1、概述
1.1工程概况
山东磐金钢管制造有限公司10kV滤波兼无功补偿装置,安装位置在变电站室内。
1.2自然条件
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010),场地抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.20g,相应的设计地震分组为第一组。
1.3技术要求
要求成套装置达到以下技术指标:
1) 功率因数补偿
在补偿容量允许的情况下10kV系统的实时功率因数值高于0.95(滞后、无过补)。
2) 谐波要求
在补偿容量范围内,注入系统的谐波电流和10kV母线电压总谐波畸变率低于国家标准《电能质量、公用电网谐波》GB/T14549-93。
3)过载能力
成套装置应具有短时过载能力,过载无功补偿容量为成套装置总容量的20%。
4)冷却方式
室内采用风机冷却。
1.4 PCC点电能质量要求
功率因数:≥0.95(滞后);
谐波电压限值表:
电网标称电压(kV) | 电压总谐波畸变率(%) | 各次谐波电压含有率(%) |
奇次 | 偶次 |
10 | 4.0 | 3.2 | 1.6 |
1.5其它要求
1)、滤波装置设计要求:在最小运行方式时负荷对供电系统电能质量影响最为严重,因此在设计中均按最小运行方式下的短路容量最严重运行工况进行计算,同时保证在最小运行方式和**运行方式短路容量下滤波装置不与系统发生谐振;
2)、根据初步设计要求,滤波装置设计数量如下:
10kV母线装设一套滤波装置(FC);
2、基础数据的分析与计算
2.1 FC接入点短路计算
电源频率: 50Hz;
额定电压: 10kV;
PCC考核点及FC接入点短路参数如下:
10kV侧**短路容量:
未知;10kV侧最小短路容量:
未知;供电设备容量、用电协议容量: 未知,可暂不考虑。
2.2 补偿容量计算
FC装置有效补偿为8Mvar左右,额定容量为12.15Mvar,分为5、7、11三滤波通道。
2.2谐波限值的计算
谐波电压限值按GB/T 14549-1993标准规定如下:
电网标称电压(kV) | 电压总谐波畸变率(%) | 各次谐波电压含有率(%) |
奇次 | 偶次 |
10 | 4.0 | 3.2 | 1.6 |
谐波电流限值按GB/T 14549-1993标准规定如下:
额定电压 (kV) | 基准短路容量 (MVA) | 谐波次数和谐波电流允许值(A) |
次数 | 5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 |
10 | 100 | 允许值 | 20.0 | 15.0 | 9.3 | 7.9 | 6.0 | 5.4 | 4.5 | 4.1 |
10kV侧PCC点谐波电流限值如下:
额定电压(kV) | 谐波次数和谐波电流允许值(A) |
次数 | 5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 |
10kV侧限值 | 允许值 | | | | | | | | |
2.3谐波电流发生量的计算
额定电压(kV) | 谐波次数和谐波电流允许值(A) |
次数 | 5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 |
10kV侧限值 | 允许值 | | | | | | | | |
10kV母线 | 发生值 | | | | | | | | |
3、滤波技术方案选择说明
3.1方案选择的要点
方案着重贯彻以下要点:
- 待补偿的无功负荷是变动的,按计算负荷确定的基波补偿量,从经验上看只适用于较满负荷时的补偿需要,为此在支路分配上力求;较少支路的情况下达到PCC点谐波治理的目标,高次支路可以在低负荷时切除,作为无功补偿的调整量,而确保系统不出现过补,使月平均功率因数满足标准要求。
- 在滤波支路的器件选择和配置上、在基波电压和谐波电压均允许超过基础数据的20%正常运行,并留有一定的裕度。
- 对系统可能出现的串联、并联谐振,通过对滤波装置参数的选择加以遏制,保证装置及系统运行的稳定。
3.2方案达到的技术指标
- 经滤波后注入系统的谐波电流和10kV母线电压总谐波畸变率满足国家标准《GB/T14549-93 电能质量、公共电网谐波》的相关要求,具体参数详见本方案的第四部份;
- 补偿后的PCC点的平均功率因数
(滞后)。
3.3设计、生产执行标准
GB/T14549-1993 电能质量 公用电网谐波
GB/T 11024.1-2001 标称电压1kV 以上交流 电力系统用并联电容漆 第1 部分:总则 性能、试验和定额 安全要求 安装和运行导则
GB 4208-2008 对外壳防护等级;
GB 11032-2000 交流无间隙金属氧化物避雷器
GB 311.1-1997 高压输变电设备绝缘配合
GB 10229-1988 电抗器
GB1984-2003 高压交流断路器
JB/T 7111-1993 高压并联电容器装置
GB 50227-2008 并联电容器装置设计规范
DL462-92 高压并联电容器用串联电抗器订货技术条件
IEEE Std 1531-2003 IEEE Guide for Application and Specification for Harmonic Filters
以上标准均执行**版本;如有差异,按较高标准执行。
4、滤波技术方案
4.1主要参数
滤波装置支路 | F5 | F7 | F11 | 合计 |
滤波装置类型 | 单调谐 |
滤波装置连接方式 | Y接 |
母线电压(kV) | 10 |
单只滤波电容器 | 额定电压(kV) | 7.5 | 12/√3 | 12/√3 | |
额定容量 (kvar) | 450 | 450 | 450 | |
数量 | 3并/相 | 3并/相 | 3并/相 | 27 |
滤波电抗(空芯铝抗) | 额定电感(mH) | 5.52 | 2.40 | 0.97 | |
额定电流(A) | 180 | 195 | 195 | |
补偿容量(kvar) | 2505 | 2874 | 2837 | 8216 |
安装容量(kvar) | 450×9=4050 | 450×9=4050 | 450×9=4050 | 12150 |
装置型号 | 厂家确定 |
装置数量 | 一套 |
4.2系统仿真
仿真图
仿真图需说明滤波装置对系统产生特征谐波无谐振情况,系统与滤波装置均可安全运行;同时对系统的主要特征谐波均呈感性,无放大现象。
4.3滤波电容器仿真校验
校验要求:Ifn<Icn
需通过;
Ifn:流过电容器各次电流的方均根值;
Icn:电容器额定电流(n=5、7、11);
校验要求:Ufn<Ucn
需通过;
Ufn: 电容器基波电压与各次谐波电压之和;
Ucn:电容器额定电压(n=5、7、11);
校验要求:Qfn<Qcn
需通过;
Qfn: 电容器基波容量与各次谐波容量之和;
Qcn:电容器额定容量(n=5、7、11);
4.4滤波效果仿真
经滤波装置投入运行后,对系统谐波治理较为理想,均满足国家标准的要求。具体数据见下表:
谐波源 | 谐波次数和谐波电流发生值、限值(A) |
次数 | 5 | 7 | 11 | 13 | 17 | 19 | 23 | 25 |
限值 | | | | | | | | |
10kV母线 | 治理前谐波值 | | | | | | | | |
治理后谐波值 | | | | | | | | |
通过滤波装置对系统谐波电流治理后,系统供电电压质量得到有效的改善;同时系统电压在正常工作时波形图也趋向理想化,见下图所示:
电压总谐波畸变率(%) |
10kV侧限值 | 4.0 |
10kV母线 (谐波治理前) | |
10kV母线 (谐波治理后) | |
针对以上仿真、计算数据的验证,需要采用先进的电能质量测试仪进行跟踪监测。
4.5滤波方案总体说明
- 滤波方案按三滤波支路的安排,重点考虑到二个支路的无功补偿量分配,以便在实际运行中可根据负荷变化状态时间较长时投入或切除高次滤波支路以适应系统无功的需求,使月平均功率因数达到标准要求;
- 滤波方案中同时考虑滤波装置二、一个支路在系统**、最小运行方式下无任何特征谐放大现象,保证系统和滤波装置的安全运行。
- 通过仿真软件**计算,滤波装置一个支路运行时均能将各次谐波抑制在国标范围之内;
- 本滤波方案也考虑了当系统运行在**运行方式下,无特征谐波谐振;
- 通过仿真,本滤波装置在基频
下运行稳定。
5、滤波装置的配置
5.1滤波装置一次系统图
- 本图仅供参考,10KV母线仅提供一面出线柜,实际施工时出线柜一路电缆引出,三面开关柜并接。