柜式自动投切无功补偿装置

1、柜式自动投切无功补偿装置介绍 部门/发言人/：技术部/王栋 2012-03-23 内容提要 二、柜式无功补偿的应用场合 一、无功补偿装置的发展概述 三、柜式无功补偿的控制原理 四、柜式无功补偿装置结构介绍 六、柜式补偿装置设计注意事项 五、二次元器件及控制回路介绍 同步调相机 并联电容器 补偿装置 静止无功补 偿装置(SVC) 静止无功发 生器（SVG) 晶闸管控制电抗器+固 定电容器（TCR+FC) 晶闸管控制电容器 （TSC) 磁控电抗器+ 固定电容器 （MCR+FC) 调压型并联电容器 补偿装置和分组自 动投切补偿装置 无功补偿的发展阶段 电压无功自 动投切补偿 装置 无功补偿装置的发展

2、概述 无功补偿装置的发展概述 1、同步调相机是早期无功补偿装置的典型代表，这种补偿 装置不仅能补偿固定的无功功率，还能对变化的无功功率进 行补偿，由于补偿容量的局限性，以及补偿手段的陈旧，逐 渐被市场淘汰 2、并联电容器装置的迅速发展，并联电容器装置已成为目 前输配电系统中主要的补偿装置。并联电容器与相应的控制 技术与投切开关的结合，并联电容器补偿装置逐步向自动化 发展。目前市场上并联电容器主要有固定补偿、分组自动投 切和调压式三种形式的补偿装置，根据安装环境等要求主要 分为户外框架式、户外箱式、户内柜式等类型。 无功补偿装置的发展概述 2.1、分组投切自动补偿装置概述 局限性：真空开关和接触

3、器的投切，涌流大，响应速度 较慢，开关寿命低，对电容器冲击大，不能实现连续无 级调节。只能适用与负载波动不大的配电系统。 分组投切补偿装置是控制技术与投切开关相结合，根据 无功缺损动态监测，利用真空开关或接触器控制投切相 应容量的电容器。 补偿原理： Q=Q1+Q2+QN 无功补偿装置的发展概述 2.2、调压式自动补偿装置概述 局限性：不能实现连续无级调节；变压器受涌流冲击和 谐波影响，可靠性下降。无法实现滤波，甚至可能引起 谐振的危险。 利用有载调压变压器（自耦式）调节电容器两端的电压， 实现容性无功功率的调节；是细化了的分组自动投切， 补偿原理： Q= CU2 =2f 改变电容器端电压来调

4、节无功输出，实现自动补偿。 一般调压器为9档，调压范围为50%-100%。 无功补偿装置的发展概述 调压式补偿装置原理图： 无功补偿装置的发展概述 调压式补偿装置布置图： 无功补偿装置的发展概述 3、静止无功补偿装置(SVC) 目前市场上SVC补偿装置有两类：MCR-SVC TCR-SVC 这两种装置都能实现无功的连续无级调节，对波动性叫 频繁的负载能实现动态补偿，相应时间小于20ms. 静止无功补 偿装置(SVC) MCR-SVC TCR-SVC 无功补偿装置的发展概述 3.1、 TCR型SVC动态无功补偿装置 TCR是利用晶闸管控制相控电抗器，是通过控制晶闸管的导通角和 导通时间，以控制流

5、过电抗器电流的大小和相位，实现感性无功的 连续可调，从而实现容性无功的动态补偿。 TCR型SVC的工作原理： TCR型SVC如图接入系统中，电容器提供固定的容性无功Qc，补 偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出感性无功QTCR的大小， 感性无功和容性无功相抵消，只要能做到系统无功QN = QV （系统 所需）- QC + QTCR =常数（或0），则能实现电网功率因数=常数， 电压几乎不波动，准确控制晶闸管的触发角，得到所需的流过补偿 电抗器的电流，晶闸管变流装置和控制系统能够实现这个功能，采 集母线的无功电流值和电压值，合成无功值，和所设定的恒无功值 （可能是0）进行比较，计算得触发角大小

6、，通过晶闸管触发装置， 使晶闸管流过所需电流。 无功补偿装置的发展概述 TCR型SVC的工作原理图： QN = QV - QC + QTCR =常数 QN系统无功功率； QV 负载无功功率 QC 滤波无功功率： QTCR TCR产生无功功率 无功补偿装置的发展概述 TCR型SVC的系统图： 该装置占地面积大；晶闸管发热量大，需要辅助冷却设备；自身产 生的谐波量大，需要配备专用滤波设备；成本高、价格昂贵；电子 元器件寿命短，维护费用大。 无功补偿装置的发展概述 3.1、MCR型SVC动态无功补偿装置 MCR是利用磁控电抗器电抗值连续可调，实现感性无功的连续可调， 从而实现容性无功的动态补偿。 结

7、构上分为磁阀式、裂芯式和磁 控式。目前最常用的为磁控式。 MCR型SVC的工作原理： 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。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，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。 无功补偿装置的发展概述 MCR型SVC的系统图： MCR由于可控硅接于

8、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。 高可靠性，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。 无功补偿装置的发展概述 4、 静止无功发生器SVG SVG装置由基于IGBT的链式逆变器、直流电容器、空心电抗器、断 路器以及冷却系统等辅助装置组成。主电路实现模块化和冗余化， 6KV的设备共由24个单元组成，10KV的设备共由36个单元组成，每 个单元由完全相同的H桥IGBT组成。且系统中系统中有一组单元为 备用单元，可随时替换故障单元。装置系统图如下： 无功补偿装置的发展概述 串联链式模块：(以9单元为例) 无功补偿装置的发展概述 静止无功

9、发生器SVG工作原理 SVG的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件（IGBT）组成自 换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交 流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以 使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的 目的。表1为SVG的三种运行模式 柜式无功补偿装置的应用场合 电力系统功率模型 电源 输电线 M 电力用户 降压 变压器 PG+jQG 有功功率（kW）：用于做功和发热损耗的那部分电能。例如： 转换成机械能、热能、光能等；方向：电源至负载。 一个周期的平均功率大于零。 无功功率（kVar）：用于电路内电场与磁场交换的那部分电 能。

10、 方向：上半周期从电源至负载，下半周期从负载至电源。 一个周期的平均功率等于零。 交流发电机 输出的功率 (视在功率： 容量)（kVA） 电能形成 （电源） 电能转换 （负载） 升压 变压器 P+j Q PL+jQL 柜式无功补偿装置的应用场合 高压柜式自动投切无功补偿装置适用于负荷波动较大但不频繁的 负载特性，主要用于电力系统末端用户变电站35kV、110kV、 220kV变电所及用户配电所10KV母线端。 柜式无功补偿装置的应用场合 补偿方式： 1、集中补偿：装设在企业或地方总变电所10KV母线上，可减少 高压线路的无功损耗，而且能提高本变电所的供电电压质量。 2、分散补偿：装设在功率因数

11、较低终端变、配电所的高压或低 压母线上。这种方式与集中补偿有相同的优点，但无功容量较小， 效果较明显。 3、就地补偿：装设在异步电动机或电感性用电设备附近，就地 进行补偿。这种方式既能提高用电设备供电回路的功率因数，又 能改变用电设备的电压质量。 柜式无功补偿装置的控制原理 无功补偿自动投切控制方式 1、柜式无功补偿装置具有以下三种工作方式： 手动、自动、遥控 2、柜式无功补偿装置控制投切依据： 2、1按时间控制：这种控制方式是按照变电所 负荷按时间变化来选择电容器的投切，这种 控制器适用于变电站负载投运时间段比较规 律且稳定的变电站。按照预先设定的时间段 来投切电容器。 柜式无功补偿装置的控

12、制原理 2.2按无功控制：根据用户负荷变化，动态监测电网 无功缺额， 是依据无功缺损额来判据电容器的投切。 柜式无功补偿装置的控制原理 电压低于投入门限电压（电压下限）高于欠电压值， 投入电容器 电压高于切除门限电压（电压上限）低于过电压值， 切除电容器 2.3按电压控制：控制器按照电压高低投切电 容器。 柜式无功补偿装置的控制原理 2.4按电压无功综合控制：电压无功投切主要是控制 器按照电压和无功缺额的多少投切电容器。主要判 据是依据电压无功九区控制模式。 柜式无功补偿装置的控制原理 0区、3区、7区：电压合格，无功偏少时投电容，无功偏多时 切电容。 1区、2区、8区：电压偏高，为防止投切振

13、荡，闭锁投入，无 功偏多时切电容。 4区、5区、6区：电压偏低，为防止投切振荡，闭锁切除，无 功偏少时投电容。 9区：电压偏低，强投电容以调压。 10区：电压偏高，强切电容以调压。 11区：电压过低，切除在投电容，闭锁电容投入（欠压保护）。 12区：电压过高，切除在投电容，闭锁电容投入（过压保护）。 电压无功控制这种方式是大多数变电站选择使用的控制方式。 主要的依据是在电压合格的情况下根据无功的缺损来判断电容 器的投切。 柜式无功补偿装置的控制原理 1区 2区 3区 4区 5区 6区 7区 9区 强投区域 强切区域 UQ UQ UH UL COSH (QL) COSL (QH) 8区 Q O

14、U 柜式无功补偿装置的控制原理 等容投切控制：循环投切：电容器按顺序循环投切。 3、柜式无功补偿装置的投切控制方式： 编码投切控制方式：在控制器内设置每组控制电容器 的容量，按无功缺损额选择相应容量的电容器投切。 遵循滤波投切电容器的控制方式，先投低次调谐支路， 由低次至高次调谐支路依次按顺序投，切按高次至低 次顺序切，遵循先投后切。 柜式无功补偿装置的控制原理 监测单元通过监测母线电压电流信号，利用运放电路的到反应相 位差的方波信号，传给主空单元，微处理器经过逻辑运算得到电 网功率因数等相关参数，输出命令给执行电路。 自动投切装置的控制原理 信 号 相位监 测电路 微处理 器 输出电 路 c

15、os 显示 参数设 定 投切电 容器 故障告 警 检测单元 主控单元 执行单元 柜式无功补偿装置的控制原理 相位检测和功率因数的计算 目前自动投切控制装置采样信号为母线两相电压与另一相电流，来判 据电网功率因数及无功缺损。由向量图可以看出， UA UBC ，即 +=/2。一般情况比较大，检测可以提高精度，利用与的互余 关系得到系统的功率因数cos 。 柜式无功补偿装置的结构介绍 1、分组自动投切柜式装置结构 目前我公司生产的高压柜式自动投切无功补偿装置按照电网负 荷特性，采用电压无功综合控制器（VQC）控制接触器或断路 器投切电容器组，并配以分组的微机保护单元，使电容器组可 靠保护。根据负荷波

16、动特性。优化分组数，可配置2-8组 ，根据 电网功率因数的变化，投切相应容量的电容器组，实现最优化 补偿。 分三组自动投切一次系统图 柜式无功补偿装置的结构介绍 分组自动投切柜式装置布置图 柜式无功补偿装置的结构介绍 分组自动投切柜式装置布置图 柜式无功补偿装置的结构介绍 分组自动投切柜式装置补偿柜内部元器件布置图 柜式无功补偿装置的结构介绍 分组自动投切柜式装置控制柜内部元器件布置图 柜式无功补偿装置的结构介绍 分组自动投切柜式装置产品 柜式无功补偿装置的结构介绍 1、固定投切柜式装置结构 固定式补偿装置主要用于电力公司配电所，适用于电 网负荷变动较小的负荷特性以及电动机负载的就地补偿。 柜

17、式无功补偿装置的结构介绍 固定投切柜式装置补偿柜内部元器件布置图 二次元器件及控制回路介绍 自动投切补偿装置二次采样介绍 二次元器件及控制回路介绍 自动投切补偿装置二次闭锁回路介绍 二次元器件及控制回路介绍 自动投切补偿装置二次控制回路介绍 二次元器件及控制回路介绍 自动投切补偿装置二次保护回路介绍 自动投切补偿装置保护类型 1、过压、欠压保护 动态监测电网电压变化，超过设定值或者低于电压 设定值时保护发出切断命令。 过压设置：1.1倍的电容器额定电压 延时120s 欠压设置：0.8倍的电容器额定电压 延时1s 二次元器件及控制回路介绍 自动投切补偿装置二次保护回路介绍 2、过流、延时速断保护

18、 动态监测装置各相电流变化，超过设定值或者低于电 压设定值时保护发出切断命令。 延时速断设置：4倍的电容器额定相电流 延时0.2s 过流保护设置：1.3倍的电容器额定相电流 延时1s 二次元器件及控制回路介绍 自动投切补偿装置二次保护回路介绍 3、开口三角电压保护 用放电线圈检测电容器端电压，单某一电容器内部元 件击穿或者对壳击穿，便会产生不平衡电压。见视频。 整定设置：按公式整定 延时0.5s 柜式补偿装置设计注意事项 柜式补偿装置设计中主要注意以下几个方面 1、设计中柜体尺寸定位要满足带电间隔和爬电距 离的要求，在确定容量后，要对柜体内部元器件做 布置，确定最终柜体尺寸。 2、控制器选型要

19、注意采样回路电流互感器的变比。 跟设计方或者用户沟通确认电流采样信号的二次电 流为5A还是1A 3、柜式补偿装置设计要了解安装使用地海拔高度， 对元器件耐压做海拔修正，柜内母排相间距及相对 地距离都应满足海拔修正后的距离要求 柜式补偿装置设计注意事项 柜式补偿装置设计中主要注意以下几个方面 4、设计中保护用电力互感器的额定电流选取一般 为该组电容器额定电流的2倍。在设计时要注意电 流互感器的选择。 5、柜内母排选择应满足要求，母排额定载流量应 大于该组电容器额定电流的2倍，电容器与放电线 圈与分支母排的连接应采用镀锡铜绞线(软连接）。 铜绞线的额定载流量应大于该相电容器额定电流的 1.5倍。

20、6、柜式装置中隔离刀的位置要满足可便携操作位 置。柜门隔离刀等都应满足五防闭锁要求。 线路无功补偿装置 柱上式补偿装置介绍 配电型氧化锌避雷器：用于 整套装置的雷击过电压保护。 跌落式熔断：用于装置的相 间短路保护。 真空断路器：用于装置投切， 以及开断电流，和失压保护。 电容器氧化锌避雷器：用于 装置的操作过电压保护。 高压并联电容器：柱上式补 偿装置的核心。 穿心式或开启式电流互感器： 用于控制器电流采样。 户外电压互感器：用于控制器 电流采样。 无功补偿控制器：装置的 CPU， 用于投切控制以及过流、速断、 过压、欠压、缺相等保护。并通 过通讯向后台传送数据。 后台终端系统：用于系统的测量， 以及对装置的控制，与控制器相 结合，实现“四遥”功能。 穿心式电流互感器：用于装 置的过电流及速断保护。 系统图 柱上式补偿装置介绍 一次系统图一次系统图 此套装置分三组投切，一组固此套装置分三组投切，一组固 定补偿，两组调压补偿，三种定补偿，两组调压补偿，三种 容量组合。同时具