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1 用戶(hù)現場(chǎng)工況情況

1.1變、配電所現場(chǎng)電源情況

（1）無(wú)功補償原則

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

（2）平面布置情況

66kV采用支持絕緣子調整導線(xiàn)高度。主變壓器采用室外低式布置。66kV配電裝置采用戶(hù)外組合式 GIS電氣設備，中型布置。33kV饋線(xiàn)采用電纜出線(xiàn)。所內設置運輸道路，便于大型設備的運輸。室外電氣設備區鋪設礫石，變電所對角線(xiàn)處設置避雷針，用于室外設備的直接雷保護。所區圍墻為實(shí)體圍墻，圍墻高度為2.5m，圍墻頂部安裝防盜刺絲滾籠設施。

（3）保護配置

66kV側采用集中組屏保護，33kV側采用分散組屏保護。主變壓器采用變壓器微機保護裝置，由差動(dòng)保護、后備保護及測控組成，設有差動(dòng)，非電量、復合電壓閉鎖66kV過(guò)電流高壓側后備保護，復合電壓閉鎖33kV過(guò)電流低壓側后備保護，并作用于事故信號和預告信號的保護功能。變電所33kV側饋線(xiàn)采用饋線(xiàn)微機綜合保護裝置，每個(gè)饋線(xiàn)單元設有電流速斷、過(guò)流、失壓保護功能和一次自動(dòng)重合閘功能。

（4）變、配電高低壓設備選型

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(kāi)關(guān)柜采用中置式金屬封閉空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜。直流電源裝置采用智能型高頻開(kāi)關(guān)、閥控式鉛酸免維護蓄電池裝置。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化開(kāi)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家保護區內，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，雨季經(jīng)常暴雨傾盆，遍地成河。對設備正常運行提出更高的要求。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)功補償控制系統

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)功補償控制系統，用于變電所無(wú)功補償和治理閃變，設備一次成功投運，達到了預期目的。

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

高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償控制系統采用現代電力電子、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變換的功率解耦算法，以設定的無(wú)功性質(zhì)及大小、功率因數、電網(wǎng)電壓為控制目標運行，動(dòng)態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化調節無(wú)功輸出，并能實(shí)現曲線(xiàn)設定運行，提升電網(wǎng)質(zhì)量。是目前國內外較為先進(jìn)的無(wú)功補償裝置，這種基于電壓型PWM變流器的補償裝置實(shí)現了無(wú)功補償方式質(zhì)的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過(guò)電力電子器件的高頻開(kāi)關(guān)實(shí)現無(wú)功能量的變換。

高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償控制系統易操作、高性能、高可靠性，為滿(mǎn)足用戶(hù)對提高輸配電電網(wǎng)的功率因數、治理諧波、補償負序電流的迫切需求做出相應設計，具有以下特點(diǎn)：

●   模塊化設計，安裝、調試、設定簡(jiǎn)便。

●   動(dòng)態(tài)響應速度快，響應時(shí)間≤5ms。

●   在補償容量足夠的前提下，輸出電流諧波（THD）≤3%。

●   多種運行模式極大的滿(mǎn)足用戶(hù)需求，運行模式有：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)功率因數模式、恒考核點(diǎn)電壓模式、負載補償模式，目標值可實(shí)時(shí)更改。

●   實(shí)時(shí)跟蹤負荷變化，動(dòng)態(tài)連續平滑補償無(wú)功功率，提高系統功率因數，實(shí)時(shí)治理諧波，補償負序電流，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。

●   抑制電壓閃變，改善電壓質(zhì)量，穩定系統電壓。

●   電路參數精心設計，發(fā)熱量小，效率高，運行成本低。

●   設備結構緊湊，占地面積小。

●   主電路采用IGBT組成的H橋功率單元鏈式串聯(lián)結構,每相由多個(gè)相同功率單元組成，整機輸出由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)調整載波頻率，自適應環(huán)境和功率變化。

●  小于0.2A的補償精度。

●   采用冗余性設計和模塊化設計，滿(mǎn)足系統高可靠性的需求。

●   功率電路模塊化設計，維護簡(jiǎn)單，互換性好。

●   保護功能齊全，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、單元過(guò)熱、不均壓等保護，并能實(shí)現故障瞬間的波形錄制，便于確定故障點(diǎn)，易維護，運行可靠性高。

●   人機界面設計采用windows系統的操作模式，功能菜單以及各種功能按鍵均按照電腦的操作習慣設計。界面友好顯示，對外通訊提供了RS485等接口，采用標準Modbus通訊協(xié)議。除具有實(shí)時(shí)數字量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線(xiàn)記錄查詢(xún)、單元狀態(tài)監控、系統信息查詢(xún)、歷史故障查詢(xún)等功能外，還具有送電后系統自檢、一鍵開(kāi)停機、分時(shí)控制、示波器（AD通道強制錄波）、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。

●   設計包含與FC配合使用的接口，實(shí)現定補和動(dòng)補的有效結合，為用戶(hù)提供更經(jīng)濟，更靈活的補償方案。具有4組FC接口控制功能，在控制上可以根據實(shí)際情況設置4組FC支路的投切順序，并實(shí)時(shí)監測FC的故障狀態(tài)，實(shí)現了SVG+FC系統的智能控制。

●   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TI和ALTERA公司的優(yōu)質(zhì)DSP芯片和FPGA芯片，實(shí)現了3核控制技術(shù)，其中3片DSP芯片分別處理對外通訊，主控計算，功率單元控制，三片FPGA配合DSP實(shí)現大量的數據處理和數據交換，基于這種構架的產(chǎn)品，整機響應速度達到了容性功率到感性功率突變時(shí)間只需要3.7ms。

●   與系統連接時(shí)，不需要考慮交流系統相序，連接方便。

●   可并聯(lián)安裝，極易擴展容量。并機運行使用光纖通訊，通訊速度快，能夠完好的滿(mǎn)足實(shí)時(shí)補償的要求。整機擴容簡(jiǎn)單易行，特別是改造現場(chǎng)和未生產(chǎn)現場(chǎng)，若SVG投運后發(fā)現功率不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，可以隨意擴容，不需要將設備完全拆除，只需要更換功率單元即可實(shí)現增容，另外在一個(gè)現場(chǎng)若有多臺設備，可以十分方便的實(shí)現以太網(wǎng)組網(wǎng)，或通過(guò)高速光纖實(shí)現主從控制。

2.2 高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償控制系統技術(shù)指標

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

2.3系統結構

高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償控制系統產(chǎn)品的主電路采用鏈式拓撲結構，模塊化的結構設計，采用星型連接，星型接法的結構示意圖如圖3所示。

圖3 FGSVG電氣結構示意圖

控制柜與功率柜信號通過(guò)光纖進(jìn)行隔離控制，實(shí)現了高低壓的可靠隔離。產(chǎn)品系統對結構上做出了極大的改進(jìn)處理，使維護更方便。控制柜進(jìn)行了嚴格的抗干擾處理，保障控制系統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，極大節省了用戶(hù)設備空間，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)現了統一設計，方便產(chǎn)品的擴展及穩定性。各電壓等級的裝置由控制柜、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)功補償控制系統能夠準確測量電力系統的電壓、電流等參數，迅速計算出電力系統的無(wú)功，進(jìn)而計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同步裝置采集系統母線(xiàn)電壓信號，然后對此信號進(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，然后對所剩基波進(jìn)行方波變換，從而得到與母線(xiàn)電壓基波相位一致的方波信號（同步信號）。監控裝置負責監視SVG各功率單元的工作狀態(tài)，例如直流電容電壓、功率單元內空氣溫度等。觸發(fā)裝置負責接收調節裝置傳來(lái)的SVG工作移相角并將觸發(fā)信號編碼后下發(fā)給各功率單元。站控將SVG所有運行信息進(jìn)行打包封裝和存儲，為操作人員提供一個(gè)直觀(guān)的界面。

產(chǎn)品采用了先進(jìn)的數字化標準載波移相技術(shù)，總輸出波形正弦度好，dv/dt小，諧波成分含量小，可減少對電纜的絕緣損壞，在輸出側無(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綜合測試評價(jià)

3.1節能效益明顯

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

對比SVG投運前后（SVG投運一個(gè)月和停運一個(gè)月效果對比）的繳費情況

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

（2）SVG投運后，無(wú)功率因數考核罰款。

通過(guò)對比，計算得知，SVG投運后產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，每年大約節約功率因數考核罰款13萬(wàn)左右。圖5為SVG退出運行時(shí)，月度功率因數（低于0.9）罰款，已用紅線(xiàn)標出。

圖5 SVG退出運行時(shí)，月度功率因數（低于0.9）罰款

圖6為SVG投運月度，電費單，無(wú)功率因數罰款。

圖6 SVG投運月度，電費單，無(wú)功率因數罰款

3.2 治理閃變情況

當機車(chē)快速通過(guò)時(shí)會(huì )由于負荷波動(dòng)引起電壓波動(dòng)，加之雨季時(shí)架空線(xiàn)路存在瞬時(shí)放電現象從而使電壓跌落現象更頻繁，幅度也更大。現場(chǎng)電壓高于額定90%即為正常值，當跌落至90%以下時(shí)，即影響變電所設備安全運行，此時(shí)現場(chǎng)故障錄波記錄下電壓跌落數據信息。

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

圖7 SVG未投運時(shí)，電壓閃變波形

SVG投入運行時(shí)，實(shí)時(shí)檢測網(wǎng)電電壓，當SVG檢測到電壓跌落時(shí)，會(huì )實(shí)際根據需要，在5ms內自動(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SVG檢測到電壓升高時(shí)，會(huì )實(shí)際根據需要，在5ms內自動(dòng)跟蹤投入適量容量感性無(wú)功，用來(lái)穩定電網(wǎng)電壓。SVG支撐電壓時(shí)，無(wú)功階躍曲線(xiàn)圖如圖8所示。

圖8  SVG支撐電壓時(shí)，無(wú)功階躍曲線(xiàn)圖

圖9  SVG投運后，電壓閃變時(shí)，穩定電壓的效果圖

應用證明，SVG投運后，以其快速響應的投入方式補償電壓，電壓跌落情況大大減少，治理電壓閃變效果非常明顯。SVG的運行，有利于整個(gè)變電所設備的穩定運行，對提高變電所整個(gè)系統的穩定性和可靠性提供了關(guān)鍵的支撐作用。

4結束語(yǔ)

隨著(zhù)“一帶一路”的推進(jìn)，沿線(xiàn)很多現場(chǎng)都采用弱電網(wǎng)供電，用電成本特別高，所在國家電網(wǎng)考核嚴格，采用SVG補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(mǎn)足要求。對礦山高能耗用電設備、變電所等采用SVG補償，不僅能降低供電成本，而且提高了設備以及弱電網(wǎng)系統的可靠性。新風(fēng)光FGSVG高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補償及諧波治理系統在野外礦山弱電網(wǎng)中有著(zhù)廣闊的推廣潛力。