电解铜高压动态滤波无功补偿成套装置ZRSVC
10kV动态无功补偿及谐波治理装置
ZRSVC静止型动态滤波无功补偿项目
ZRMCR-10-1000KVAR+
ZRTBBL-10-1800KVAR-AK
（H5/900+H7/900）
第一章 引用标准
所有设备的设计、制造、检查、试验及特性除满足规定的特别标准外，都遵照适用的最新版IEC标准和中国国家标准（GB）及电力行业（DL）标准，以及国际单位制（SI）。
GB/T20298-2006 《静止无功补偿装置(SVC)功能特性》
GB/T20297-2006 《静止无功补偿装置(SVC)现场试验》
GB10229 《电抗器》
GB311.1 《高压输变电设备的绝缘配合》
GB311.2~6 《高电压试验技术》
GB7354 《局部放电测量》
GB/T11024 《标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器》
GB4208 《外壳防护等级的分类》
GB5882 《高压电力设备外绝缘污秽等级》
GB50227-95 《并联电容器装置设计规范》
GB11024-1989 《高电压并联电容器耐久性试验》
GB15116.5-1994 《交流高压熔断器并联电容器外保护用熔断器》
GB311.1-1997 《高压输变电设备的绝缘配合》
GB156-2003 《标准电压》
GB/T14549-1993 《公用电网谐波》
GB12325-2003 《供电电压允许偏差》
GB12326-2000 《电压波动和闪变》
GB/T15543-1995 《三相电压允许不平衡度》
GB/T15945-1995 《电力系统频率允许偏差》
GB/T18481-2001 《暂时过电压和瞬态过电压》
GB/T15291 《半导体器件_第6部分_晶闸管》
DL/T462 《高压并联电容器用串联电抗器订货技术条件》
DL/T672 《变电所电压无功调节控制装置订货技术条件》
DL/T840-2003 《高压并联电容器使用技术条件》
DL/T653-1998 《高压并联电容器用放电线圈订货技术条件》
DL/T804-2002 《交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则》
DL442-1991 《高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件》
以上标准若有最新版本，则按最新版本执行。未尽事宜，将在谈判及合同阶段由双方另行约定。
第二章 ZRSVC设计方案
2.1.总述概述
电解铜系统的负荷有大量的整流装置，在生产过程中会造成系统电压波动、产生大量的谐波，同时造成系统的功率因数较低，会对电气设备造成的危害如下：
Ø 谐波对旋转电机的影响：
谐波对旋转电机的主要影响是产生附加损耗，其次产生机械振动，噪声和谐波过电压；
Ø 谐波会加速电力设备绝缘老化，易击穿；
Ø 谐波对供电变压器的影响：
谐波对供电变压器的影响主要是产生附加损耗，温升增加，出力下降，影响绝缘寿命；
Ø 谐波对变流装置的影响：交流电压畸变可能引起不可逆变流设备控制角的时间间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使变流器工作不稳定，而对逆变器则可能发生换流失败而无法工作，甚至损坏变流设备；
Ø 谐波对电缆及并联电容器的影响，当产生谐波放大时，并联电容器将因过流及过压而损坏，严重时将危机整个供电系统的安全运行；
Ø 谐波对通信产生干扰，使电度计量产生误差；
Ø 谐波对继电保护自动装置和计算机等也将产生不良影响，容易产生误动。
为解决以上问题， 本方案在10kV母线上装设静止型动态无功补偿兼滤波成套装置，以起到滤除高次谐波，提高系统功率因数、改善电能质量、稳定电网以及节能降耗、降低运行成本、提高生产效率等目的。
1、项目背景概述
(1)基本参数：
1.1电网标称电压UN=10 kV±10%，UK= 5.56 。
1.2有载调压整流变压器参数：ZHSZK-2100/10.5；整流方式：双反星形带平衡电抗器，等效相数：6相12脉波，同相逆并联，可控硅整流。
1.3整流柜参数：电解槽电压：***V，电解槽电流：***A，10kV母线短路容量设计计算约为Sk1=***MVA。
1.4无功补偿后功率因素达到0.95左右。
2、整流项目谐波计算分析
基本参数：
电网标称电压UN=10KV；
10KV母线短路容量设为Sk1=100MVA；
直流电压Ud=51V，直流电流Id=***KA，控制角=18，基波电流I=***A。
单机组12脉波运行谐波参数计算值：
|
现场测试运行谐波参数计算值 |
||||
|
序号 |
谐波次数n |
谐波电流In（A） |
谐波电压含有率HRUh（%） |
谐波电流含有率HRIh（%） |
|
1 |
H01 |
37.21 |
9724 |
100% |
|
2 |
H02 |
0.43 |
0.05 |
1.16% |
|
3 |
H03 |
0.59 |
1.51 |
1.58% |
|
4 |
H04 |
0.23 |
0.03 |
0.61% |
|
5 |
H05 |
6.06 |
1.42 |
16.28% |
|
6 |
H06 |
0.14 |
0.04 |
0.37% |
|
7 |
H07 |
2.68 |
0.59 |
7.20% |
|
8 |
H08 |
0.22 |
0.06 |
0.58% |
|
9 |
H09 |
0.56 |
0.10 |
1.50% |
|
10 |
H10 |
0.12 |
0.06 |
0.34% |
|
11 |
H11 |
1.36 |
0.45 |
3.66% |
|
12 |
H12 |
0.13 |
0.05 |
0.35% |
|
13 |
H13 |
1.59 |
0.43 |
4.28% |
|
14 |
H14 |
0.12 |
0.08 |
0.32% |
|
15 |
H15 |
0.40 |
0.10 |
1.08% |
|
16 |
H16 |
0.08 |
0.07 |
0.22% |
|
17 |
H17 |
0.55 |
0.18 |
1.49% |
|
18 |
H18 |
0.12 |
0.04 |
0.31% |
|
19 |
H19 |
0.85 |
0.21 |
2.28% |
|
20 |
H20 |
0.08 |
0.06 |
0.22% |
|
21 |
H21 |
0.27 |
0.09 |
0.73% |
|
22 |
H22 |
0.07 |
0.07 |
0.19% |
|
23 |
H23 |
0.28 |
0.13 |
0.76% |
|
24 |
H24 |
0.10 |
0.04 |
0.26% |
|
25 |
H19 |
0.38 |
0.16 |
1.02% |
|
26 |
H20 |
0.85 |
0.05 |
1.16% |
|
总谐波畸变率THD（%） |
|
2.67（THDu%） |
20.98（THDi%） |
|
|
负载容量按2100KVA估算谐波参数计算值 |
||||
|
序号 |
谐波次数n |
谐波电流In（A） |
谐波电压含有率HRUh（%） |
谐波电流含有率HRIh（%） |
|
1 |
H01 |
115.35 |
9724 |
100% |
|
2 |
H02 |
1.33 |
0.05 |
1.16% |
|
3 |
H03 |
1.83 |
1.51 |
1.58% |
|
4 |
H04 |
0.71 |
0.03 |
0.61% |
|
5 |
H05 |
18.79 |
1.42 |
16.28% |
|
6 |
H06 |
0.43 |
0.04 |
0.37% |
|
7 |
H07 |
8.31 |
0.59 |
7.20% |
|
8 |
H08 |
0.68 |
0.06 |
0.58% |
|
9 |
H09 |
1.74 |
0.10 |
1.50% |
|
10 |
H10 |
0.37 |
0.06 |
0.34% |
|
11 |
H11 |
4.22 |
0.45 |
3.66% |
|
12 |
H12 |
0.40 |
0.05 |
0.35% |
|
13 |
H13 |
4.93 |
0.43 |
4.28% |
|
14 |
H14 |
0.37 |
0.08 |
0.32% |
|
15 |
H15 |
1.24 |
0.10 |
1.08% |
|
16 |
H16 |
0.25 |
0.07 |
0.22% |
|
17 |
H17 |
1.71 |
0.18 |
1.49% |
|
18 |
H18 |
0.37 |
0.04 |
0.31% |
|
19 |
H19 |
2.64 |
0.21 |
2.28% |
|
20 |
H20 |
0.25 |
0.06 |
0.22% |
|
21 |
H21 |
0.84 |
0.09 |
0.73% |
|
22 |
H22 |
0.22 |
0.07 |
0.19% |
|
23 |
H23 |
0.87 |
0.13 |
0.76% |
|
24 |
H24 |
0.31 |
0.04 |
0.26% |
|
25 |
H19 |
1.18 |
0.16 |
1.02% |
|
26 |
H20 |
2.64 |
0.05 |
1.16% |
|
总谐波畸变率THD（%） |
|
2.67（THDu%） |
20.98（THDi%） |
|
使用环境
|
1 |
周围空气温度 |
|
|
最高温度 ℃ |
40℃ |
|
|
最低温度 ℃ |
-25℃ |
|
|
******日温差 K |
25 |
|
|
2 |
海拔高度 m |
<2000 |
|
3 |
环境相对湿度（在25℃时）平均值 |
90% |
|
4 |
地震波为正弦波，持续时间三个周波，安全系数1.67 |
|
|
5 |
污秽等级 |
Ⅳ |
|
泄漏比距 |
≥3.1cm/kV |
|
FC设计
1、滤波器设计原则
滤波器发出的无功应能满足补偿功率因数、抑制电压波动的要求；
选取的滤波电容器的额定电压应保证滤波器的安全可靠运行；应考虑以下因数：
(1)母线电压水平；
(2)串联电抗器后电容器两端两端电压升高；
(3)谐波电流通过电容器引起的谐波电压；
(4)电网电压波动引起的电压升高；
(5)电容补偿装置投入后引起的电压升高；
滤波器的分组应满足滤除谐波电流的要求；
滤波器设计时应进行充分的计算机仿真计算及数据库优选，经多个方案比较，选择******方案；
对选定的滤波器应进行滤波器各种运行方式下的计算机仿真，避免与系统发生谐振；
对滤波器的安全运行应进行仔细校验。
补偿后10kV岀线侧功率因数cos≥0.95。
10KV母线谐波电流限值按国标GB/T14549-93的规定应满足要求。
2、谐波电流分析原则
当电网公共节点的短路容量不同于100MVA标准容量时，按照《电能质量公用电网谐波》国家标准提供的修正谐波电流的公式
Ih=IHP×SK1/SK2 （1）
其中，SK1――公共节点最小短路容量
SK2――基准短路容量
Ihp――表4中第h次谐波电流
Ih――短路容量为SK1时第h次谐波电流允许值
按以上方法换算，得出公共连接点所有用户向配电系统注入的各次总谐波电流允许值后，即可用下式算出同一公共连接点允许第I个用户注入的第h次谐波电流的允许值：
式中 Ih ─ 按式（1）换算的第h次谐波电流允许值，A；
Su ─ 第i个用户的用电协议容量，MVA；
St ─ 公共连接点的供电设备容量，MVA；
α ─ 相位迭加系数，按国标取值GB/T14549-93的规定取值。
3、 FC接入用电系统的基本特征
FC安装母线的额定电压：10kV；
考核点
10kV母线
系统条件
电压等级：10kV
系统频率：50HZ
负荷参数
正常工作条件下，电解系统的自然功率因数较高，可达0.9以上，负荷率60%-85%，目标功率因数0.95，则系统实际无功需求量为：1262kvar。
4、谐波电流
参照用户提供的负荷资料以及相关工程经验，本工程设计谐波参考值如下：
|
谐波次数 |
5 |
7 |
11 |
13 |
|
谐波电流（A） |
18.79 |
8.31 |
|
|
由以上分析可知：系统谐波主要以5、7、为主，本方案最终考虑系统设置5、7次2个单调谐滤波通道。
5、补偿容量选择：
选择基波补偿无功容量为：1262kvar。本次设计中滤波补偿装置的安装容量为1800kvar，滤波器的有效无功输出容量约1262kvar左右
6、滤波通道的设置：
根据文件相关技术要求部分规定及类似相关工程的设计经验，滤波通道设置如下：
5次单调谐滤波通道、7次单调谐滤波通道。
通过计算机仿真显示，滤波补偿装置投运后，滤波效果非常明显，谐波电流得到有效滤除，谐波电压畸变得到明显改善，功率因数能很好的满足用户的要求。
7、每个滤波通道主要元器件参数：
考虑到投入电容器后母线电压会升高，串联电抗器及谐波电流会使电容器的电压升高，并考虑到所选取元件尽量一致，通过综合计算可得电容器、电抗器的主要参数如下：
滤波补偿装置滤波电容器额定参数
|
组别 |
额定电压/容量 |
额定电流 |
三相总容量 |
三相基波补偿容量 |
接线方式 |
|
5次 |
7kV/300kvar |
42.86A |
900kvar |
637kvar |
1并1串 |
|
7次 |
7kV/300kvar |
42.86A |
900Kvar |
625Kvar |
1并1串 |
|
|
|
|
|
|
|
|
合 计 |
1900Kvar |
1262Kvar |
|
||
8、滤波器安全性能校核
电容器过流、过压、过负荷校核
电容器组在额定工况下，进行如下过压、过流和过负荷校核：
过压校核：
过流校核：
过负荷校核：
经仿真验算，过电压，过电流，过负荷校验，2组滤波电容器组均满足要求。
9、滤波补偿效果
5 次 7 次
PCC点谐波电压 kV
0.1471 0.057
PCC点谐波电流 A
18.79 8.31
通过仿真计算表明，在所需滤除的谐波频次附近，所设计的滤波器不会与系统产生并联谐振和谐波放大。阻抗曲线图如下：
