MSVC磁控動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

閻 琦

YAN Qi

（渤海大學(xué)，錦州 121000）

1 系統(tǒng)概述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 電力負(fù)荷日益增長(zhǎng), 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨龐大、復(fù)雜，電力系統(tǒng)對(duì)無(wú)功功率的需求也發(fā)生了變化。從以前的僅需補(bǔ)償容性無(wú)功發(fā)展到不僅需要補(bǔ)償容性也需要補(bǔ)償感性無(wú)功，且能夠連續(xù)調(diào)節(jié)。具體表現(xiàn)在：一方面要求在負(fù)荷高峰期能夠提供較多的容性無(wú)功，以滿足工礦企業(yè)的無(wú)功需求。另一方面又要提供感性無(wú)功，以平衡輕負(fù)荷時(shí)因電纜網(wǎng)而帶來(lái)的容性無(wú)功，保證系統(tǒng)的電壓不致過(guò)高。另外隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，整流設(shè)備、變頻設(shè)備、開(kāi)關(guān)電源等電力電子設(shè)備的普遍應(yīng)用，給電力系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的諧波污染；尤其是電力機(jī)車、交流電弧爐、軋鋼機(jī)以及其他大型半導(dǎo)體變流裝置等沖擊性負(fù)荷得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，隨之帶來(lái)的沖擊無(wú)功分量和高次諧波分量直接導(dǎo)致了系統(tǒng)電壓的波動(dòng)和閃變，給電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的污染。為了抑制無(wú)功，研究具有響應(yīng)速度快、經(jīng)濟(jì)性能好、高效節(jié)能、環(huán)保的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置具有十分重要的意義。

MSVC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償成套裝置由MSVC主控制單元、磁控電抗器（MCR）主體、ST型移相觸發(fā)控制裝置、智能式過(guò)零分合閘斷路器、電抗器微機(jī)保護(hù)、電容器微機(jī)保護(hù)、電容器組以及相關(guān)附屬設(shè)備組成如圖1所示，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況選配。

圖1 MSVC磁控動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置組成原理圖

首先系統(tǒng)將電容器組根據(jù)系統(tǒng)的無(wú)功需求分組投入到電網(wǎng)中，控制器再向磁控電抗器的可控硅投切開(kāi)關(guān)發(fā)出命令，使電抗器的感性無(wú)功根據(jù)系統(tǒng)的無(wú)功需求將無(wú)功補(bǔ)償量調(diào)節(jié)到最佳位置，從而使得裝置發(fā)出的無(wú)功補(bǔ)償量完全滿足設(shè)定的要求，整個(gè)裝置向電網(wǎng)發(fā)送其設(shè)定的容性無(wú)功補(bǔ)償量，同時(shí)，控制器通過(guò)PT和CT對(duì)電網(wǎng)電壓、三相負(fù)載電流信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)電網(wǎng)的母線電壓閃變進(jìn)行瞬間補(bǔ)償，并分別快速計(jì)算出三相負(fù)載無(wú)功，再計(jì)算出電容器補(bǔ)償后的三相無(wú)功情況，判斷出功率因數(shù)是否在給定范圍內(nèi)，如果超出給定的范圍，根據(jù)電網(wǎng)無(wú)功，自動(dòng)向磁控電抗器的三相可控硅分別發(fā)送控制脈沖控制電抗值，使其達(dá)到最佳補(bǔ)償狀態(tài)。

1）MSVC主控制單元（必選）

MSVC主控制單元是該裝置的核心部分。它同時(shí)監(jiān)測(cè)兩臺(tái)變壓器運(yùn)行情況，通過(guò)信號(hào)采集實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)電壓和無(wú)功。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，自動(dòng)生成調(diào)容、調(diào)抗、調(diào)壓的控制策略。

具有實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)磁控電抗器容量的功能，具有對(duì)電容器組智能過(guò)零投切功能、具有變壓器有載調(diào)壓控制操作功能。

2）磁控電抗器（必選）

磁控電抗器MCR本體及ST型移相觸發(fā)控制裝置組成，可以根據(jù)控制單元開(kāi)出角度調(diào)整電抗器的容量。

3）電抗器微機(jī)保護(hù)裝置（必選）

電抗器微機(jī)保護(hù)裝置提供磁控電抗器三段式過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)負(fù)荷等保護(hù)功能。

4）電容器組（可選）

電容器組的容量和組數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需求選擇。

5）電容器微機(jī)保護(hù)裝置（可選）

電容器微機(jī)保護(hù)裝置提供電容器三段式過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、不平衡等保護(hù)功能。

6）智能式過(guò)零分合閘斷路器（可選）

智能式過(guò)零分合閘斷路器是專為滿足真空永磁機(jī)構(gòu)斷路器過(guò)零分合閘而設(shè)計(jì)，用于實(shí)現(xiàn)電容器組的過(guò)零投切功能。由可分相操作真空永磁機(jī)構(gòu)斷路器和智能式過(guò)零投切控制器組成。智能式過(guò)零投切控制器根據(jù)永磁真空斷路器機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間，控制驅(qū)動(dòng)元件通斷時(shí)間，完成過(guò)零分合閘控制動(dòng)作。

2 主控制器單元設(shè)計(jì)

圖2 前面板

主控制器單元采用插件式結(jié)構(gòu)，外殼封閉；機(jī)箱采用嵌入式安裝方式，箱后結(jié)線，顯示采用SHARP公司的工業(yè)級(jí)液晶，具有鍵盤(pán)輸入功能。前面板如圖2所示：

1）為大屏幕液晶顯示屏

鍵盤(pán)：包括數(shù)字0-9、“-/.”鍵、“菜單”鍵、“上翻”鍵、“下翻”鍵、“確認(rèn)”鍵、“退出”鍵。

2）為主控制單元的后面板為接線端子排

系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，進(jìn)入主控制單元的主界面，即實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面如圖3所示，所有程序均由C語(yǔ)言編寫(xiě)。

圖3 主控制單元的主界面

MSVC主控制單元，負(fù)責(zé)圖形界面的顯示以及與用戶的交互，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩臺(tái)變壓器運(yùn)行情況，自動(dòng)生成調(diào)容、調(diào)壓、調(diào)抗的控制策略；負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算，控制磁控電抗器的開(kāi)出。根據(jù)使用和功能劃分為：上電自檢、主界面、系統(tǒng)測(cè)試、操作界面、事件記錄、補(bǔ)償記錄、參數(shù)設(shè)置等部分。

3 系統(tǒng)測(cè)試

廠家調(diào)試人員專用界面圖3所示，按F10可在菜單間進(jìn)行切換，進(jìn)入每項(xiàng)主菜單均需要密碼。每個(gè)磁控電抗器的個(gè)體差異不同，同樣角度對(duì)應(yīng)的開(kāi)出無(wú)功也不相同。在正式運(yùn)行前，需要手動(dòng)輸入角度，并且記下對(duì)應(yīng)的無(wú)功，生成角度和無(wú)功的對(duì)應(yīng)表。

變電站值班人員操作使用界面如圖4所示，手動(dòng)模式下可以輸入的角度和無(wú)功，也可以查詢報(bào)警、故障、閉鎖的詳細(xì)信息，輸入正確的密碼后，進(jìn)入界面，如圖4所示。左側(cè)顯示1#主變、2#主變的采樣數(shù)據(jù)，1#電抗器采樣的數(shù)據(jù)。右側(cè)有六個(gè)功能菜單，分別為：

返 回：返回主界面。

輸入無(wú)功：手動(dòng)模式下，輸入固定開(kāi)出的無(wú)功值（整形數(shù)）。

輸入角度：手動(dòng)模式下，輸入固定開(kāi)出的角度值（浮點(diǎn)數(shù)）。

調(diào)容壓板：檢修操作時(shí)，通過(guò)本界面可以把檢修的電容器組設(shè)置為不允許自動(dòng)調(diào)

故障信息：查看系統(tǒng)當(dāng)前的報(bào)警、故障、閉鎖等詳細(xì)信息。

諧波分析：查看電抗器UabUbcIaUbIc的諧波報(bào)警信息和數(shù)據(jù)；顯示1#和2#主變的IaIc諧波數(shù)據(jù)。

圖4 變電站值班人員操作使用界面

4 結(jié)論

本套裝置，采用電容器組分級(jí)真空開(kāi)關(guān)過(guò)零投切，再通過(guò)磁控電抗器的分相快速連續(xù)調(diào)節(jié)能力，達(dá)到電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償就地平衡，實(shí)現(xiàn)降損節(jié)能，提高電力系統(tǒng)無(wú)功與電壓管理的自動(dòng)化水平、提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定能力、提高電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、提高相關(guān)設(shè)備包括現(xiàn)有電容器、開(kāi)關(guān)等設(shè)備的使用壽命，特別重要的是可以提高變壓器的供電能力。

[1] 王寶安.基于磁控電抗器的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2010,04,97-100.

[2] 張廣海.磁控動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電,2008,05,91-92.

[3] 李順宗,李振宇,王志永.基于MCR技術(shù)的新型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置[J].供用電,2007,24(6)：9-12.

[4] 王杰.動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在煤礦電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2010,05,107-100.

[5] 方力謙,黃輝.一種新型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的研究[J].電工技術(shù),2009,05,1-2.

[6] 張敏.新型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置研究[J].現(xiàn)代電力,2010,01,4 9-52.