iSVG 在水泥廠110 kV變電站的應用

熊清華

湖南省建筑材料研究設計院有限公司（410011）

0 引言

在水泥企業(yè)中，異步電動機和變壓器所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所提供的無功功率中占有很高的比例。 除此之外，一些電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無功功率，特別是各種相控裝置（如相控整流器等） 工作時的基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，要消耗大量的無功功率。

電網(wǎng)中無功功率的增加會對電網(wǎng)產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在以下方面。

1）會導致電流增大和視在功率增加，從而使變壓器、其他電氣設備和導線的容量增加。

2）使總電流增大，因而導致設備及線路的損耗增加。

3）使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無功功率負載，還會使電壓產(chǎn)生劇烈波動，使供電質(zhì)量嚴重降低。

采用傳統(tǒng)的無功補償裝置， 由于其響應速度慢，不能迅速投入，不能滿足系統(tǒng)無功需求，容易造成系統(tǒng)電壓失穩(wěn)。 iSVG 動態(tài)無功補償設備具有快速響應的特點， 可有效地改善系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，改善電能質(zhì)量。

1 iSVG 裝置

1.1 iSVG 裝置及其工作原理

iSVG 是深圳市英威騰電氣股份有限公司研發(fā)的新一代動態(tài)無功補償裝置，高壓動態(tài)無功補償裝置是柔性交流輸電技術(shù)的主要裝置之一，它代表著現(xiàn)階段電力系統(tǒng)無功補償技術(shù)發(fā)展的新方向。

iSVG 的基本原理就是將電力半導體橋式變流器串聯(lián)連接電抗器后，并聯(lián)在電網(wǎng)上，通過調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或控制其交流側(cè)電流， 就可以使該電路吸收或者發(fā)出無功功率，從而實現(xiàn)動態(tài)無功補償[1]。

1.2 iSVG 的特點

英威騰iSVG 是無功補償新技術(shù)的代表。 iSVG由接入系統(tǒng)的電壓源換流器構(gòu)成， 其無功電流可以快速地跟隨負荷無功電流的變化而變化，自動補償系統(tǒng)所需無功功率。

圖1 iSVG 運行模式說明

1.3 iSVG 的功能

1）補償系統(tǒng)無功功率，提高功率因數(shù)。

2）降低線損，提高線路輸電能力。

3）諧波動態(tài)補償，改善電能質(zhì)量。

4）抑制電壓波動和閃變。

5）維持受電端電壓，提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。

6）抑制電網(wǎng)三相不平衡[2]。

1.4 iSVG 的電氣原理

iSVG 采用先進的鏈式拓撲結(jié)構(gòu)，通過連接電抗器或變壓器并聯(lián)到電網(wǎng)上，不需要改變系統(tǒng)本來的接線，只需將無功補償發(fā)生器并入電網(wǎng)即可。

以英威騰10 kV 高壓動態(tài)無功發(fā)生器柜內(nèi)方案為例，iSVG 10 kV 裝置每相由12 個裝置鏈節(jié)串聯(lián)組成，每個裝置鏈節(jié)與主控系統(tǒng)之間采用光纖通訊；主控系統(tǒng)分別對裝置側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的電壓及電流進行采集處理， 通過 KM2 和 KM1 控制裝置并網(wǎng)，通過UDP/IP 協(xié)議與人機界面觸摸屏通訊； 主控系統(tǒng)提供多路輸入輸出端子。 裝置的主回路如圖2 所示。

圖2 10 kV iSVG 主回路拓撲圖

1.5 iSVG 裝置的構(gòu)成

iSVG 整體結(jié)構(gòu)上由控制柜、單元柜、充電柜組成， 其中單元柜頂部均配置用于強迫風冷的風機。iSVG 的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 iSVG 電氣連接示意圖

控制柜是整個iSVG 的控制中心， 采用獨立的UPS 供電。 單元柜用于放置裝置鏈接，裝置鏈接采用橫向串聯(lián)方式布置在多個并列的單元柜中。 控制柜通過光纖通信來控制各個裝置鏈接的動作。 充電柜由高壓真空接觸器、充電電阻和連接電抗器等組成， 高壓真空接觸器KM1 和充電電阻R 組成集中式預充電電路， 各個鏈接通過電阻R 進行充電，當裝置鏈接充電達到正常電壓后， 接觸器KM1 將電阻R 切除，系統(tǒng)進入就緒狀態(tài)。 連接電抗器在iSVG中起著重要的作用，其首要任務是緩沖電網(wǎng)電壓與逆變器輸出電壓之間的差異，并通過電抗器向電網(wǎng)注入無功電流， 同時減少iSVG 輸出電流中的開關(guān)紋波。

2 iSVG 應用實例

西藏藏中建材股份有限公司4 000 t/d 熟料新型干法水泥生產(chǎn)線是我公司設計并總承包的水泥生產(chǎn)線，電源采用110 kV 架空線引入，在廠區(qū)設置一座110/10.5 kV 總降壓站。 在總降壓站內(nèi)設置英威騰生產(chǎn)的iSVG-010-10-CT(FC)成套裝置，該裝置可以實現(xiàn)感性無功到容性無功 （-10 MVar～+10 MVar 范圍內(nèi)）連續(xù)快速調(diào)節(jié)。 1 套±10 MVar 動態(tài)無功補償裝置由2 套±5 MVar 動態(tài)無功補償裝置并聯(lián)組成。經(jīng)iSVG 補償后的功率因數(shù)大于0.95。生產(chǎn)線投產(chǎn)至今，iSVG 運行平穩(wěn)，達到了較好的節(jié)能效果，取得了較好的經(jīng)濟效益。

圖4 iSVG 外形圖

3 結(jié)語

在110 kV 總降壓站設置iSVG 動態(tài)無功補償裝置，降低了線路的電流，減少了供電線纜的截面積，減少了電網(wǎng)中的功率損耗和電能損耗，并降低了線路中的電壓損失與電壓波動，達到了節(jié)約電能和提高供電質(zhì)量的目的。