1、概述
1.1工程概況
山東磐金鋼管制造有限公司10kV濾波兼無功補(bǔ)償裝置,安裝位置在變電站室內(nèi)。
1.2自然條件
根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010),場地抗震設(shè)防烈度為8度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g,相應(yīng)的設(shè)計(jì)地震分組為第一組。
1.3技術(shù)要求
要求成套裝置達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo):
1) 功率因數(shù)補(bǔ)償
在補(bǔ)償容量允許的情況下10kV系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功率因數(shù)值高于0.95(滯后、無過補(bǔ))。
2) 諧波要求
在補(bǔ)償容量范圍內(nèi),注入系統(tǒng)的諧波電流和10kV母線電壓總諧波畸變率低于國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93。
3)過載能力
成套裝置應(yīng)具有短時(shí)過載能力,過載無功補(bǔ)償容量為成套裝置總?cè)萘康?0%。
4)冷卻方式
室內(nèi)采用風(fēng)機(jī)冷卻。
1.4 PCC點(diǎn)電能質(zhì)量要求
功率因數(shù):≥0.95(滯后);
諧波電壓限值表:
電網(wǎng)標(biāo)稱電壓(kV) | 電壓總諧波畸變率(%) | 各次諧波電壓含有率(%) |
奇次 | 偶次 |
10 | 4.0 | 3.2 | 1.6 |
1.5其它要求
1)、濾波裝置設(shè)計(jì)要求:在最小運(yùn)行方式時(shí)負(fù)荷對供電系統(tǒng)電能質(zhì)量影響最為嚴(yán)重,因此在設(shè)計(jì)中均按最小運(yùn)行方式下的短路容量最嚴(yán)重運(yùn)行工況進(jìn)行計(jì)算,同時(shí)保證在最小運(yùn)行方式和**運(yùn)行方式短路容量下濾波裝置不與系統(tǒng)發(fā)生諧振;
2)、根據(jù)初步設(shè)計(jì)要求,濾波裝置設(shè)計(jì)數(shù)量如下:
10kV母線裝設(shè)一套濾波裝置(FC);
2、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分析與計(jì)算
2.1 FC接入點(diǎn)短路計(jì)算
電源頻率: 50Hz;
額定電壓: 10kV;
PCC考核點(diǎn)及FC接入點(diǎn)短路參數(shù)如下:
10kV側(cè)**短路容量:
未知;10kV側(cè)最小短路容量:
未知;供電設(shè)備容量、用電協(xié)議容量: 未知,可暫不考慮。
2.2 補(bǔ)償容量計(jì)算
FC裝置有效補(bǔ)償為8Mvar左右,額定容量為12.15Mvar,分為5、7、11三濾波通道。
2.2諧波限值的計(jì)算
諧波電壓限值按GB/T 14549-1993標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下:
電網(wǎng)標(biāo)稱電壓(kV) | 電壓總諧波畸變率(%) | 各次諧波電壓含有率(%) |
奇次 | 偶次 |
10 | 4.0 | 3.2 | 1.6 |
諧波電流限值按GB/T 14549-1993標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下:
額定電壓 (kV) | 基準(zhǔn)短路容量 (MVA) | 諧波次數(shù)和諧波電流允許值(A) |
次數(shù) | 5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 |
10 | 100 | 允許值 | 20.0 | 15.0 | 9.3 | 7.9 | 6.0 | 5.4 | 4.5 | 4.1 |
10kV側(cè)PCC點(diǎn)諧波電流限值如下:
額定電壓(kV) | 諧波次數(shù)和諧波電流允許值(A) |
次數(shù) | 5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 |
10kV側(cè)限值 | 允許值 | | | | | | | | |
2.3諧波電流發(fā)生量的計(jì)算
額定電壓(kV) | 諧波次數(shù)和諧波電流允許值(A) |
次數(shù) | 5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 |
10kV側(cè)限值 | 允許值 | | | | | | | | |
10kV母線 | 發(fā)生值 | | | | | | | | |
3、濾波技術(shù)方案選擇說明
3.1方案選擇的要點(diǎn)
方案著重貫徹以下要點(diǎn):
- 待補(bǔ)償?shù)臒o功負(fù)荷是變動(dòng)的,按計(jì)算負(fù)荷確定的基波補(bǔ)償量,從經(jīng)驗(yàn)上看只適用于較滿負(fù)荷時(shí)的補(bǔ)償需要,為此在支路分配上力求;較少支路的情況下達(dá)到PCC點(diǎn)諧波治理的目標(biāo),高次支路可以在低負(fù)荷時(shí)切除,作為無功補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整量,而確保系統(tǒng)不出現(xiàn)過補(bǔ),使月平均功率因數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
- 在濾波支路的器件選擇和配置上、在基波電壓和諧波電壓均允許超過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的20%正常運(yùn)行,并留有一定的裕度。
- 對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的串聯(lián)、并聯(lián)諧振,通過對濾波裝置參數(shù)的選擇加以遏制,保證裝置及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。
3.2方案達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)
- 經(jīng)濾波后注入系統(tǒng)的諧波電流和10kV母線電壓總諧波畸變率滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T14549-93 電能質(zhì)量、公共電網(wǎng)諧波》的相關(guān)要求,具體參數(shù)詳見本方案的第四部份;
- 補(bǔ)償后的PCC點(diǎn)的平均功率因數(shù)(滯后)。
3.3設(shè)計(jì)、生產(chǎn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
GB/T14549-1993 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波
GB/T 11024.1-2001 標(biāo)稱電壓1kV 以上交流 電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容漆 第1 部分:總則 性能、試驗(yàn)和定額 安全要求 安裝和運(yùn)行導(dǎo)則
GB 4208-2008 對外殼防護(hù)等級;
GB 11032-2000 交流無間隙金屬氧化物避雷器
GB 311.1-1997 高壓輸變電設(shè)備絕緣配合
GB 10229-1988 電抗器
GB1984-2003 高壓交流斷路器
JB/T 7111-1993 高壓并聯(lián)電容器裝置
GB 50227-2008 并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范
DL462-92 高壓并聯(lián)電容器用串聯(lián)電抗器訂貨技術(shù)條件
IEEE Std 1531-2003 IEEE Guide for Application and Specification for Harmonic Filters
以上標(biāo)準(zhǔn)均執(zhí)行**版本;如有差異,按較高標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
4、濾波技術(shù)方案
4.1主要參數(shù)
- 10kV母線濾波補(bǔ)償裝置參數(shù)如下:
濾波裝置支路 | F5 | F7 | F11 | 合計(jì) |
濾波裝置類型 | 單調(diào)諧 |
濾波裝置連接方式 | Y接 |
母線電壓(kV) | 10 |
單只濾波電容器 | 額定電壓(kV) | 7.5 | 12/√3 | 12/√3 | |
額定容量 (kvar) | 450 | 450 | 450 | |
數(shù)量 | 3并/相 | 3并/相 | 3并/相 | 27 |
濾波電抗(空芯鋁抗) | 額定電感(mH) | 5.52 | 2.40 | 0.97 | |
額定電流(A) | 180 | 195 | 195 | |
補(bǔ)償容量(kvar) | 2505 | 2874 | 2837 | 8216 |
安裝容量(kvar) | 450×9=4050 | 450×9=4050 | 450×9=4050 | 12150 |
裝置型號 | 廠家確定 |
裝置數(shù)量 | 一套 |
4.2系統(tǒng)仿真
仿真圖
仿真圖需說明濾波裝置對系統(tǒng)產(chǎn)生特征諧波無諧振情況,系統(tǒng)與濾波裝置均可安全運(yùn)行;同時(shí)對系統(tǒng)的主要特征諧波均呈感性,無放大現(xiàn)象。
4.3濾波電容器仿真校驗(yàn)
校驗(yàn)要求:Ifn<Icn
需通過;
Ifn:流過電容器各次電流的方均根值;
Icn:電容器額定電流(n=5、7、11);
校驗(yàn)要求:Ufn<Ucn
需通過;
Ufn: 電容器基波電壓與各次諧波電壓之和;
Ucn:電容器額定電壓(n=5、7、11);
校驗(yàn)要求:Qfn<Qcn
需通過;
Qfn: 電容器基波容量與各次諧波容量之和;
Qcn:電容器額定容量(n=5、7、11);
4.4濾波效果仿真
經(jīng)濾波裝置投入運(yùn)行后,對系統(tǒng)諧波治理較為理想,均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。具體數(shù)據(jù)見下表:
諧波源 | 諧波次數(shù)和諧波電流發(fā)生值、限值(A) |
次數(shù) | 5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 |
限值 | | | | | | | | |
10kV母線 | 治理前諧波值 | | | | | | | | |
治理后諧波值 | | | | | | | | |
通過濾波裝置對系統(tǒng)諧波電流治理后,系統(tǒng)供電電壓質(zhì)量得到有效的改善;同時(shí)系統(tǒng)電壓在正常工作時(shí)波形圖也趨向理想化,見下圖所示:
電壓總諧波畸變率(%) |
10kV側(cè)限值 | 4.0 |
10kV母線 (諧波治理前) | |
10kV母線 (諧波治理后) | |
針對以上仿真、計(jì)算數(shù)據(jù)的驗(yàn)證,需要采用先進(jìn)的電能質(zhì)量測試儀進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。
4.5濾波方案總體說明
- 濾波方案按三濾波支路的安排,重點(diǎn)考慮到二個(gè)支路的無功補(bǔ)償量分配,以便在實(shí)際運(yùn)行中可根據(jù)負(fù)荷變化狀態(tài)時(shí)間較長時(shí)投入或切除高次濾波支路以適應(yīng)系統(tǒng)無功的需求,使月平均功率因數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求;
- 濾波方案中同時(shí)考慮濾波裝置二、一個(gè)支路在系統(tǒng)**、最小運(yùn)行方式下無任何特征諧放大現(xiàn)象,保證系統(tǒng)和濾波裝置的安全運(yùn)行。
- 通過仿真軟件**計(jì)算,濾波裝置一個(gè)支路運(yùn)行時(shí)均能將各次諧波抑制在國標(biāo)范圍之內(nèi);
- 本濾波方案也考慮了當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在**運(yùn)行方式下,無特征諧波諧振;
- 通過仿真,本濾波裝置在基頻下運(yùn)行穩(wěn)定。
5、濾波裝置的配置
5.1濾波裝置一次系統(tǒng)圖
- 本圖僅供參考,10KV母線僅提供一面出線柜,實(shí)際施工時(shí)出線柜一路電纜引出,三面開關(guān)柜并接。