品质管理资料油田综合电能质量管理装置技术方案新能动力精编版.docx
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品质管理资料油田综合电能质量管理装置技术方案新能动力精编版
（70直流电机驱动型钻机）
综合电能质量（稳压、晃电、无功补偿滤波等）
技术方案
新能动力（北京）电气科技有限公司
2013年11月18日
一、规范和标准
设备所遵循的主要现行标准，但不仅限于下列标准的要求，所有设备都符合相应的标准、规范或法规的最新版本或其修正本的要求，除非另有特别外，合同期内有效的任何修正和补充都应包括在内。
DL/T672-1999《变电所电压无功调节控制装置订货技术条件》
DL/T597-1996《低压无功补偿控制器订货技术条件》
GB/T11920-2008《电站电气部分集中控制设备及系统通用技术条件》
GB1207-2006《电磁式电压互感器》
SD325-89《电力系统电压和无功电力技术导则》
GB/T311.6-2005《高电压测量标准空气间隙》
JB/T5346-1998《串联电抗器》
DL/T620《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》
GB/T11032-2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》
GB2900《电工名词术语》
GB/T311.2-2002《绝缘配合第2部分：
高压输变电设备的绝缘配合使用导则》
GB2536《变压器油》
GB5273-1985《变压器、高压电器和套管的接线端子》
GB/T775.1-2006《绝缘子试验方法第1部分：
一般试验方法》
GB/T775.2-2003《绝缘子试验方法第2部分：
电气试验方法》
GB/T775.3-2006《绝缘子试验方法第3部分：
机械试验方法》
GB/T4109-2008《交流电压高于1000V的绝缘套管》
GB1094.1-1996《电力变压器第一部分总则》
GB1094.2-1996《电力变压器第二部分温升》
GB1094.3-2003《电力变压器第3部分:
绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》
GB1094.5-2008《电力变压器第5部分：
承受短路的能力》
GB/T6451-2008《油浸式电力变压器技术参数和要求》
JB/T10088-2004《6kV～500kV级电力变压器声级》
DL/T574-2010《变压器分接开关运行维修导则》
GB/T13499-2002《电力变压器应用导则》
GB/T12325-2008《电能质量供电电压偏差》
GB12326-2008《电能质量电压波动和闪变》
GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》
GB/T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》
GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》
GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》
GB/T14598.3-1993《电气继电器第五部分:
电气继电器的绝缘试验》
DL/T677-2009《发电厂在线化学仪表检验规程》
Q/RX220-09包装标准。
《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》国家电网公司其它有关的现行标准。
以上标准应执行最新版本，当上述标准与现行标准不一致时按高标准执行。
二、现场情况
被测单位：
辽河油田某钻井队
测试单位：
新能动力（北京）电气科技有限公司
测试时间：
2013年4月
版本信息
版本
日期
测试人
方案编制
审核
批准
联系人
1
李培虎
1基础数据
负荷情况说明：
主要负载为直流电机，产生典型的6K±1次谐波。
平均功率因数0.44以上。
2测试数据
2.1测试仪器
HIOKI3198电力谐波分析仪：
监测及记录电力质量，当问题出现时分析它产生的原因，电力质量故障诊断功能最全面的仪器，测量功率因数，突升，突降，闪变，谐波分析到50次，高频瞬态测量，检测及波形显示，4电流通道及4电压通道。
2.2测试报告
2.2.1测试点选择
测试单位：
新能动力（北京）电气科技有限公司
测试仪器：
HIOKI3198
用户名称
辽河油田
测试时间
2013-04
电压等级
0.6kV
测试地点
油机出线侧
系统说明
测试现场由油机发电机直接给负载供电，因此我们选择在发电机电源出线侧采用1P2W接线方式对系统进行电能质量测试，测试电压为相电压，电流、有功功率，无功功率均为单相功率。
2.2.2测试数据
电压、电流波形图
电压电流及功率因数值
电压及电压畸变率
电流及电流畸变率
各次谐波电流参数值
1）该系统有四台发电机并联运行供电，电压为10KV/0.6KV，该供电系统存在6K±1次谐波，尤其是5、7次谐波较严重，使系统电压电流发生畸变，影响设备的正产运行及安全生产。
一般负载自然功率因数不到0.5，吸收大量的无功功率，使得大量无功电流反馈电网。
2）由于内部小电网存在电压波动，存在供电质量差，造成设备不能正常工作。
鉴于此我们按设计配置我公司MEC系列电能质量综合优化装置（SVG+APF+DVR），使其满足国家相关标准的要求及系统设备正常运行需要。
2.3满足现场环境条件
2.3.1周围空气温度
最高温度：
40℃
最低温度：
-40℃
最大日温差：
25℃
2.3.2海拔高度：
1000m
2.3.3环境相对湿度平均值：
95％（25℃时）
2.3.4地震烈度：
7度
2.3.5污秽等级：
III级
2.4满足技术指标
本次供货设备0.6KV母线电能质量综合优化装置的补偿调节功能（含解决晃电功能）完全满足“国家电网公司对接入电网技术规定”中有无功功率、运行电压、闪变、谐波及功率因数等的技术要求，并达到国家技术指标要求。
额外要求附加功能：
要求MEC具备零电压低电压穿越功能，可对系统出现电压暂降（单相或任意两相；三相电压同时跌落幅度不超40%），实现对用户负载系统支撑2秒钟不断电；并对用户电压出现升高或跌落超出+5%时起到稳定电压作用，保证用电设备正常运行。
2.4.1功率因数补偿
装置能以功率因数值和电压（电压波动）进行调节。
2.4.2谐波要求
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。
总谐波电压畸变
奇次谐波电压畸变
偶次谐波电压畸变
5.0%
4%
3%
2.4.3电压波动（闪络）
母线电压的电压波动满足国家标准《电能质量、电压波动和闪变》GB/T12326－2008。
三、动态无功补偿装置所满足以下技术要求
3.1.1动态无功补偿装置的组成
本方案根据提供现场用户情况，设计以下配置：
一次侧额定电压10KV，副边电压0.6KV有时会因为原变电压波动造成波动，造成敏感负载跳闸断电停止运行，根据用户负荷功率和供电存在问题，为保证用电设备的正常运行，后备能源的充足，由1套额定容量±3.0Mvar（0.6KV）MEC组成，其中MEC是以大功率可关断电力电子器件组成的逆变器为其核心部分——MEC从电气、结构上完全独立，分别补偿电网无功、谐波、闪变、电压波动需求，任意一组MEC停机不影响其余MEC运行，且每组MEC内部单元也完全独立。
（本MEC方案预计可将上述特征谐波滤除率70%以上）,另本次供货设备具备解决晃电功能，对由市电和负载引起的晃电故障，本装置为系统负载提供2秒支撑保证不断电。
3.1.2输出容量：
成套装置以母线无功功率最低，功率因数最高为控制目标，且多余容量用于补偿系统谐波，通过静止无功补偿器可实现动态无功补偿装置的输出容量从感性无功至容性无功连续自动调节。
3.1.3响应时间：
成套装置可动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动态调节无功输出，实现任意工况的的高功率因数运行。
装置动态响应时间小于5ms。
3.1.4谐波特性：
动态无功补偿装置输出电压谐波含量满足国标要求，并实现有源滤波功能。
3.1.5运行效率：
装置运行过程中，最大有功损耗不大于成套装置总输出容量的2%
3.1.6过载能力：
动态无功补偿装置具有短时（2s）过载能力，过载容量为成套装置总容量的30%。
3.1.7冷却方式：
动态无功补偿装置采用采用强迫风冷散热，冷却系统应采用先进、安全、可靠的独立风道散热方式，适应现场环境，无需定期更换滤网。
3.1.8电源系统
本机自身供电，柜内配UPS。
3.1.9人机界面
8寸彩色液晶触摸显示屏，全中文界面，操作灵活方便，可靠性高。
3.2MEC技术要求：
MEC并联式逆变器技术参数：
额定频率：
50HZ
额定容量：
±3.0Mvar\0.6KV
额定电压：
0.6kV
容量调节范围：
从额定感性容量到额定容性容量连续调节
冷却方式：
强迫风冷
平均损耗：
小于2%
响应速度：
小于5ms
（1）成套装置应采用德国最新一代的全控型器件IGBT（英飞凌）。
装置主回路元件的选用，留有足够的电压、电流裕度，元件应有良好的dv/dt，di/dt特性。
（2）系统主电路采用多单元并联结构，每个单元可独立工作，可带电摘除异常单元而不影响系统整体工作。
（3）装置大功率电力电子元器件具有完善的保护功能，包括：
直流过压保护；
电力电子元件损坏检测保护；
触发异常保护；
过压击穿保护等。
（4）功率电路的柜体密闭防尘，所有电力电子元件应与外界空气隔离，保证装置的长期可靠性。
（5）成套装置具备免维护功能。
四、功能介绍
4.4.3其他功能：
稳压、调整三相不平衡、具备低电压（零电压）穿越功能。
4.4.4现场参数设置功能。
具有供值班员使用的参数设置功能，所有设置的内容可保存一年以上而不丢失，不受停电和干扰信号的影响；
4.4.5事件顺序记录
当各类保护动作或监视的状态发生变化时，控制器将自动记录事件发生的类型、相别及动作值，事件按顺序记录，可通过液晶进行查询，并以通讯方式远传。
动作次数可永久保存，即使掉电也不丢失。
五.供货范围
5.1供货范围
根据所需设备MEC动态无功补偿装置型号，具体供货清单如下表所示：
主要供货清单
序号
名称
尺寸及数量
单位
数量
备注
1
MEC（0.6KV）
1200*800*2200（壹台900*800*2200，两台500*800*2200壹台）
套
1
采用DSP及多FPGA的全数字控制系统，采用触摸屏显示界面，具有远程监控功能；控制芯片：
美国TI公司的DSP微处理器，每个单元可独立运行，相互备份。
六.技术文件
6.1技术文件
1.提供一般性资料，如鉴定证书、报价书、典型说明书、外形图和主要技术参数。
2.提供
1）组装图：
成套装置总装配图。
包括外型尺寸、总重量、及其它附件。
2）基础图：
标明成套装置的尺寸、基础位置和尺寸及要求。
3）电气原理图：
包括成套装置的内部、外部接线；监控系统的外型尺寸安装图及原理图、端子排图等。
3.提供下列资料4份（另附电子版AUTOCAD一份）：
设备的开箱资料除了上面所述图纸资料外，还包括安装、运行、维护、修理说明书，部件清单，工厂试验报告，产品合格证，内部安装接线图。
4.最终图纸有明显最终版标记。
6.2应提供的技术文件
序号
资料目录
文件内容
提交数量
提交时间
1
证书
鉴定证书
订货前
2
说明书
典型说明书
订货前
安装、运行、维护、修理说明书
交货时
3
图纸
外形图
接到原始资料后15天
组装图
接到原始资料后15天
基础图
接到原始资料后15天
电气原理图
接到原始资料后15天
工厂试验报告，产品合格证，内部安装接线图
接到原始资料后15天
4
技术参数
主要技术参数
接到原始资料后15天
继电保护整定数据
接到原始资料后15天
七.设备监造（检验）和性能验收试验
7.1概述
1.本技术规格书用于合同执行期间对卖方所提供的设备（包括对分包外购设备）进行检验、监造和性能验收试验，确保卖方所提供的设备符合技术规格书规定的要求。
2.卖方应在合同生效后1个月内，向买方提供与本合同设备有关的监造、检验、性能验收试验标准。
有关标准应符合本技术规格书的规定。
7.2检验和监造
1.买方有权派遣其检验人员到卖方及其分包商的车间场所,对合同设备的加工制造进行检验和监造。
买方将为此目的而派遣的代表的身份以书面形式通知卖方。
2.如有合同设备经检验和试验不符合技术协议的要求,买方可以拒收,卖方应更换被拒收的货物,或进行必要的改造使之符合技术协议的要求,买方不承担上述的费用。
3.买方对货物运到买方所在地以后有进行检验、试验和拒收（如果必要时）的权利,不得因该货物在原产地发运以前已经由买方或其代表进行过监造和检验并已通过作为理由而受到限制。
买方人员参加工厂试验,包括会签任何试验结果,既不免除卖方按合同规定应负的责任,也不能代替合同设备到达现场后买方对其进行的检验。
4.卖方应在开始进行工厂试验前1个月,通知买方其日程安排。
根据这个日程安排,买方将确定对合同设备的那些试验项目和阶段要进行现场验证,并将在接到卖方关于安装、试验和检验的日程安排通知后20天内通知卖方。
然后买方将派出技术人员前往卖方和（或）其分包商生产现场,以观察和了解该合同设备工厂试验的情况及其运输包装的情况。
若发现任一货物的质量不符合合同规定的标准,或包装不满足要求,买方代表有权发表意见,卖方应认真考虑其意见,并采取必要措施以确保待运合同设备的质量,现场验证检验程序由双方代表共同协商决定。
5.若买方不派代表参加上述试验,卖方应在接到买方关于不派人员到卖方和（或）其分包商工厂的通知后,或买方未按时派遣人员参加的情况下,自行组织检验。
6.监造者有权到生产合同设备的车间和部门了解生产信息，并提出监造中发现的问题（如有）。
7.3试验
1.型式试验应符合相关国家标准及IEC、IEEE标准规定。
2.具备MEC全载试验中心，可对MEC控制系统及功率部分进行出厂前的额定电压全载试验。
3.现场验收试验成套装置到达现场后，由安装单位按照相关规定进行现场验收试验。
八.技术服务及培训
8.1项目管理
指定负责本工程的项目经理,负责协调卖方在工程全过程的各项工作,如工程进度、设计制造、图纸文件、包装运输、配合现场安装、调试验收等。
8.2现场技术服务
负责设备的安装指导和调试。
选派有经验的技术人员，对安装和运行人员免费培训。
8.3培训
为使合同设备能正常安装和运行，我们有责任提供相应的技术培训。
培训内容应与工程进度相一致。
8.3.1培训计划和内容
序号
培训内容
计划人月数
培训教师构成
地点
职称
人数
1
技术讲座
不限
工程师以上
1
厂内
2
操作维护培训
不限
工程师以上
1
现场
九.包装、运输和贮存
1.设备制造完成并通过试验后,包装应符合铁路、公路和海运部门的有关规定。
2.在运输过程中采取防护措施,以免散失损坏或被盗。
3.包装箱上有明显的包装储运图示标志，并标明甲方的订货号和发货号。
4.各种包装确保各零部件在运输过程中不致遭到损坏、丢失、变形、受潮和腐蚀。
十.有源动态无功和谐波补偿装置MEC简介
10.1MEC原理及特点
10.1.1概述
近年来，动态无功及谐波补偿装置越来越广泛地应用于电网及电力用户端用于提高电网电压稳定性、改善用户电能质量并达到节省电能的目的。
新能动力的电气产品研发团队在多年大功率电力电子产品研发的技术和经验基础上，通过与清华大学柔性输配电系统及大功率电力电子专家的合作，成功研发出了系列高性价比的新一代有源动态无功与谐波补偿装置MEC，为电网或用电负荷提供快速有源动态无功补偿和谐波滤波，可有效提高电网电压暂态稳定性、抑制母线电压闪变、补偿不平衡负荷、滤除负荷谐波及提高负荷功率因数。
并联式MEC单元数量较少，可靠性高，单元独立工作且可以相互备份，不同容量需求时，可以设置某些单元工作，其余单元“休眠”，降低系统功耗。
MEC可应用于：
✓电网枢纽变电站：
提高系统暂态电压稳定性，确保系统运行安全；
✓风力发电场：
提高母线电压稳定性，抑制振荡；
✓冶金行业的电弧炉/轧钢机、电气化铁路牵引站：
抑制电压闪变、补偿不平衡负荷、滤除负荷谐波及提高负荷功率因数；
✓矿山等行业大型同步/异步电动机：
抑制电压波动、滤除负荷谐波及提高功率因数。
10.1.2型号命名:
10.1.3MEC原理
MEC有源动态无功和谐波补偿装置是由链式静止同步补偿（STATCOM/DSTATCOM，又称为MEC）和固定电容器共同构成的，按各自容量的不同可组合成各种补偿范围的有源动态无功和谐波补偿装置。
其中的MEC不同于传统SVC的阻抗补偿（靠电容器和电抗器发出和吸收无功）原理，而是基于电压源自换相换流器，原理上等效于静止的同步调相机，但性能上又远优于调相机和SVC。
所谓静止无功发生器（MEC），指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置，与传统的以TCR为代表的SVC装置相比，MEC的调节速度更快，运行范围更宽，而且在采用多重化、多电平或PWM技术等措施后大大减少补偿电流中的谐波含量，更重要的是，MEC使用的电抗器和电容器元件比SVC中使用的电抗器和电容器要小，这将大大缩小装置的体积和成本，MEC具有如此优越的性能，显示了动态无功补偿装置的发展方向。
由于MEC通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压，就像一个电压型逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。
因此MEC可以等效地被视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。
它通过交流电抗器接到电网上。
连接电抗的电流是可以由其电压来控制的。
这个电流就是MEC从电网吸收的电流，因此改变MEC交流侧输出电压的幅值及其相对于系统的相位，就可以改变连接电抗上的电压，从而控制MEC从电网吸收电流的相位和幅值，也就控制了MEC吸收无功功率的性质和大小。
10.1.3.1工作原理
MEC相当于一个电压源逆变器，而负载是电网。
当只考虑基波频率时，MEC可以等效地视为幅值和相位均可控的一个与电网同频率的交流电压源，并通过连接电抗器接入到电网。
在理想情况下，MEC单相等效电路如图所示:
1）空载运行模式:
US=UI，IL=0，MEC不吸发无功。
2）容性运行模式：
UI>US，IL为超前的电流，其幅值可通过调节UI来连续控制，从而连续调节MEC发出的无功。
3）感性运行模式：
UI〈US，IL为滞后的电流，其幅值可通过调节UI来连续控制，从而连续调节MEC发出的无功。
10.1.3.2控制原理
简单的说，MEC的基本原理就是将自换相的桥式电路通过电抗器或直接并联在电网上，适当的调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。
MEC可以对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿,其由两大部分组成,即指令电流运算电路和补偿电流发生电路（由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成）。
其中，指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量，因此有时也称之为谐波和无功电流检测电路。
补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。
主电路采用多重化的PWM变流器。
10.1.3.2.1SVPWM控制策略
PWM控制硬件实现框图
为了保证各逆变桥电压利用率较高，采用了空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制策略。
SVPWM的基本原理是采用逆变器空间电压矢量的切换以获得准圆形旋转磁场，从而在不高的开关频率条件下，使输出获得较SPWM控制更好的性能。
它具有开关模式灵活、易于数字实现和较低开关频率下也可以实现较好输出波形的优点。
10.1.3.2.2瞬时无功控制策略
MEC是基于瞬时无功功率理论的方法，在只检测无功电流时，可以完全无延时地得出检测结果。
检测谐波电流时，因被检测对象电流中谐波的构成和采用的滤波器的不同，会有不同的延时，但延时最多不超过一个电源周期。
对于电网中最典型的谐波源—三相桥整流器，其检测延时约为1/6周期。
可见该方法具有很好的实时性。
10.1.3.2.3谐波电流补偿
当需要补偿负载所产生的谐波电流时，MEC检测出补偿对象负载电流的谐波分量，将其反极性后作为补偿电流的指令信号，由补偿电流发生电路产生的补偿电流与负载电流中的谐波分量大小相等、方向相反，因而两者互相抵消，使得电源电流只含基波，不含谐波。
谐波电流检测
10.1.3.2.4单元模块
1）模块控制采用SVPWM控制策略，电路简单，抗干扰能力强，可靠性高；
2）采用自励起动技术，使得装置投入时冲击电流小；
3）模块面板共2个电气端子，4个光纤端子，接线简单，还设有若干状态及故障指示灯，方便维护及检修。
4）由IGBT组成的全桥电路输出的交流逆变电压相位和幅值可灵活控制，从而实现动态提供容性或者感性无功的功能。
10.1.3.2.5MEC的并联多重化结构
MEC动态补偿装置采用了并联多重化结构，将多个两电平三相H桥电路并联起来，达到电流叠加的目的。
与链式多重化变流器技术方案相比，可靠性高，独立性强，可互为备份。
选用并联多重化结构，每个单元作为一个独立的补偿源，由N个结构完全相同的单元并联而成，具有以下特性：
（1）增加单元数目即可提高装置容量；
（2）并联MEC每个单元可以独立控制，根据补偿需求，灵活选用降低系统电流或减少运行单元数来实现具体无功需求；
（3）可关断器件的等效开关频率高，系统谐波小；
（4）各单元结构一致，实现模块化设计，便于扩展装置容量；
（5）各单元互为备份，在模块故障时可以带电拆除、更换，不影响装置的继续运行，提高装置的可靠性；
（6）可采用变压器接入电网，不同母线电压可用同样的功率单元；
（7）在交流系统平衡和不平衡的状态下，并联多重化的谐波特性优于其它结构。
采用SVPWM（空间矢量脉宽调制）SHEPWM（特定消谐），通过更高的开关频率大降低了谐波含量，有效利用直流侧电压，更快的补偿系统谐波，减小对电网的污染和装置自身损耗，并能做到短时有功及谐波补偿，谐波完全符合国标。
（8）整机具备低电压穿越功能，具有解决晃电功能。
（加配UPS和储能装置）
10.1.3.2.6MEC运行方式
MEC装置有四种运行方式：
1：
开环调试控制；2：
为无功补偿控制；3：
为谐波补偿控制；4：
综合补偿控制。
1）开环调试
该方式用于装置未正式投运前，通过改变装置输出的调制比和/或与系统电压的相位偏移角度，观察无功的变化，测试装置的开环无功输出性能。
2）恒无功
该方式用于令装置输出恒定大小的无功，通过这种方式可以测量装置跟踪无功的准确性和阶跃响应速度。
3）恒电压
该方式用于将系统的电压稳定在一定水平的场合，装置以系统的电压稳定在用户设定电压值为目标调节装置的无功输出。
当系统电压低于用户设定的电压参考时，装置输出容性无功以提升系统电压；当系统电压高于该值时，装置输出感性无功以降低系统电压。
本方式中还提供了母线电压下限和变化率上限的控制参数，
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