莱恩钢帘线无功补偿设计方案.doc

莱恩钢帘线无功补偿设计方案1 SVG与无源补偿装置的对比l 总体构成对比l 普通无源补偿装置包括FC、TCR、TSC、MCR，不论控制方式如何，都是属于无源设备，由大量的电容和电抗器组成，分组投切，不是实时动态连续补偿。不同的无源设备说到底只是投切的速度的对比，以及本身是否产生谐波的对比，从根本上讲没有质的飞跃，所以不论是如何的改进，都谈不上技术的进步。l SVG属于有源补偿设备，完全不同于无源设备，主要由高频电力电子开关模块IGBT工作，来进行补偿，不使用电容，采用二重化技术，本身不产生谐波，最为重要的是它可以实时动态连续补偿无功功率，理论功率因数可以达到0.99，且不会因负载容量在某一时刻突然急剧的减少而出现过补偿现象，无源补偿装置过补偿现象轻则功率因素下降，无功功率需求不降反升，重则烧毁电容柜甚至变压器，造成重大生产事故。例如2011年陕西兴化集团因某低压侧电容柜补偿故障导致跳闸，生产停车，一次性损失估价700多万元。l 后期维护对比l 由于钢铁加工行业用电系统是可控硅整流，谐波含量很大。国标规定，正常情况下好的电容的寿命最高为3年，但是由于谐波的影响，会大大降低电容的寿命，甚至会造成电容的炸裂，按照常规，如果供电系统使用较好电容，受到谐波的影响，几乎一年就需要整体更换一次电容，现在市场上国产电容的价格1KVAR为50元，如果是进口电容，价格至少为100元，那么每1500Kvar的补偿电容为15万，这仅是维护费用，并未计入维修费用。这种更换电容的情况曾经在国内著名的钢帘线企业贝卡尔特成为定律，贝卡尔特的沈阳、江阴、威海等工厂均发生过电容柜因无功波动和谐波电流过大而烧毁的事故，造成车间大面积停产（贝卡正常24小时生产），维修、复产时间需要一天半时间，贝卡尔特某厂日均产量在250吨左右，一次停电事故就会造成巨大经济损失。l 由于SVG是有源设备，不需要吸收无功的大量电容器，所以SVG的维护维修费用为0，而且SVG本身可以通过人工设定滤除较明显的谐波，自身工作不受谐波的干扰，没有任何后顾之忧。在河南明泰铝业，鸽瑞复合材料，郑州日产等企业我们的SVG已经发挥了非常好的作用，使用户实现了真正的免维护，无人值守更安全更放心。l 补偿效果对比l 一方面，由于无源设备都是分组投切，在补偿效果上存在“死区”，响应速度慢，所以平均功率因数在0.92左右，另一方面，由于谐波的影响，电容的容量会不断的衰减，直接导致功率因数不断降低，如果低于国家规定的0.9，就会导致高额的电费和罚款，我们接触了大量的企业都采用了无源的SVC做低压400V补偿实际运行效果很差，补偿后的结果是功率因素仍然在0.50.7的范围波动，很难达到节能降耗的目的，并没有真正给企业带来经济效益。归根结底的原因就是很多钢铁企业非线性冲击性负载比较多，无功波动比较大而且比较快，满足不了大多数工业场合的需求。l 由于平均功率因数的问题，无源设备的补偿效果要远低于有源设备，由此总结出的经验告诉我们，一般情况SVG的节能效果要比无源设备高出7%左右。l SVG是连续补偿，只要容量够，理论可以达到0.99的补偿效果，且不会过补，补偿效果和节能超一流，收回成本远远快于无源补偿设备。l 自身消耗节能对比l 无源设备本身能耗很大，SVC由于是采用晶闸管元器件，本身的能耗超过10%。l 有源SVG本身能耗极低，不超过1%，远低于无源补偿装置SVC10%以上的能耗，设备本身就可直接体现出节能效果，减少电费开支。l 占地面积对比 相同容量的SVG比无源设备占地面积至少要节约一半以上！l 引起谐振的问题l 普通的无源补偿设备SVC随着时间的推移，由于电容本身特性决定的无法恢复的容量改变，容易引起系统谐振，放大系统的谐波，造成用电设备工作不正常，寿命减少，造成变压器发热量大噪声大，寿命减少，造成保护装置误动作或拒动作，造成无故跳闸，严重时引起电容烧毁爆炸，烧毁用电设备和变压器，造成难以弥补的损失，l SVG是并联接入电网，除自身发生故障不会影响系统外，更不会与系统产生谐振从而影响供用电系统安全，非常安全高效。l 其它对比l SVG可以有效抑制电压的闪变，有着SVC无法比拟的巨大优势。l SVG相比无源设备更加安全，因为没有大量的电容元器件。l SVG相比无源设备响应时间更短,效率更高。l SVG可以补偿容性、感性无功。l SVG的安装容量通常要小于SVC的安装容量l 总结l 普通的无源设备非常适合在负载容量小且稳定、谐波含量少的工业环境，有些企业过于追求前期的小投入，造成的结果就是后期大改造，日常生产和维护成本非常高，使企业一出生就成为了高耗能企业，无法摆脱经济运行压力。 l SVG性能优越，一般使用在具有冲击性负载、谐波含量大的工业现场，比如轧机系统、汽车制造行业、石油开采行业，煤炭行业，铝制品行业，冶金行业，机床加工，港口码头等，尤其在钢帘线生产中使用有源的无功补偿设备SVG已经成为最佳选择，因为在这些特殊行业，普通的无源设备已经无法满足系统要求， 而且从整个无功补偿设备的发展趋势来说，随着SVG各个主要电器元件的国产化，最终有源的无功补偿设备SVG会完全取代无源的无功补偿设备。2 无功补偿技术介绍目前主要的动态无功补偿方式有以下几种： TCR+FC方式SVC通常是专指使用晶闸管的静止无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗器(Thyristor Controlled ReactorTCR)和晶闸管投切电容器(Thyristor Switched CapacitorTSC)，以及两者的混合装置(TCR+TSC)，或者TCR与固定电容器(Fixed CapacitorFC)或机械投切电容器(Mechanically Switched CapacitorMSC)混合使用的装置(如TCR+FC、TCR+MSC等)。 (a) TCR+FC (b) TSC (c) TCR+TSC+FC (d) TCT+FC图示给出了SVC不同配置类型的单相接线图，其中晶闸管控制变压器(Thyristor Controlled TransformerTCT)是TCR装置的一种变型。 (a) 原理结构 (b) 动态补偿原理图示为典型无功补偿系统的原理结构图。图中，U为系统线电压；R和X分别为系统电阻和电抗。图(b)为反映系统电压与无功功率关系的特性曲线。可以看出，该特性曲线是向下倾斜的，即随着系统供给的感性无功功率的增加，供电电压下降。实际上，由电力系统分析还可以知道，无功功率的变化将引起系统电压成比例地变化。投入补偿器之后，系统供给的无功功率为负载和补偿器无功功率之和，即： 因此，当负载无功变化时，如果补偿器的无功功率总能弥补的变化，从而使维持不变，即，则也将为0，供电电压保持恒定。图(b)是进行动态无功补偿并使系统无功功率保持在常数的示意图。当系统工作点保持在=0处，就实现了功率因数的全补偿。可见功率因数补偿可以看作是电压调整功能的特例。从上述分析可以看出，只要SVC能够快速补偿负载无功功率的变化，就可以对系统无功功率进行动态补偿（但是很多金属加工场合SVC是不能满足这一要求的），并且可以使系统始终保持在=0，即SVC完全提供负载所需要的无功功率，这就是SVC可以进行无功功率动态补偿的原理。但是目前的工业企业很多由于功率因数波动比较大，导致电压的突升突降问题比较严重，电压突降往往导致电能供应不上，正在生产当中的用电设备经常因此发生停车事故，致使企业遭受巨大经济损失，电压突升往往会烧毁用电设备，同样使企业蒙受损失，而SVG做无功补偿，最关键的一点就是可以很好的抑制大功率用电设备使用当中电压闪变的问题，明显减少此类情况的发生，为企业安全生产保驾护航。河南明泰铝业现场，未使用西安赛博SVG之前每年单组轧机发生停车事故约为11次，使用西安赛博SVG之后仅发生过一次。n SVG补偿方式静止无功发生器（SVG：Static Var Generator）的基本原理是指将自换相桥式电路通过电抗器直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。 上图为SVG单相等效原理图，将系统看作一个电压源，SVG可以看作一个可控电压源，连接电抗器可以等效成一个线形阻抗元件。表1给出了SVG三种运行模式的原理说明。 SVG的三种运行模式运行模式波形和相量图说明空载运行模式UI = Us，Isvg = 0，SVG不输出无功。容性运行模式UI Us，Isvg为超前的电流，其幅值可以通过调节UI来连续控制，从而连续调节SVG发出的容性无功。感性运行模式UI Us，Isvg为滞后的电流。此时SVG发出的感性无功可以连续控制。n SVG方式优势传统的无功补偿装置通过调节电容或电感实现无功补偿，虽然应用广泛，但是存在谐振、响应时间慢等问题。SVG是目前最为先进的无功补偿装置，它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换，从而使无功补偿技术产生了质的飞跃： (1)采用IGBT升压斩波方式实现无功补偿，没有大容量的并联电容器，避免了电容器与系统阻抗谐振的危险。(2)响应速度更快SVG响应时间：5ms。SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。 (3)安全性更高SVG运行时被控制为电流源，不存在与系统阻抗发生谐振的可能性,安全性更高。(4)补偿功能多样化使用同一套SVG装置，可以实现不同的多种补偿功能：l 补偿负载无功l 补偿负载谐波l 补偿负载不平衡l 同时补偿负载无功、谐波和不平衡(3)谐波含量极低SVG采用了PWM技术和多重化技术，对电网不会产生二次污染。(4)占地面积较小SVG采用直接PWM电流控制技术，其输出电流波形和相位完全可控，SVG能够在额定感性到额定容性的范围内运行。由于无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，SVG的占地面积最大只有相同容量SVC的50%。3 设备技术参数 电网规格：AC 400V15% 三相三线制 频率：50 Hz1% CT要求：Class 0.5或以上精度，CT二次侧电流为5A 接线方式：三相三线制 单机可补偿无功：300kvar连续可调 进线形式：下进线或上进线，根据实际情况确定 全响应时间：5 ms（补偿10%90%） 功率损耗：2%额定容量 面板显示功能：a) LCD显示：SVG输出电流大小、故障信息，运行参数设置等；b) 信号灯显示：电网运行、补偿装置投入、故障指示； 保护：交流电源欠压、交流电源错相、交流电源缺相、直流侧过压、IGBT过流、温度过热。 噪声：65dB 冷却方式：强制风冷 工作条件：室内温度：-10 +50 ；湿度：90%（25） 防护等级：IP20 柜体表面处理：磷化后喷塑中皱，颜色RAL7032 柜体尺寸： 1200mm2200mm1000mm（宽高深）；4 售后服务保证我公司坐落于西安市长安科技产业园，在河南有办事处，拥有一支强大的售后服务队伍。设立接线员24小时专门负责接听本项目的电话，解决用户所提出的问题（如用户报修、疑难解答、投诉等），安排技术员上门保养及维修。公司拥有120名专业的技术员，可以为用户提供良好的技术服务和配件供应，保证所提供设备的正常运行；我公司对本次供货有效期内所提供的所有产品提供立体式保障体系：a) 每月按时上门对设备进行专业的保养及维护；b) 当设备出现故障时，我公司将派专业技术员在规定时间内上门维修；c) 当用户需要耗材时，我司将在维修响应时间内，派专门的送货人员送货上门，以保证机器的正常运行；d) 客户服务中心的客户专员会定期对用户进行回访，了解客户宝贵建议及意见，解决客户的实际问题，最大程度地满足用户的需求。售后服务体系、维修响应程序：接到用户报修；在规定的时间内派维修员到实地进行维修；每日分析维修报告，录入档案；提供由技术员周期性分析客户设备运转情况；保养维护防止故障频繁发生。5 公司介绍西安赛博电气有限责任公司成立于2003年，是西安交通大学电力电子及新能源技术研究中心和西安爱科电子有限责任公司联合创办的高新技术企业，而现在的爱科赛博电气将爱科电子和赛博电气合并，为了上市所需。专业从事以有源电力滤波器为核心的电能质量产品和解决方案的研发、生产、销售及服务。公司以西安交通大学为技术依托，汇聚了一批年富力强的优秀人才，在电力电子变流器及其控制技术方面具有丰富的经验和技术实力。公司依托西安交通大学在电能质量控制领域10余年的技术积累、深厚的技术底蕴和国内的领先地位，与交大紧密合作，致力于电能质量控制产品和技术的推广应用。产品涵盖有源电力滤波器、静止无功发生器、主动式电压质量控制器、混合型谐波无功综合补偿成套装置等。有源电力滤波器产品单机容量15400A，添补了国内空白，在国内最早投入工业现场应用。针对典型行业应用提出了多种谐波治理补偿综合解决方案，可按用户要求设计和承接电能质量监控、治理工程项目，在石油、冶金、烟草等行业取得了很好的推广应用。公司致力于在电力电子和电气控制领域不断推出满足客户要求的创新产品，不断提升对客户及时周到的服务，以客户提供全方位解决方案，打造业界知名的一流品牌。公司位于西安高新技术产业开发区新型工业园内，目前厂房20000m2，员工人数400余人。公司建有国内一流的电能质量产品试验站，拥有1000kVA谐波无功电流模拟装置、500kVA电网电压特性模拟装置。拥有全套可满足国标、国军标要求的电能质量检测、功率分析、电磁兼容等方面的测试仪器。经过十余年的发展，公司已成为国内有源电力滤波器研发、生产、销售和服务的龙头企业，不但具有雄厚的技术优势，而且建立起了以ISO9001为核心的规范的质量保证和管理体系。取得和获受理专利近15项，发明专利2项国家科技部中小企业创新基金资助国家火炬计划支持项目多项业界领先的自主知识产权核心技术有源电力滤波器国家标准的主要起草单位公司有源电力滤波器以及其它电气设备遵照以下标准：低压用户电器装置规程(GB3983-1-89)半导体变流器基本要求的规定（GB/T3859.1-93）电能质量 供电电压允许偏差 GB/T12325-2003（GB12325-1990）电能质量 电压波动和闪变 GB/T12325-2003电能质量 公用电网谐波 GB/T14549-93受谐波影响的工业交流电网、过滤器和并联电容器的应用（IEC61642）电磁兼容（EMC）-第4部分：试验和测量技术-第7部分供电系统及所连设备谐波和谐间波测量和测量仪器导则（IEC61000-4-7）电磁兼容（EMC）-第2部分：环境-第4部分：工厂低频传导骚扰兼容水平（IEC61000-2-4）6 国家荣誉2012年2月14日上午，2011年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行。公司参与由西安交大承担的科研项目供用电系统谐波的有源抑制技术及应用荣获国家科学技术进步二等奖。该科研项目是公司首次荣获国家级科技奖励，也是公司与西安交大校企持续合作的重大成果，标志着公司在有源谐波抑制应用技术上迈上了一个新台阶，由于SVG的技术和APF的技术有很大的共同点，这进一步巩固了公司在国内有源谐波治理产业领域及低压SVG无功补偿技术领先地位。7 轧机行业SVG运用案例该企业是铝制品进行深加工的企业，在生产过程中使用的主要负载为开卷电机、卷取电机和主轧机，该类负载均属于冲击性非线性负载，使用过程中无功冲击大，功率因数低，谐波含量大，造成供电变压器发热严重、噪声污染严重，严重影响了供电系统的供用电安全和生产的可靠性。经过前期测试和沟通，西安赛博电气有限责任公司提供了一种新型的电能质量解决方案，使用SVG（静止无功发生器）对于该系统中的无功和谐波问题进行处理，赛博电气提供了三台型号为SPS-500/0.4的静止无功发生器在2#轧机卷取系统使用。该套电能质量设备于2010年10月23日正式投入运行，见图一所示，为了验证该设备的补偿效果。赛博电气于10月24日对于各种工况下的补偿效果进行了验证性测试。图1 SVG设备运行图片仪器：Fluke F434 说明：测试时选取了两个工况，工况1将较厚平料轧成较薄平料，简称轧平料，工况2将平料轧成花料，简称轧花料。测试时，F434的三个电压探头分别取系统三相电压，A相电流探头取A相补偿后的电流信号，B相电流探头取B相补偿前的电流信号，即负载端电流信号。由于负载为三相整流系统，三相电流平衡，所以可以等效认为： A相信号（蓝色）均为补偿后数据，B相信号（红色）为补偿前数据。1轧平料过程图7.1 电流变化曲线由图1.1可以看出，在轧平料过程中，补偿前电流波动较大，电流最小为450A左右，最大载2200A左右，补偿前后数据对比，可以明显看出补偿后电流比补偿前电流下降不少，随着电流的增大，电流下降幅度越大，从测试数据来看，平均下降幅度超过了40%。图7.2 无功功率变化曲线 由图1.2可以看出，补偿前系统单相无功功率在70kvar到450kvar之间波动，补偿后系统单相