封性能

电容器的密封性能，足以保证在其各个部分均达到电介质允许的*高运行温度后，至少经历48h而不出现渗漏。

5.6.20引出端子及套管的要求

    电容器引出端子及套管能承受900N的水平张力。

5.6.21 *大允许容量：在计入稳态过电压、稳态过电流和电容正偏差等各因素的作用下，电容器总的容量不超过l.35倍电容器组额定容量。

5.6.22 环境保护要求

电容器的浸入渍剂符合国家环保部门的有关规定与要求

5.6.23 电容器外壳具有良好的防腐、防锈外层。

5.6.24 布置：户外框架

5.7.避雷器

5.7.1型号：HY5WR-51/134

5.7.2 避雷器额定电压：51 kV

5.7.3*大持续运行电压：40.8 kV

5.7.4标称放电电流：5 kA

5.7.5雷电冲击残压（8/20mS，5kA）： ?134kV（峰值）

5.7.6陡波冲击残压（1/3ms，5kA）：?105kV（峰值）

5.7.7操作冲击残压（30/60ms，500A）：?105kV（峰值）

5.7.8直流参考电压（1mA）： ?73kV

5.7.9方波冲击电流（峰值2ms方波,20脉冲)：400 A

5.7.10大电流冲击*小耐受能力 (4/10ms,2脉冲)：65kA（峰值）

5.7.11压力释放能力

l        大电流时的*小值(0.2S)：20kA

l        小电流时的*大值：800A

5.7.12*小总能量吸收能力(2脉冲)：5kJ/kV

5.7.13局部放电：在1.05倍持续运行电压下内部局部放电量≤50PC。

5.8.放电线圈

5.8.1型号：FDR3C-5*2+12*2

5.8.2型式：户外全密封油式三柱差压放电线圈

5.8.3额定电压： 10kV

5.8.4额定放电容量：10MVA

5.8.5二次电压： 100V

5.8.6额定输出标准值及准确级次：100VA，1.0级。

5.8.7 介质：全密封油式

5.8.8 用途：主要作为差压保护和放电、测量用，使电容器组脱开电源后，能在5s内将电容器组上的剩余电压降至50V以下。

5.9.干式电压互感器

5.9.1型号：JDZW-35 35000/√3 100/√3 100/3

5.9.2型式：户外干式电压互感器

5.9.3额定电压： 35kV

5.9.4极限输出：800VA

5.9.5二次电压： 100V

5.9.6额定输出标准值及准确级次：0.5/6P。

5.9.7 介质：环氧树脂浇注全绝缘全封闭

5.9.8 用途：主要作为磁控电抗器电压取样、测量用。

5.10.真空断路器

5.10.1型号： ZW7-40.5-1250-31.5

5.10.2型式：户外高压真空断路器

5.10.3额定电压：40.5kV

5.10.4电流变比：200/5 300/5 400/5  

5.10.5二次电流： 5A

5.10.6额定输出标准值及准确级次：O.5/10P10。

5.10.7 介质：环氧树脂浇注绝缘全封闭

5.10.8 用途：电容器组投切、电流互感器作用主要作为测量用，电流保护用。

5.11.隔离开关

为确保检修人员人身安全，在电容器组及磁控电抗器的电源侧，均装设检修用隔离开关，以提高安全可靠性。

5.11.1型号：GW4-40.5D

5.11.2型式：户外手动操作三相联动型带接地

5.11.3额定电压：35kV

5.11.4相数：3相

5.11.5额定电流：630A

5.11.6额定短时耐受电流：25 kA，3S

5.11.7额定峰值耐受电流：25kA（峰值）

5.11.8操作机构： 手动

5.11.9爬电比距（mm/ kV）： 25

5.11.10 户外安装

5.11.11机械寿命：在不进行机械调整、维修或更换元件的情况下，可连续操作次数不小于3000次。

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