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MSVC(MCR)型動態無功補償濾波裝置

1.1 優勢特點

1)  無級動態自動無功補償，調節速度快，無功補償速度小于100ms；

2)  利用二次附加直流電流勵磁磁化電抗器鐵心，調節鐵心磁飽和程度以調節電抗器感性電流，動態跟隨調節無功輸出，對系統無諧波污染，諧波濾波效果好；

3)  MCR技術是綜合應用變壓器工藝技術，技術成熟可靠性高，免維護。

          現場運行10KV油浸式MSVC型動態無功補償濾波裝置

1.2 概述

MSVC型動態無功補償及諧波治理成套裝置，并聯連接于額定電壓為6kV、10kV、35kV等交流電力系統中，用于改善系統的功率因數、調整電網電壓、降低線路損耗、濾除諧波，提高電網的利用率。該裝置是靜止式動態無功補償（SVC）的一種，可以提供正負連續可調的無功功率，采用二次勵磁磁控方式無級調節電抗器的無功輸出，可以更精密地控制系統電壓和無功，是現有無功補償裝置升級換代產品。由于沒有或者極少有電容投切帶來的沖擊和涌流，可以大大提高裝置的可靠性和壽命。可以對三相分別補償，亦適應于三相功率不平衡的情況。

1.3 主要技術參數

1) 環境溫度：-15℃～+45℃（戶內）；-25℃～+55℃（戶外）

2) 大氣壓力：80～110kPa

3) 環境濕度：90%（25℃），50%（40℃）

4) 工作電壓（控制電源）：AC, DC：220V±10% ，其余電源時訂貨說明

5) 額定電壓：6kV，10kV，35kV

6) 補償容量：6kV，10kV：200~15000kvar；35kV：1000~25000kvar

7) 濾波次數（FC回路）：3、5、7、11次， 11次或以上可用 二階高通濾波

8) 磁控電抗器結構：干式或油浸式

9) 投切方式：自動、手動可選

10) 安裝方式：戶內（FC回路，控制柜），磁控電抗器戶外式為油浸式

1.4 MSVC功能特點

1) 輸出諧波小、功耗低、免維護、結構簡單、可靠性高、占地面積小；

2) 內部為全靜態結構，無運動部件，工作可靠性高，是理想的動態無功補償、濾波和電壓調節設備；

3) 可以提供1-100%連續可調的無功功率，與電容器組合，就可以提供正負連續可調的無功功率，從而可以更精密、更快速地控制系統電壓和無功；

4) 沒有或極少有電容器投切帶來的沖擊和涌流，大大提高了可靠性與壽命；

5) 可將功率因數恒定在一個點上，控制精度極高，同開關投切電容器相比，可多降低網損15%~30%；

6) 可以將電壓和功率因數聯合控制，在電壓超過設定值時，不再控制功率因數，而是利用電抗器可以產生感性無功的特點，來吸收系統多余的容性無功，從而可以避免系統低峰期電壓偏高的現象出現，為實現電壓自動控制提供了一個很好的手段。

1.5 MSVC原理

MCR型SVC成套裝置（MSVC），通過調節磁控電抗器支路輸出的感性無功功率，以此感性無功功率來中和電容器補償（濾波）支路的容性無功功率，從而可以實現該成套裝置呈感性（正）無功功率或容性（負）無功功率的柔性輸出。將該裝置并聯連接于額定電壓為6~110KV的交流電網中，提供正、負連續可調的無功功率，可以提高和穩定電網的功率因數、減少電壓波動、提高電網的利用率、降低電網損耗。電容器補償支路同時可以設計成濾波器，在起到補償無功功率的同時實現對不同頻次諧波的濾除。

1.6 MCR（磁控電抗器）

干式磁控電抗器

油浸式磁控電抗器

1.6.1 MCR原理

MCR是利用附加直流電流勵磁磁化電抗器鐵心，通過調節鐵心的磁飽和程度，改變鐵心的磁導率，實現電抗值連續可調。在磁路結構即電抗器鐵芯芯柱上（結構見圖1），設置了由不飽和區域鐵芯1和飽和區域鐵芯2交錯排列組成并聯磁路；不飽和區域鐵芯1吸收主磁通方向前后相鄰或左右相鄰的飽和區域鐵芯2的漏磁通而形成漏磁自屏蔽；調節繞組3回路中可控硅4的觸發導通角，控制附加直流勵磁電流而勵磁磁化鐵芯；通過調整不飽和區域鐵芯和飽和區域鐵芯的面積或磁阻，改變并聯磁路中不飽和區域鐵芯的磁化程度和飽和區域鐵芯的飽和程度，實現電抗值的連續、快速可調。

1.6.2 MCR特點

MCR在產品結構設計和制造工藝技術等方面，在采用磁路并聯漏磁自屏蔽專利技術的同時，綜合應用了大型變壓器、超 /特高壓互感器、高壓電容器、電力電子控制等先進制造技術。例如：鐵芯采用磁密不飽和、對稱分裂、交  /值流磁路獨立等設計方法；繞組采用自耦式、串并聯連接、結構對稱等設計方法；在整體結構方面采用全密封、免維護等設計和制造工藝技術。通過這些技術措施，有效地減少了MCR自身的損耗、噪聲和諧波含量，使MCR實現了結構合理、質量可靠、成本低、性能先進、制造工藝成熟、運行穩定、免維護。MCR各項技術指標、技術特點和實現措施，見下表1 。

MCR技術特點一覽表

TBB型分組投切高壓無功補償裝置

2.1 優勢特點

1) 分組自動無功補償；

2) 結構簡單、可靠性高；

3) 經濟實用。

2.2 概述

TBB高壓自動補償成套裝置主要有高壓并聯電容器、熔斷器、電抗器、柜體或圍欄、構件等組成。一般分為戶外圍欄式或戶內柜式、戶外箱變式等不同組合。主要適用于6KV、10KV、20KV、35KV等工頻輸配電系統中用戶感性負荷較穩定或已在上段或下段母線分級補償的場所，用于提高功率因數，調整電網電壓，降低線路損耗，充分發揮設備效率、改善供電質量。

戶內柜式一般用干式鐵芯電抗器+電容器的組合方式。接線方式一般有雙星型及單星型的組合。根據電力系統情況、電容器室的面積，選擇合適的電容器、所匹配的串聯電抗器等。

電容器選擇：單只電容器容量選擇為100Kvar或150Kvar時，可選用雙層排列

單只電容器容量大于200Kvar時，可選用單層排列。

電抗器的選擇：串聯電抗器在電容器組合回路中，用于抑制高次諧波，限制合閘涌流。

用于抑制5次及以上諧波時，電抗器可按XL/XC=4.5%~6%，一般選6%

用于抑制3次及以上諧波時，電抗器可按XL/XC=12%~13%，一般選12%

僅用于限制涌流時，電抗器可按XL/XC=0.5%~1%配置

裝置可采用真空接觸器進行分組投切，可頻繁操作。

2.3 主要技術參數

1) 環境溫度：-15℃～+45℃

2) 大氣壓力：80～110kPa

3) 環境濕度：90%（25℃），50%（40℃）

4) 工作電壓（控制電源）：AC,  DC：220V±10% ，其余電源時訂貨說明

5) 額定電壓：6kV，10kV，35kV

6) 投切方式：自動、手動可選

7) 安裝方式：戶內

DWZB型調壓式高壓無功補償裝置

3.1 優勢特點

1) 分檔調壓自動無功補償；

2) 通過改變電容器端電壓達到改變補償容量的目的，解決了電容器投切中過電壓、涌流大等技術問題；

3) 結構簡單，經濟實用。

調壓式無功補償成套裝置

3.2 概述

通過有載調壓器調節電容器的端電壓，從而改變無功輸出，調節系統功率因數，實現實時自動調節。

調壓型高壓無功自動補償成套裝置適用于35KV~500KV電壓等級的變電站，裝設于6KV~35KV母線上，也可裝設于柱上，對放射性饋線線路進行分段補償。可廣泛用于電力、鐵路、風電場、冶金、煤炭、石油、化工等行業。

3.3 主要技術參數

1) 環境溫度：-25℃～+55℃

2) 大氣壓力：80～110kPa

3) 環境濕度：90%（25℃），50%（40℃）

4) 工作電壓（控制電源）：AC,  DC：220V±10% ，其余電源時訂貨說明

5) 額定電壓：6kV，10kV，35kV

6) 投切方式：自動、手動可選

7) 安裝方式：戶內、戶外

3.4 裝置原理

電容器無功輸出大小和電壓、頻率、容量大小的關系為

當電容器組容量固定不變，Q的容量與電容器端電壓U的平方成正比，因此通過調節電容器的端電壓，即可達到調節無功容量的目標。

利用有載調壓變壓器（自耦式）調節電容器兩端的電壓，實現容性無功功率的調節。

3.5 裝置特點

裝置電容器/電抗器固定接入，不采用投切電容方式調節無功，而是根據Q= U22πfC，改變電容器/電抗器端電壓來調節無功輸出，滿足系統無功出力要求。端電壓從100%Ue到60%Ue（可根據用戶要求調整調節范圍），電容器/電抗器的無功輸出容量就可在額定容量的100%到36%之間調節，調節調壓器檔位即可實現適量補償。

調壓過程中電容器始終不脫離電網，無充放電，因此調節不需延時，可實現實時調節。因沒有電容器投切，在調節過程中無過電壓、涌流存在，可以保證電容器安全，延長其使用壽命。

采用電容低電壓合閘，有效降低電容器合閘涌流對系統及電容器本身的沖擊。

典型一次系統圖

典型案例：MSVC在煤炭行業中的應用

4.1 行業工況概述

 煤炭行業的礦井的主要負載有提升、排水、綜掘、綜采、皮帶、通風等，均為感性負載，加之有整流、變頻設備，諧波較大，需對礦井進行無功補償與諧波治理。提升負荷變化快且頻繁，無功補償需快速跟隨才能有好的補償效果。

為了更好地了解其無功變化及諧波情況，我公司對安徽某礦（年產400萬噸）的配電系統進行了測量，并以此為依據，實施了MCR型SVC在煤炭行業中的典型方案。

4.2 測試數據分析

(1) 無功功率

   母線無功功率的變化沒有明顯時間規律，波動范圍很大，最大的時候達到8200kvar，而最小的時候是2000kvar，在提升機啟動的瞬間甚至更小，而且變化周期很短，母線無功變化曲線見圖1。其變化部分主要由提升機造成，當提升機啟動的時候功率因數趨于零，正常運行后也只有0.5（見圖2），而提升機的無功變化呈周期性變化（見圖3）。

圖1  母線無功變化曲線

圖2 提升機功率因數變化曲線

圖3   提升機無功功率變化曲線

(2) 諧波水平

該系統的主要諧波源為12脈動直流電機（提升機），主要諧波成分為11次（2.31%）、13次(2.26%)、23次(0.95%)、25次(0.98%)，使電流波形嚴重畸變（圖4）。

圖4  提升機波形圖及頻譜

母線上的諧波情況：由于變化器采用星型接法，而系統存在少量的單相負載，造成三相不平衡，產生了3次諧波（圖5）。

圖5 母線諧波及頻譜圖

   由以上可見，母線的主要諧波為3次、11次、13次。故在考慮設計濾波裝置時建議采用四個濾波支路，即3次支路、5次支路、7次支路、11次兼高通支路。

4.3 補償濾波方案

基于以上分析，該系統無功補償容量為5400kvar，電容器安裝容量為7200kvar，設3次、5次、7次、11次兼高通四個濾波支路，容量分別為1200kvar、2400kvar、1200kvar、2400kvar，采用固定連接，同時配容量為4000kvar的磁控電抗器，可以實現1400kvar—5400kvar的連續補償，保證功率因數穩定在0.95以上，同時確保補償的快速跟隨。

動態無功補償與濾波成套裝置一次系統圖如下

4.4 主要配置

電容器組采用柜式安裝，主要配置為電容器、電抗器、隔離開關、高壓熔斷器、放電線圈等。

磁控電抗器支路主要由磁控電抗器、自動控制器、晶閘管閥柜等。

參考配置表如下：