华能茂明风电一期495MW动态无功补偿.doc

华能茂明风电一期49.5MW动态无功补偿发布日期：2010/1/19 12:50:00 来源：激情茂明 作者：崔巍 1 前言华能茂明风电场一期（49.5MW）工程项目位于内蒙古包头市达茂旗境内，风电场中心地理位置约为北纬4134，东经10952，场址海拔平均高程约1600m，场址中心位于白云鄂博矿区西南约25km，南距包头130km，距220kV望海变电站直线距离约20km。本工程为并网型风电场，建设规模为49.5MW，共安装33台1500kW的风力发电机组。风电场供电范围为内蒙古电网，采用1回220kV架空线路就近接入当地的220kV望海变电站与包头市电网并网。华能内蒙古茂明风场一期工程安装额定容量为100MVA的电力变压器1台。该变压器是将风机所发的电送入系统所用，高压侧接至220kV系统，低压侧于35kV母线相连接。茂明一期的无功动态补偿装置是由辽宁荣信电力电子股份有限公司提供并安装调试。2 无功功率电力系统中由于有电感元件存在，使得系统中的无功缺乏，因此需要电容器补偿无功。无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外做功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。2.1 无功功率补偿在电力系统中的作用（1）提高供电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。（2）稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。（3） 在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功可以平衡三相的有功及无功负载。2.2 无功补偿不足的电网存在以下几个问题（1）电网从远端传送无功；（2）负荷的武功冲击影响本地电网和上级电网的供电质量。因此，根据就地平衡无功功率的需要，电力系统一般要求对用电负荷进行必要的无功补偿，本期35kV母线装设两组容量为10Mvar晶闸管控制电抗器静止型动态无功补偿成套装置，以提高电力系统的带载能力，净化电网，改善电网电能质量。 3 动态无功功率补偿装置3.1 SVC控制系统的组成SVC控制系统由控制柜、脉冲柜和功率单元三部分组成。3.1.1 控制柜控制柜由数显表单元、微机监控单元、开关面板、主控单元、采样单元、输入输出单元、整流部分及柜内风机和照明组成。（1）数显表单元控制柜数字表从左到右依次显示TCR电流，系统电网电压，系统功率因数。（2）微机监控单元监控单元安装了设备监控软件软件，来监控各设备的运行情况。（3）开关面板开关板外观按照从左到右的顺序依次介绍如下：最左侧两个按钮为控制柜及脉冲电源开关，绿色为启动按钮，红色为停止按钮；中间旋钮为紧急旋钮，当设备发生紧急事故时旋转该按钮可以迅速切分断路器，分段高压；紧急旋钮右侧有4个指示灯，蓝色为电压指示，控制柜上电时点亮；黄色为故障显示，设备发生故障时点亮；红色为高压合闸指示，绿色为高压分闸指示。（4）主控单元主控单元是整个SVC控制的核心，实现了电网电压、电流等参数的采样、运算，最后得出晶闸管触发角，转化为光信号传送给脉冲柜。同时，主控单元以通讯方式将工控机设定的各种参数传给主控各单元功能卡，并把各板卡采集的信息反馈回工控机。（5）采样单元采样单元由1块电压互感器和5块电流互感器板组成。电压互感器实现压Uab、Ubc、Uca的当置处理，将PT输出的0 100V电压信号变换到5V，电流互感器实现网流、TCR电流以及滤波通道电流采样的前置处理，将CT输出的0 5A电流信号变换为5V电压信号，供主控单元使用。（6）输入/输出单元输入/输出单元为主控单元输入、输出的开关信号配备隔离继电器，同时为主控单元和采样单元提供直流电源。3.1.2 脉冲柜脉冲柜由指示单元、晶闸管检测单元、脉冲形成单元、光电转换单元、供电单元和低压导通试验单元组成。脉冲柜接收到主控柜给出的晶闸管触发信号后，驱动脉冲光电转换板，将光信号转换成电信号送给脉冲形成单元，在此形成六路强触发脉冲后经由阻抗匹配板送阀组柜分别触发六路晶闸管。与此同时，脉冲触发信号送脉冲检测板，在变换为光信号后反馈给控制柜，供其检测触发脉冲是否正常。3.1.3 功率单元由晶闸管、阻容吸收、热管散热器、脉冲变压器、BOD板和击穿检测板六部分组成。3.2 SVC工作原理SVC称为“静态型动态无功补偿器”，主要用于补偿用户母线上的无功功率。静态型动态无功补偿器（SVC）则可以快速平滑调节无功补偿功率的大小，提供动态的电压支撑，将SVC安装在风电场的出口，根据风电场接入点电压的偏差量来控制SVC补偿的无功功率，能够稳定风电场的节点电压，降低风电功率波动对电网电压的影响。控制柜采集现场的电压、电流信号，计算处理后发出触发信号，由脉冲柜接收到的晶闸管触发信号后，驱动脉冲触发光点转换板将光信号转换为电信号，再送给脉冲形成单元，经隔离变压器，使脉冲信号放大，在经由阻抗匹配板送阀组柜分别触发六路晶闸管，通过脉冲电缆，经脉冲互感器检测电缆电流，将感应出来的触发信号送至脉冲检测板，再次将其感应触发信号变换为光信号反馈给控制柜，以检测触发信号是否正常，再将其修正结果通过晶闸管的门极，来改变导通角，整定电流，再将整定电流流经相控电抗器，此时产生系统所需要的感性武功。电容滤波器有H3、H5次两组滤波通道。总安装容量28.2Mvar，基波补偿容量约20 Mvar，他们分别对应三次谐波电流和五次谐波电流进行滤波，H3、H5滤波通道的工作频率分别是147-148Hz和 247-248Hz,而三次谐波的电流和五次谐波电流的频率是150Hz和250Hz，那么H3、H5滤波通道对三次谐波的电流和五次谐波电流的阻抗就很小，对于原电路就会起到很大的分谐波电流作用，使谐波电流减小，从而达到滤波的目的。用Qs表示系统无功功率，用QF表示用户负荷感性无功功率,用QL表示晶闸管控制电抗器（TCR）感性无功功率,用QC表示电容器容性无功功率，上述平衡过程可以用如下公式表示：Qs = QF+ QL- QC=常数 = 0负荷工作时产生感性无功QF，补偿装置中电容器组提供的固定的容性无功QC，一般情况下后者大于前者，多余的容性无功有TCR平衡。当用户负荷QF变化时，SVC控制系统调节TCR电流从而改变QL值以跟踪（通过晶闸管的电流流过补偿电抗器，此时产生系统所需要的感性武功），实时抵消负荷无功，动态维持系统无功平衡。3.3 晶闸管及其控制电抗器（TCR）装置的组成和工作原理3.3.1 晶闸管 晶闸管是一种P/N/P/N四层三节晶体管，有阳极、阴极和门极三个电极（两侧为阴阳极，中间为门极），本场SVC装置共装设192个晶闸管。3.3.2 TCR有效补偿容量为20Mvar主要包括：全数字控制系统一套（含控制柜、触发柜各一面放置于阀组室）；晶闸管阀组一套；相控电抗器三台；TCR控制采样用电流互感器三台；控制系统与晶闸管阀组之间的专用电缆一套；TCR故障自诊断系统一套。3.3.3 TCR 基本结构是两个反并联的晶闸管和电抗器串联。晶闸管在电源电压的正负半周轮流工作，晶闸管的控制角（导通角）在90到180之间时，晶闸管受导控通（控制角在90完全导通，180时完全截止）。在网压基本不变的前提下，增大控制角将减小TCR电流，减小装置的感性无功功率；反之减小控制角将增大TCR电流，增大感性无功功率。3.3.4 TCR保护（1）操作过电压保护在每相晶闸管阀组两端加阻容吸收回路，吸收操作过电压。（2）BOD保护回路BOD器件是一种两端四层PNPN结构，可恢复可重复使用的雪崩击穿元件，当某种原因（主要是有触发回路引起的，某个触发脉冲的触发幅值不够或触发回路永久损坏时），没有开通的晶闸管两端电压上升到BOD动作电压（BOD的动作电压应大于系统的过电压，同事小于晶闸管的额定电压）时，雪崩元件击穿，击穿电流通过晶闸管控制极使晶闸管触发导通，从而保护了晶闸管。3.3.5 晶闸管的热管自冷装置晶闸管的热管自冷装置是一种高效的热管散热器，框架式结构，便于晶闸管的检修和更换。热管是一种极好的导热元件，内部抽成真空并装入少量无机介质，晶闸管在工作时产生热量，使热管的热端受热，内部介质蒸发并流到冷端，蒸汽液化成液体，在重力的作用下和毛细血管的作用下流回热端，循环使用。3.4 电容滤波器（FC）装置的组成和工作原理3.4.1 FC装置的结构FC的基本结构滤波电容器和滤波电抗器组成的串联谐振电路。主要设备：滤波电抗器6台（干式、空芯、铝导体）；滤波电容器安装容量28.2 Mvar；电容器组架2套（内含热镀锌骨架、防污绝缘子，母排、金属等）；氧化锌避雷器6台；3.4.2 FC保护（1）单台电容器采用内熔丝作为自身保护。其动作值为单台电容器额定电流的1.5倍，瞬时熔断切除故障电容器。（2）每组电容器采用不平衡电流保护，其整定时限0.5s，其动作出口指向分支回路的断路器。（3）氧化锌避雷器抑制操作过电压。（4）低电压保护。4 动态无功补偿（SVC）的基本操作流程4.1 投SVC设备时（1）启动功率单元空调，温度设定在19。（2）确认高压开关处于分离状态。（3）巡视功率贵单元，查看有无异常状况。（4）功率柜室空调运行30分钟后，接通交流380V系统供电电源。（5）确认同步电压和系统供电电源正确无误后，接通控制柜后的交流进线的空气开关和直流进线空气开关。（6）开启工控机电源，待工控机启动后，启动SVC监控系统软件。（7）系统运行正常后，投运TCR高压。投高压后控制柜高压合指示灯亮。（8）启动脉冲。点击上位机监控界面的启动按钮，发触发脉冲。监控界面的右下角“启”后红灯亮，脉冲柜脉冲指示灯亮。（9）由低次到高次依次投运电容器。投运电容器的同时，观察数字电流表的值，如果有异常值出现， 立即扭动急停按钮。电容器投运后，系统投运成功。4.2 切SVC时（1）切电容器。由高次到低次依次切掉电容器的高压开关，同时查看数字电流表，如果有异常情况，立即旋动急停按钮。（2）停止发脉冲，点击上位机监控界面的停止按钮，停触发脉冲。监控界面的右下角“停”后红灯亮，脉冲柜脉冲指示灯亮熄灭。（3）切TCR高压，在高压开关柜停止运行高压，控制柜上高压分指示灯亮。（4）关SVC监控软件。（5）按下控制柜工控机下面的红色按钮停止下位机，断开控制柜后面的交流碱性空气开关，SVC设备停止运行。（6）如果需再次投运SVC设备，需要间隔15分钟，电容器后面的放电线圈，供电容器放电，但15分钟后电容器的残余电压仍大于75V；如果要进设备区检修，必须将中性点接地，目的是为了将电容器内部的残余电荷通过接地放光，以保证检修人员的安全。5 安装调试出现的问题SVC厂家来茂明风场做SVC安装与调试，一共出现过4次晶闸管击穿。第一次，SVC厂家在晶闸管安装完毕后，做完低压试验，做高压试验时，晶闸管击穿报警，经现场厂家人员分析，初步认为是个别晶闸管的质量问题。第二次晶闸管击穿，厂家从荣信公司带来了新的晶闸管，将击穿的晶闸管换下，高压试验做了没多久，部分晶闸管再一次发生击穿。第三次晶闸管击穿，厂家又一次将击穿的晶闸管换下，高压试验做了也没多久，部分晶闸管又一次发生击穿。这次晶闸管的击穿已经代表不是个别质量的问题，他们将这次事件上报给总公司，经总公司专家鉴定分析，发现这批晶闸管都存在一定的质量问题，于是将场内所有的晶闸管都更换了新的产品。第四次，更换完新的晶闸管，高压试验没多久晶闸管又击穿了，他们又将这次事件上报给总公司，经总公司专家鉴定分析，认为可能是容量的不足导致晶闸管的击穿，于是决定将茂明风场的原来400A的晶闸管换成了现在700A的晶闸管，结果高压实验顺利通过，SVC可以正式运行。所谓低压试验是指，在AB、BC、CA相阀组两侧加上一定得低等级电压，用万用表检测每一个晶闸管两侧的电压是否均值，如果每一个晶闸管分得的电压不均等，则需要重新检查阀组。所谓高压试验是指，给阀组室通上高压电，在一定时间内看阀组是否能正常的安全的工作。6 SVC总结风电场在选择动态无功补偿装置时，要全面考虑本场的电压等级，负荷的多少，工作的环境和运行工况等要求来选择最佳的SVC成套装置。这样，SVC成套装置在不同组合的投切下，才不会引起高次谐波震荡及有危害的谐波放大，同时也能延长SVC成套装置的使用寿命，也能更好的完成动态无功补偿。另外，由于阀组室的热管散热器、电阻和晶闸管等要散热，所以室内温度要控制在19左右，尽量不要超过30，室温超过35会发出报警，快到40的时候就会自动从系统中切除。所以，必须控制好阀组室的室温，才能保证SVC的安全运行。7 结束语参加工作已经2月有余了。2个月，对于万里长征而言，这只是个开始，后面还有很长的路要走。我喜欢这样的团队，那是因为我们这支团队是一支具有团结、和谐、具有大胆创新的团队，当然在这样的队伍里，也会面临很多的挑战。平淡无奇的生活的确很安逸，但是只有在挑战中才