SVC工程總結(jié)

朱紅亮 李 航 宋玲

中國二十冶集團有限公司電氣設(shè)備安裝工程分公司

SVC工程總結(jié)

朱紅亮 李 航 宋玲

中國二十冶集團有限公司電氣設(shè)備安裝工程分公司

一、施工背景

1780熱軋工程35KV高壓系統(tǒng)的SVC施工從最初的基礎(chǔ)埋管至最后調(diào)試送電，經(jīng)歷了4個月的時間。

二、SVC系統(tǒng)概況

SVC的全稱是高壓靜止無功功率動態(tài)補償裝置（以下簡稱SVC），即利用晶閘管的開通與關(guān)斷調(diào)節(jié)等效電抗和投入的電容，從而達到迅速調(diào)整無功補償容量的目的。

1780帶鋼熱軋線主傳動共有2臺粗軋機、7臺精軋機、1臺飛剪，均為同步電動機傳動，采用可控硅交一交變頻電源供電，其中R1電機為2臺3800KW、R2電機為2臺7500KW、F1～F4電機為4臺9000KW、F5～F6電機為2臺8000KW、F7電機為1臺7500KW、CS電機為1臺2300KW。由于交變頻會產(chǎn)生大量諧波，故須在35 kV電網(wǎng)上加裝SVC系統(tǒng)，以減少軋機的無功沖擊和諧波對電網(wǎng)的影響。本工程采用西門子公司的TCR（晶閘管控制電抗器）+FC（固定電容器）型SVC系統(tǒng)，有效地抑制了軋機所產(chǎn)生的無功沖擊和諧波對電網(wǎng)的影響。

三、SVC系統(tǒng)的安裝施工

1. 系統(tǒng)組成

SVC系統(tǒng)主要由以下7部分組成。

(1)全數(shù)字智能控制系統(tǒng)。柜式結(jié)構(gòu)，用于實時計算電網(wǎng)無功，控制晶閘管觸發(fā)角大小，進而控制補償無功量的大小。

(2)高壓晶閘管閥組裝置。水冷式結(jié)構(gòu)，接受來自控制系統(tǒng)的信號，改變晶閘管觸發(fā)角的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的系統(tǒng)補償電流。

(3)相控電抗器。空芯干式，上下雙線圈，自然冷卻。通過晶閘管的電流流經(jīng)補償電抗器時，產(chǎn)生系統(tǒng)所需的感性無功，用于平衡系統(tǒng)無功，保持穩(wěn)定的母線電壓和功率因數(shù)。

(4)純水冷卻系統(tǒng)

(5)多次諧波濾波器。由電抗器、電力電容器、電阻器組成一個濾波通道，根據(jù)系統(tǒng)要求可以組成多個濾波通道，分別用于濾除相應(yīng)的高次諧波。其中電抗器為空芯干式，上下雙線圈，自然冷卻。電力電容器為組架式安裝，自然冷卻。高次諧波濾波器用于消除流經(jīng)系統(tǒng)的高次諧波，向系統(tǒng)提供容性無功，提高功率因數(shù)。

(6)斷路器裝置

(7)防雷接地系統(tǒng)

圖1為SVC系統(tǒng)原理圖。

2.安裝過程

2.1 全數(shù)字智能控制系統(tǒng)的安裝

此系統(tǒng)設(shè)計為柜式結(jié)構(gòu)，由1面電源柜和2面控制柜加上外部的人機對話工控機系統(tǒng)組成。其作用在于實時計算電網(wǎng)無功，控制晶閘管觸發(fā)角的大小，進而控制補償無功功率的大小。它采用高速數(shù)字信號處理器DSP的控制系統(tǒng)，具有全面的控制、監(jiān)視及故障診斷功能，并有分析全電網(wǎng)參數(shù)和諧波分析的能力，還可以提供友好的人機界面及其與上位機連接的接口，便于本地和遠程分析、控制，故可靠性高、實用性強。

因其形式為盤柜，故根據(jù)一般盤柜安裝規(guī)范進行安裝即可。

2.2 高壓晶閘管閥組裝置

晶閘管閥體由西門子廠家提供，采用外國進口元件，技術(shù)比較成熟，故可以保證主體設(shè)備穩(wěn)定運行。主回路設(shè)計成臥式結(jié)構(gòu)，晶閘管疊裝壓接式。晶閘管閥體冷卻方式采用水-水冷卻方式，高純水冷卻TCR閥，具有損耗小、壽命長、噪音小等特點。

圖1 SVC系統(tǒng)原理圖

此部分設(shè)備安裝在室內(nèi)，雖然元件組裝繁瑣，且閥組的支架較重，但上空頂棚有鐵制預(yù)埋件，可加導鏈等手動工具安裝此部分設(shè)備，需要注意的就是高壓晶閘管組裝過程中的成品保護，及設(shè)備支架的調(diào)平，根據(jù)廠家要求進行組裝。

另，此部分若要發(fā)揮功用，還需相控電抗器與之連接，TCR通過控制與相控電抗器連接的反并聯(lián)晶閘管對的移相觸發(fā)脈沖來改變電抗器等效電納的大小，從而輸出連續(xù)可變的無功功率。其中安裝施工還包括晶閘管閥組裝置與相控電抗器之間的鋁母線線連接。涉及穿墻套管的安裝及連接銅排的制作等安裝工序。

2.3 相控電抗器

相控電抗器的作用是提供系統(tǒng)所需要的感性無功功率，穩(wěn)定負載沖擊所產(chǎn)生的電壓波動，通過與高壓晶閘管閥組連接并入電網(wǎng)中。設(shè)備為國產(chǎn)，空芯干式，上下雙線圈，自然冷卻。

相控電抗器的安裝：因電抗器單重為5噸，需用吊車吊穩(wěn)組裝。先組裝防磁底座和絕緣子，然后在安裝位置地面上確定好中心和各支座點位置，以方便安裝。此后，緩緩落下電抗器，至地面時調(diào)平電抗器，并在各支點處打孔，安裝配套的膨脹螺栓，最后緊固。其余2組安裝方式相同。

2.4 純水冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)采用密閉純水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，由廠房供水管道供水，有儲水罐。設(shè)計為閥臺形式，內(nèi)有主循環(huán)泵、離子交換機、精密過濾器等設(shè)備。系統(tǒng)由PLC控制壓力、濕度、溫度等，并與控制系統(tǒng)連鎖，保護、報警功能完備，且無腐蝕、無污染、低噪音、符合環(huán)保要求。

此系統(tǒng)為整體式，單獨安裝的只有冷卻水管及儲水罐，故安裝較為容易。

2.5 多次諧波濾波器

從功能組成上多次諧波濾波器由串聯(lián)電抗器、線編式無感電阻器及交流濾波電容器組組成。

從系統(tǒng)功用上，多次諧波濾波器分為3次濾波器、5次濾波器、7次濾波器及11次濾波器。

多次諧波濾波器作用為向系統(tǒng)提供容性無功，并抑制流經(jīng)系統(tǒng)的諧波，提高功率因數(shù)。交流濾波電容器為組架式安裝，自然冷卻。濾波電抗器為空芯干式，自然冷卻。

2.5.1 串聯(lián)電抗器

在高壓無功補償裝置中，一般都裝有串聯(lián)電抗器，它的作用主要有兩點：1）限制合閘涌流，使其不超過20倍；2）抑制供電系統(tǒng)的高次諧波，用來保護電容器。在并聯(lián)補償電容器裝置中，與并聯(lián)電容器串聯(lián)連接用以抑制諧波電壓放大，減少系統(tǒng)電壓波形畸變和限制電容器回路投入時的沖擊電流。因此，電抗器在無功補償裝置中的作用非常重要。

然而，串聯(lián)電抗器與電容器不能隨意組合，若不考慮電容裝置接入處電網(wǎng)的實際情況，采用“一刀切”的配置方式（如電容器一律配用電抗率為5%～6%的串抗），往往適得其反，招致某次諧波的嚴重放大甚至發(fā)生諧振，危及裝置與系統(tǒng)的安全。故根據(jù)實際的用電需求，3、5、7、11次濾波都采用了不同規(guī)格的電抗器。

北京電力設(shè)備總廠出產(chǎn)的串聯(lián)電抗器最重的單重為975kg，安裝時，由于距離地面不高，可事先制作高度為4米的支架（后續(xù)安裝的電阻器、電容器及其他設(shè)備也需用），懸掛導鏈安裝。安裝時也需先在安裝位置上標記好尺寸，便于調(diào)整，為設(shè)備間的鋁母線連接提供方便。

2.5.2 線編式高壓無感電阻器

一種線編式高壓無感電阻器，包括底座，在底座上設(shè)有支撐絕緣子，通過支撐絕緣子連接有框架，在框架上固定有若干個由電阻器框架、玻璃絲和電阻絲構(gòu)成的片狀電阻單元器，其特殊之處是所說的電阻器框架呈M形分布在框架上，電阻絲為至少三股編織而成，所說的框架采用絕磁材料構(gòu)成。優(yōu)點是可有效解決高通領(lǐng)域中電流趨膚效應(yīng)問題，在強磁場環(huán)境下可以正常工作，且體積小、溫升低。

到貨設(shè)備屬于整體式，只需安裝支撐絕緣子，安裝方法同電抗器相同。

2.5.3 并聯(lián)電容器

同樣，并聯(lián)交流濾波電容器組也是SVC非常重要的一部分。它具有以下顯著優(yōu)點：

①電容器是最經(jīng)濟的設(shè)備。它的一次性投資和運行費用都比較低，且安裝調(diào)試簡單。

②電容器的損耗低，效率高。現(xiàn)代電容器的損耗只有本身容量的0.02%左右。屬于同種設(shè)備的調(diào)相機除了本身的損耗外，其附屬設(shè)備還需用一定的所用電，損耗2%～30%，大大高于電容器。

③電容器是靜止設(shè)備，運行維護簡單，沒有噪音。

并聯(lián)電容器是電網(wǎng)中用得最多的一種無功功率補償設(shè)備，目前國內(nèi)外電力系統(tǒng)中90%的無功補償設(shè)備是并聯(lián)電容器。

交流濾波電容器在此次設(shè)備安裝中，數(shù)量是最多的，由于廠家提供支架，無需現(xiàn)場制作，安裝過程也變得簡單。需要注意的是，電容器之間是用裸銅線進行連接的，裸銅線一定要與電容器緊固好，防止掉落到其他電容器上。

2.6 隔離開關(guān)和斷路器

此次安裝的隔離開關(guān)設(shè)備是國產(chǎn)的GW5-40.5IIDW型戶外交流高壓隔離開關(guān)，為雙柱式三相交流50Hz戶外高壓開關(guān)設(shè)備，額定電流：630A～2000A，是在普通型(接地型)隔離開關(guān)的基礎(chǔ)上將普通型棒式柱絕緣子改成防污型棒式支柱絕緣子而成，供在有電壓無負載時分、合電路之用，以及對被檢修的高壓母線、短路器等電器設(shè)備與帶電的高壓線路進行電器隔離之用。配用傳動箱分合閘操作更為靈活輕便、準確可靠。

六氟化硫斷路器是由蘇州AREVA高壓電氣開關(guān)有限公司提供的，型號為GL312。此產(chǎn)品配手動儲能彈簧操縱機構(gòu)，具有手動儲能、手動關(guān)合、手動開斷和過電流（或短路）自動脫扣和開斷功能。內(nèi)部以SF6氣體作為滅弧和絕緣介質(zhì)，體積小、重量輕、滅弧和絕緣性能可靠，不易引起火災(zāi)和爆炸，不檢修周期長等優(yōu)點。本次安裝的六氟化硫斷路器是分體組裝，配備的各種運輸、吊運工具不可缺少，應(yīng)在廠家指導下逐一安裝。因環(huán)境影響，吊車司機看不到全面的吊運情況，此時需要有經(jīng)驗的起重工謹慎的給予指揮，尤其是安裝氣體瓷瓶時需格外注意，如若損壞了絕緣瓷瓶，不知情的情況下使用，會帶來巨大隱患。

2.7 防雷接地系統(tǒng)

本套SVC施工中的接地分為保護接地和防雷接地兩部分。

根據(jù)所要保護的SVC系統(tǒng)設(shè)備安放區(qū)域面積的大小及設(shè)備安裝高度等情況，經(jīng)計算確定在SVC一側(cè)設(shè)置一座GFl系列鋼結(jié)構(gòu)避雷針塔，塔體高度為30米。整體塔身都為角鋼制作，螺栓連接。

考慮到塔身重量和吊車吊裝位置，安裝時將避雷塔分三段安裝。每段安裝時務(wù)必調(diào)整好水平垂直，防止整體安裝后呈傾斜狀態(tài)。

保護接地系統(tǒng)是在SVC系統(tǒng)安放區(qū)域四周設(shè)計一圈保護接地網(wǎng)，將系統(tǒng)內(nèi)所有正常情況下不帶電的金屬外殼或構(gòu)架同接地體相連接，電抗器、電容器、電阻器、隔離開關(guān)等各種設(shè)備的金屬支框架都需要做保護接地，接地干線的材料是150mm2的裸銅線。

3.交接試驗

交接試驗是對整個SVC系統(tǒng)安裝的檢驗，同時也是設(shè)備投入運行前的試驗，需要做的設(shè)備試驗項目主要有：

電抗器：測量繞組的直流電阻；測量繞組的絕緣電阻；交流耐壓；在額定電壓下做沖擊合閘試驗。

電流互感器：測量繞組的絕緣電阻；交流耐壓試驗；測量電流互感器的勵磁特性曲線；檢查電流互感器的極性；檢查互感器的變比。

隔離開關(guān)：測量絕緣電阻；測量導電回路的電阻；交流耐壓試驗。

絕緣子：絕緣子的試驗在母線安裝完畢后一起進行。

電容器：測量絕緣電阻、測量電容器的電容值、工頻耐壓試驗。

避雷器：測量絕緣電阻；

母線：測量母線接頭的直流電阻；測量絕緣電阻；交流耐壓。

六氟化硫斷路器：測量絕緣拉桿的絕緣電阻、有機物制成的絕緣拉桿的絕緣電阻、測量分、合閘線圈的直流電阻和絕緣電阻、測量每相導電回路的直流電阻、測量斷路器的分、合閘時間、測量斷路器主觸頭分、合閘的同期性、測量斷路器合閘時觸頭的彈跳時間、測量斷路器分、合閘線圈的最低動作值、工頻耐壓試驗。（其中部分試驗已由設(shè)備廠家出廠前測試，需要現(xiàn)場調(diào)試的，也由設(shè)備廠家自行進行調(diào)試）。

四、SVC系統(tǒng)的技術(shù)特點

該系統(tǒng)具備以下主要特點：

晶閘管閥采用光電觸發(fā)方式，晶閘管BOD保護，抗干擾能力強，保護可靠；閥體設(shè)計采用臥式，設(shè)備緊湊，運行可靠，維護工作量少；

全數(shù)字化智能控制系統(tǒng)，具有豐富、全面的控制、監(jiān)視及故障診斷功能，因此大大減少了調(diào)試、維護及檢修所需時間；

極強的自診斷能力：既有靜態(tài)自檢，又有運行中的動態(tài)檢測，能及時對系統(tǒng)中各種突發(fā)事件做出準確的預(yù)警和保護；

完善的保護功能：晶閘管控制電抗器TCR具有過流、電源異常、丟同步電源、丟脈沖、脈沖不平衡、晶閘管擊穿（每相擊穿一個晶閘管報警，但可正常工作；擊穿兩個晶閘管立刻跳閘）等保護功能；濾波器FC具有電容量內(nèi)、外熔絲保護、過電壓保護（避雷器）；裝置保護采用微機保護，包括速斷、過流、過壓、欠壓、不平衡保護等。

標準化和模塊化設(shè)計：功率單元和控制電路采用模塊或組（插）件結(jié)構(gòu)，相同模塊可以互換，提高了使用中的可靠性和可維修性；

具有三相檢測、分析全電網(wǎng)參數(shù)和諧波分析的功能：控制器可顯示75個運行參數(shù)，對1～63次諧波進行分析，并顯示棒波的百分比；

遠程操作控制：利用通訊口RS485、RS232可與上位機連接，實現(xiàn)遠程操作、監(jiān)控、測量、顯示及打印，自動化程度高；

監(jiān)控系統(tǒng)采用一體化工作站，提供友好的人機界面，現(xiàn)場工作站和遠方操作站采用觸摸屏。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.014