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1 用戶現(xiàn)場工況情況

1.1變,、配電所現(xiàn)場電源情況

（1）無功補償原則

肯尼亞鐵路某鐵路66/33kV變電所采用高壓集中無功補償裝置,，箱式變電站采用低壓集中無功補償裝置，個別大負(fù)荷,、低功率因數(shù)的用電設(shè)備設(shè)就地補償裝置,。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)置運輸?shù)缆?，便于大型設(shè)備的運輸,。室外電氣設(shè)備區(qū)鋪設(shè)礫石，變電所對角線處設(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,，由差動保護(hù)、后備保護(hù)及測控組成,，設(shè)有差動,，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),，并作用于事故信號和預(yù)告信號的保護(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,，雨季經(jīng)常暴雨傾盆，遍地成河,。對設(shè)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高壓動態(tài)無功補償控制系統(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）型高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng),，用于變電所無功補償和治理閃變，設(shè)備一次成功投運,，達(dá)到了預(yù)期目的,。

2.1高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢

高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)采用現(xiàn)代電力電子、自動化,、微電子及網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù),，采用先進(jìn)的瞬時無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)定的無功性質(zhì)及大小,、功率因數(shù),、電網(wǎng)電壓為控制目標(biāo)運行，動態(tài)的跟蹤電網(wǎng)電能質(zhì)量變化調(diào)節(jié)無功輸出,，并能實現(xiàn)曲線設(shè)定運行,，提升電網(wǎng)質(zhì)量。是目前國內(nèi)外較為先進(jìn)的無功補償裝置,，這種基于電壓型PWM變流器的補償裝置實現(xiàn)了無功補償方式質(zhì)的飛躍,。它不再采用大容量的電容、電感器件,，而是通過電力電子器件的高頻開關(guān)實現(xiàn)無功能量的變換,。

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

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

●   動態(tài)響應(yīng)速度快，響應(yīng)時間≤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足用戶需求,，運行模式有：恒裝置無功功率模式,、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數(shù)模式,、恒考核點電壓模式,、負(fù)載補償模式，目標(biāo)值可實時更改,。

●   實時跟蹤負(fù)荷變化,，動態(tài)連續(xù)平滑補償無功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù),，實時治理諧波,，補償負(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,，發(fā)熱量小，效率高,，運行成本低,。

●   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的補償精度,。

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

●   功率電路模塊化設(shè)計,，維護(hù)簡單,，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)，并能實現(xiàn)故障瞬間的波形錄制,，便于確定故障點,，易維護(hù),，運行可靠性高,。

●   人機(jī)界面設(shè)計采用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,。界面友好顯示,，對外通訊提供了RS485等接口，采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊協(xié)議,。除具有實時數(shù)字量及模擬量的顯示,、運行歷史事件記錄、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(shè)計包含與FC配合使用的接口,，實現(xiàn)定補和動補的有效結(jié)合,，為用戶提供更經(jīng)濟(jì)，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(jù)實際情況設(shè)置4組FC支路的投切順序，并實時監(jiān)測FC的故障狀態(tài)，實現(xiàn)了SVG+FC系統(tǒng)的智能控制,。

●   投切時無暫態(tài)沖擊,，無合閘涌流，無電弧重燃,，無需放電即可再投,。

●   采用美國TI和ALTERA公司的優(yōu)質(zhì)DSP芯片和FPGA芯片，實現(xiàn)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F(xiàn)PGA配合DSP實現(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間只需要3.7ms,。

●   與系統(tǒng)連接時,，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)運行使用光纖通訊,，通訊速度快,，能夠完好的滿足實時補償?shù)囊蟆Ｕ麢C(jī)擴(kuò)容簡單易行,，特別是改造現(xiàn)場和未生產(chǎn)現(xiàn)場,，若SVG投運后發(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現(xiàn)增容，另外在一個現(xiàn)場若有多臺設(shè)備,，可以十分方便的實現(xiàn)以太網(wǎng)組網(wǎng),，或通過高速光纖實現(xiàn)主從控制。

2.2 高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

新風(fēng)光FGSVG-3.0/35T-O高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)如表1所示,。

2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高壓動態(tài)無功補償控制系統(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,，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通過光纖進(jìn)行隔離控制,，實現(xiàn)了高低壓的可靠隔離,。產(chǎn)品系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)上做出了極大的改進(jìn)處理，使維護(hù)更方便,?？刂乒襁M(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,。其中功率柜實現(xiàn)了統(tǒng)一設(shè)計,，方便產(chǎn)品的擴(kuò)展及穩(wěn)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

高壓動態(tài)無功補償控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測量電力系統(tǒng)的電壓、電流等參數(shù),，迅速計算出電力系統(tǒng)的無功,，進(jìn)而計算出逆變輸出電壓移相角，并在特定時刻向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，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,，從而得到與母線電壓基波相位一致的方波信號（同步信號）,。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,，可減少對電纜的絕緣損壞，在輸出側(cè)無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

3.1節(jié)能效益明顯

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

對比SVG投運前后（SVG投運一個月和停運一個月效果對比）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(shù)考核大約17.5萬肯尼亞先令,，折合人民幣大約1.2萬元。

（2）SVG投運后,，無功率因數(shù)考核罰款,。

通過對比，計算得知,，SVG投運后產(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13萬左右。圖5為SVG退出運行時,，月度功率因數(shù)（低于0.9）罰款,，已用紅線標(biāo)出。

圖5 SVG退出運行時,，月度功率因數(shù)（低于0.9）罰款

圖6為SVG投運月度,，電費單，無功率因數(shù)罰款,。

圖6 SVG投運月度,，電費單，無功率因數(shù)罰款

3.2 治理閃變情況

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

現(xiàn)場記錄的一次電壓跌落至80%,，時長大約為100ms時，電壓電流的波形如圖7所示,。

圖7 SVG未投運時,，電壓閃變波形

SVG投入運行時，實時檢測網(wǎng)電電壓,，當(dāng)SVG檢測到電壓跌落時,，會實際根據(jù)需要,，在5ms內(nèi)自動跟蹤投入適量容量容性無功，用于支撐電網(wǎng)電壓,。同理當(dāng)SVG檢測到電壓升高時,，會實際根據(jù)需要，在5ms內(nèi)自動跟蹤投入適量容量感性無功,，用來穩(wěn)定電網(wǎng)電壓,。SVG支撐電壓時，無功階躍曲線圖如圖8所示,。

圖8  SVG支撐電壓時,，無功階躍曲線圖

圖9  SVG投運后，電壓閃變時,，穩(wěn)定電壓的效果圖

應(yīng)用證明,，SVG投運后，以其快速響應(yīng)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,，有利于整個變電所設(shè)備的穩(wěn)定運行,，對提高變電所整個系統(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

隨著“一帶一路”的推進(jìn),，沿線很多現(xiàn)場都采用弱電網(wǎng)供電,，用電成本特別高，所在國家電網(wǎng)考核嚴(yán)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足要求,。對礦山高能耗用電設(shè)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(shè)備以及弱電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性,。新風(fēng)光FGSVG高壓動態(tài)無功補償及諧波治理系統(tǒng)在野外礦山弱電網(wǎng)中有著廣闊的推廣潛力,。