最新MCR型SVC说明书.docx
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最新MCR型SVC说明书
MCR型SVC说明书
1、MSVC装置概述……………………………………
（1）
2、磁控电抗器（MCR）………………………………
（2）
3、补偿技术比较………………………………………（7）
4、磁控电抗器结构……………………………………（9）
5、设计参考资料………………………………………（10）
附一、MSVC在水泥行业中的应用…………………（17）
附二、MSVC在煤炭行业中的应用…………………（21）
附三、MSVC在电气化铁路行业中的应用…………（27）
1.MSVC装置概述：
目前，无功补偿的主要装置是电容器、电抗器和少量的动态无功补偿装置。
开关（断路器）投切电容器组的调节方式是离散的，不能取得理想的补偿效果。
开关投切电容所造成的涌流和过电压对系统和设备本身都十分有害。
现有静补装置如相控电抗器（TCR）型SVC不仅价格贵，而且占地面积大、结构复杂，不能推广。
杭州银湖电气设备有限公司自1998年开始研制新型磁控电抗器（MCR）型SVC（简称MSVC），该装置具有输出谐波小、功耗低、免维护、结构简单、可靠性高、价格低廉、占地面积小等显著优点，是理想的动态无功补偿和电压调节设备。
MSVC装置由补偿（滤波）支路和磁控电抗器（简称MCR）并联支路组成，其中补偿（滤波）支路经隔离开关固定接于母线，通过调节磁控电抗器的输出容量（感性无功），实现无功的柔性补偿。
因与原各类补偿装置的主要区别在于磁控电抗器，故下面集中对磁控电抗器（MCR）作介绍。
图1动态无功补偿装置（MSVC）一次系统图
2．磁控电抗器（MCR）
2.1.基本工作原理
磁控电抗器采用直流助磁原理，利用附加直流励磁磁化铁心，改变铁心磁导率，实现电抗值的连续可调，其内部为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高。
图2单相磁控电抗器铁心、线圈示意图
磁控电抗器采用小截面铁心和极限磁饱和技术，单相四柱铁心结构电抗器结构如图2所示，在中间套有线圈的两工作铁心柱上分布着多个小截面段，在电抗器的整个容量调节范围内，大截面段始终工作于未饱和线性区，仅有小截面段铁心磁路饱和，且饱和的程度很高。
图3为铁心理想磁化曲线示意图，曲线中间部分为未饱和线性区，左、右两边为极限饱和线性区。
若使电抗器工作在极限饱和线性区，不仅可以减小谐波含量，同时亦能大幅降低铁心磁滞损耗，电抗器铁损控制在理想状态。
图3铁心磁饱和特性
2.2.原理接线图
磁控电抗器控制原理接线图如图4所示。
在磁控电抗器的工作铁心柱上分别对称地绕有两个线圈，其上有抽头，它们之间接有可控硅
、
，不同铁心的上下两个主绕组交叉连接后并联至电源，续流二极管
接在两个线圈的中间。
图4磁控电抗器原理接线图
当磁控电抗器主绕组接至电源电压时,在可控硅两端感应出1%左右的系统电压。
在电源电压正半周触发导通可控硅
，形成图5（a）所示的等效电路，在回路中产生直流控制电流；在电源电压负半周触发导通可控硅
，形成图5（b）所示的等效电路，在回路中产生直流控制电流。
两个可控硅在一个工频周期轮流触发导通，产生直流控制电流，使电抗器工作铁心饱和，输出电流增加。
磁控电抗器输出电流大小取决于可控硅控制角，控制角越小，产生的控制电流越强，从而电抗器工作铁心磁饱和度越高，输出电流越大。
因此，改变可控硅控制角，可平滑调节电抗器容量。
由上分析可知,磁控电抗器具有自耦励磁功能,省去了单独的直流控制电源。
（a） （b）
图5可控硅导通等效电路
2.3.技术特性
2.3.1谐波特性
磁控电抗器产生的谐波比相控电抗器（TCR）小50%。
如图6所示，图中横坐标为电抗器输出基波电流标幺值，基准值为额定基波电流，纵坐标为电抗器产生谐波电流标幺值，基准值为额定基波电流。
可见最大3次谐波电流为额定基波电流的7%左右，5次谐波电流为2.5%左右。
图6磁控电抗器谐波电流分布
2.3.2伏安特性
磁控电抗器伏安特性如图7所示，可见，在一定控制导通角（等于180度－触发角）下，磁控电抗器伏安特性近似线性。
图7磁控电抗器伏安特性
2.3.3控制特性
磁控电抗器控制特性图8所示，图中横坐标为可控硅控制角度，纵坐标为电抗器在额定电压下的基波电流幅值标幺值，基准值为额定基波电流幅值。
由图可见，磁控电抗器输出电流（容量）随控制角增加而减少。
图8磁控电抗器控制特性
2.4.技术优势：
2.4.1可靠性
2.4.1.1.磁控电抗器不需要外接直流励磁电源，完全由电抗器的内部绕组来实现自动控制
2.4.1.2.通过控制可控硅的控制角进行自动控制，实现容量连续可调，并且从最小容量到最大容量的过渡时间很短，因此可以真正实现柔性补偿。
2.4.1.3.网侧绕组不需要抽头，所有绕组的联接也很简单，保证高压或特高压磁控电抗器的可靠性。
2.4.2安全性：
2.4.2.1.与TCR相比，MCR仅仅需一只二极管、两只可控硅，可控硅两端电压只有系统电压的1％～2％，无需串、并联，不容易被击穿，运行稳定可靠。
2.4.2.2.可控硅整流控制产生的谐波不流入外交流系统，无二次谐波污染。
2.4.2.3.即使可控硅或二极管损坏，磁控电抗器也仅相当于一台空载变压器，不影响系统其他装置的运行。
2.4.2.4.接入三相系统的MCR采用△连接，并不是将磁控电抗器取代滤波电容中的串联电抗器，因此与电容器不会产生谐振。
当MCR容量与电容器容量相等时，发生并联谐振，等效阻抗为无穷大，相当于从系统中断开。
2.5.经济优势
2.5.1.采用低电压可控硅控制，设备投资少，后期免维护。
2.5.2.在相同电压下可提高30%的输电容量，降低输电线路的损耗。
2.5.3.可取消自耦变压器第三绕组以及补偿电容器，工程总造价降低
2.5.4.磁控电抗器结构简单、占地面积小，基础投资大大压缩。
2.5.5.MSVC自身有功损耗低，仅为TCR的50%。
3、补偿技术比较
3.1典型技术比较表
比较项目
MCR型SVC
TCR型SVC
开关投切
TSC
投资
中
大
中
大
运行方式
无级调节
（连续）
无级调节
（连续）
分级投切
（离散）
分级投切
（离散）
可靠性
免维护，使用寿命２５年
维护量大
维护量很大
维护量大
谐波水平
比TCR型小50%
5次:
6.5%,
7次:
3.7%
无
小
投切涌流
无
无
7倍以上
无
有功损耗
0.5%--0.8%
1%--1.5%
很小
小
占地面积
为TCR的1/10
很大，难布置
大
大
调节时间
0.3S
40ms
0.8S
40ms
过载能力
150%
无
无
无
电磁污染
无
辐射大量工频磁场，对人体危害
无
无
3.2.TCR型SVC的特点：
电感平衡部分的结构一般是由可控硅、平衡电抗器、控制设备及相应的辅助设备组成，其优缺点大致表现在以下几方面：
3.2.1晶闸管要长期运行在高电压和大电流工况下，容易被击穿，
3.2.2晶闸管发热量大，一般情况采用纯水冷却，除了要有一套水处理装置可靠的水源而外，还需配有监护维修人员。
3.2.3由于调整主电抗电感量只能靠控制可控硅器件的导通角，关闭则需靠交流电的过零特性，所以必然会产生不同程度的谐波电压污染电网。
3.2.4TCR型SVC最大的优点是调节速度很快，可以在毫秒时间内补偿系统的感性需求。
3.2.5需要较大的设备安装和运行工作位置，即占地面积很大。
３.3MCR型SVC的特点：
电感平衡部分的结构是由一台磁控电抗器组成，其优缺点大致表现在以下几方面：
3.3.1磁控电抗器控制部分的可控硅一般工作在系统额定电压的百分之几的水平上，由于是在控制磁阀的饱和度，所以无需很大的控制功率，晶闸管工作在低电压小电流的工况下，大大提高了系统的稳定运行系数。
3.3.2磁控电抗器本体就像一台变压器，可以采用不同的冷却方式，在35千伏电压等级以下均采用风冷和油冷两种自然冷却方式，所以没有辅助冷却设备，可以为无人值守的变配电系统配套使用。
3.3.3由于可控部分工作在直流运行方式，所以不会产生谐波电压，近乎于TCR型所产生谐波量一半以下的谐波是因为磁化的非线性过程造成的。
3.3.4磁控电抗器的缺点是反应速度比TCR型要慢，在0.3秒以上，与饱和速度成反比。
目前正开发反应速度更快的产品。
3.3.5磁控电抗器免维护、占地面积小、安装方便。
4、磁控电抗器结构
4.1磁控电抗器的结构（如图10）：
图10磁控电抗器的外围结构
4.2外型尺寸：
型号
额定电压
（kV）
额定容量（kvar）
长（mm）
宽（mm）
（含散热器）
高（mm）
（含套管）
BKCK-Y/10-1000
10（６）
1000
1800
1200
1600
BKCK-Y/10-2100
10（６）
2100
1900
1500
1700
BKCK-Y/10-3000
10（６）
3000
1950
1600
1750
BKCK-Y/10-4000
10（６）
4000
2000
1700
1800
BKCK-Y/10-5000
10（６）
5000
2100
1750
1800
BKCK-Y/10-10000
10（６）
10000
2500
2200
1900
BKCK-Y/10-15000
10（６）
15000
2800
2400
2200
BKCK-Y/35-25000
35
25000
3600
3200
2400
BKCK-Y/35-35000
35
35000
4300
4000
2400
5、设计参考资料
5.1动态无功补偿装置（MSVC）总系统图（XX项目）
图11三相电抗器的系统接线图
XX项目电压控制目标为10kV电压稳定，功率因数的控制目标是110kV功率因数最优。
电抗器控制器控制目标信号由10kV侧电压互感器YH2二次侧输入（Ua、Ub、Uc），由于变电站有两台110kV主变压器，其电压电流信号都需要接入控制器，即图中110kV侧的电压互感器YH1（Ua、Ub、Uc、Un，Un为中性点），一号主变压器电流互感器LH1（Ia、Ib、Ic），二号主变压器电流互感器LH2（Ia、Ib、Ic）。
由控制器输出电抗器控制信号分别为控制接于Uab间的电抗器控制信号M0-Lab、M1-Lab、M2-Lab，控制接于Ubc间的电抗器控制信号M0-Lbc、M1-Lbc、M2-Lbc，控制接于Uca间的电抗器控制信号M0-Lca、M1-Lca、M2-Lca。
5.1.1磁控电抗器控制器接线图如下表所示：
磁控电抗器控制器接线图
名称
端子排号
说明
电源220VAC/DC
＋
○D1-1
电抗器控制器工作电源
220V（或110V）交流或直流
－
○D1-2
110kV电压YH1输入信号
UA
○D1-3
0～100V
UB
○D1-4
0～100V
UC
○D1-5
0～100V
Un
○D1-6
110kV一号主变电流LH1输入信号
Ia
in
○D1-7
0～5A（A相线路电流一进一出）
out
○D1-8
Ib
in
○D1-9
0～5A（B相线路电流一进一出）
out
○D1-10
Ic
in
○D1-11
0～5A（C相的电流可以不输入）
out
○D1-12
110kV二号主变电流LH2输入信号
Ia
in
○D1-13
0～5A（A相线路电流一进一出）
out
○D1-14
Ib
in
○D1-15
0～5A（B相线路电流一进一出）
out
○D1-16
Ic
in
○D1-17
0～5A（C相的电流可以不输入）
out
○D1-18
10kV电压输入信号
Ua
○D1-19
0～100V
Ub
○D1-20
0～100V
Uc
○D1-21
0～100V
○D1-22
三相电抗器电流输入
I_Lab
in
○D1-23
0～5A（接AB相电抗器电流互感器）
out
○D1-24
I_Lbc
in
○D1-25
0～5A（接BC相电抗器电流互感器）
out
○D1-26
I_Lca
in
○D1-27
0～5A（接CA相电抗器电流互感器）
out
○D1-28
电抗器AB控制脉冲输出
M0_Lab
○D1-29
到电抗器本体控制箱接线盒
M1_Lab
○D1-30
M2_Lab
○D1-31
电抗器BC控制脉冲输出
M0_Lbc
○D1-32
到电抗器本体控制箱接线盒
M1_Lbc
○D1-33
M2_Lbc
○D1-34
电抗器CA控制脉冲输出
M0_Lca
○D1-35
到电抗器本体控制箱接线盒
M1_Lca
○D1-36
M2_Lca
○D1-37
电抗器故障信号输出
开关量输出
＋
○D1-38
－
○D1-39
预留信号输入
开关量输入
＋
○D1-40
－
○D1-41
RS232接口
九针标准通讯接口
1.由于电压与功率的考核是在110kV侧，因此需要输入110kV的电压电流信号
2.三相电抗器AB、BC、CA分别装于10kV系统的Uab、Ubc、Uca间，需要输入电抗器两端的电压值，三相电抗器的输出电流值
5.1.2控制系统晶闸管控制箱的接线图
电抗器控制装置，使用直流220V电源，电抗器控制脉冲的三相输出信号M0,M1,M2分别接如晶闸管控制箱的相应端子，晶闸管控制箱的三相输出K1、D1、D2、K2分别经过高压套管连接至电抗器本体对应的三相端子K1、D1、D2、K2。
图12为控制系统晶闸管控制箱的接线图
5.1.3硬件结构框图
装置的硬件控制逻辑结构如图所示
图13装置硬件结构图
5.2成套装置安装基础图
图14MSVC-Y/6-600成套装置安装基础图
5.3成套装置接线图
F.C支路原理图
图15F.C支路原理图
MCR支路原理图
图16MCR支路原理图〈控制目标电压、功率因数都为10（6）kV侧）
附一
MSVC在水泥行业中的应用
1、水泥行业的典型设备
水泥生产线的主要设备为原料磨机、水泥磨机、风机、破碎机等大功率电机，运行工况比较平稳，主要在峰谷电时负荷变化很大，而生产线中一些设备（如定辊、动辊）负荷变化很快，所以用传统的开关自动投切技术难以取得理想的补偿效果。
2、主要测试数据分析（浙江某5000t/d生产线）
2.1有功功率：
21：
00---13：
00负荷运行基本平稳，有功功率稳定在30000KW左右，13：
00---5：
00有功功率为22000KW，18：
00---21：
00为峰电，电费较高，功率最小，为17000KW。
2.2无功功率：
最小值为5000KVar，最大值为11000KVar，变化规律与有功功率吻合。
有功、无功变化曲线图
2.3谐波含量：
3次0.41%，5次1.5%，7次0.53％，可见系统的主要谐波为5次，但没有超限值，详见电能质量报表
电流、电压波型图
谐波频谱
2.4电压畸变率：
Ua为1.054%，Ub为1.003%，Uc为0.084%。
3.补偿方案（MCR型SVC）
3.1方案说明：
结合水泥行业实际，其无功变化总体上很大，但在特定时段相对平稳，为了取得理想的补偿效果，同时降低投资，本方案采用真空接触器自动投切和磁控电抗器调节相结合的方案。
3.2补偿容量及分组：
系统无功补偿容量为9600KVar，共分两组，容量分别为6000KVar、3600KVar，其中第一组6000KVar采用固定投切，另外一组采用真空接触器自动投切，磁控电抗器的容量为3600KVar，可实现2400KVar至9600KVar的连续补偿，同时根据谐波含量，电抗器的电抗率选用6%。
3.3主要配置：
电容器组采用柜式安装，主要配置为电容器、电抗器（空心，柜后安装）、喷逐式熔断器、真空接触器、隔离开关、高压熔断器、放电线圈、DWK/BR型自动控制器等。
磁控电抗器支路主要由磁控电抗器、自动控制器、晶闸管阀柜等。
附一次系统图：
3.4该方案的优点
3.4.1与纯开关自动投切相比，本方案采用MCR技术与自动补偿相结合的方法，完全可以达到无功功率的连续平滑补偿，避免过补或欠补。
3.4.2该方案大大降低真空接触器的投切次数，避免了对系统的冲击，同时延长补偿设备的使用寿命。
3.4.3该方案能够在保证补偿效果的同时，可以降低设备投资约1/4。
4.投资效益评估
1.按浙江某项目方案估算，使用原方案一般投资应在150万左右；按MCR型SVC方案计，投资在140万左右，基本持平，且略低于原方案投资。
2.投资回报期计算：
１年左右
附二、 MSVC在煤炭行业中的应用
1、行业工况概述：
煤炭行业的矿井主要有立井和斜井两种，斜井的主要负荷是高压风机，还有传输带等，不存在快速变化的负载，运行工况很平稳。
但现在的矿井主要还是立井居多，其运行功况相对复杂，为了更好地了解其无功变化及谐波情况，我公司对安徽淮南潘三矿（年产400万吨）的配电系统进行了测量，并以此为依据，提出了MCR型SVC在煤炭行业中的典型方案。
煤炭行业的高压负载主要是通风机和提升机，其中通风机为连续运行设备，
变化部分体现在提升机，它的特点是变化周期快，谐波含量较大。
用传统的开关投切技术不能同时有效解决无功补偿和谐波治理。
2、测试数据分析：
2．1无功功率：
母线无功功率的变化没有明显时间规律，波动范围很大，最大的时候达到8200KVar，而最小的时候是2000KVar，在提升机启动的瞬间甚至更小，而且变化周期很短，母线无功变化曲线见图21。
其变化部分主要由提升机造成，当提升机启动的时候功率因数趋于零，正常运行后也只有0.5（见图22），而提升机的无功变化呈周期性变化。
图21母线无功变化曲线
图22提升机功率因数变化曲线
图23提升机无功功率变化曲线
2．2谐波水平
该系统的主要谐波源为12脉动直流电机（提升机），主要谐波成分为11次（2.31%）、13次（2.26%）、23次（0.95%）、25次（0.98%），使电流波形严重畸变（图24）。
图24提升机波形图及频谱
母线上的谐波情况：
由于变化器采用星型接法，而系统存在少量的单相负载，造成三相不平衡，产生了3次谐波（图25）。
图25母线谐波及频谱图
由以上可见，母线的主要谐波为3次、11次、13次。
故在考虑设计滤波装置时建议采用四个滤波支路，即3次支路、5次支路、7次支路、11次兼高通支路。
3．补偿滤波方案
3.1基于以上分析，该系统无功补偿容量为5400KVar，电容器安装容量为7200KVar，设3次、5次、7次、11次兼高通四个滤波支路，容量分别为1200KVar、2400KVar、1200KVar、2400KVar，采用固定连接，同时配容量为4000KVar的磁控电抗器，可以实现1400KVar—5400KVar的连续补偿，保证功率因数稳定在0.95以上。
注：
综合考虑滤波效果及设备成本，建议把提升机放在同一段母线，这样对于系统的两段母线来说，可以在有提升机的母线上装一套MCR型SVC，而在另一段母线装一套自动补偿即可满足要求。
3.2主要配置
电容器组采用柜式安装，主要配置为电容器、电抗器、喷逐式熔断器、隔离开关、高压熔断器、放电线圈等。
磁控电抗器支路主要由磁控电抗器、自动控制器、晶闸管阀柜等。
3.3该方案的优点
3.3.1与纯开关自动投切相比，本方案采用MCR技术，完全可以达到无功功率的连续平滑补偿，避免过补或欠补。
3.3.2该方案大大降低真空接触器的投切次数，避免了对系统的冲击，同时延长补偿设备的使用寿命。
3.3.3该方案能够在保证补偿效果的同时，大大降低设备的投资。
附三、MSVC在电气化铁路行业中的应用
电气化铁路自然功率因数低，现有的并联电容补偿方式难以使系统达到标准要求，影响了企业的经济效益。
用磁控电抗器调节电气化铁路系统的无功功率，主要需要解决的内容有非线性电路的无功功率的测量和快速调节，保证功率因数保持在0．9以上。
以利用直流电流控制铁芯的磁饱和度来达到平滑调节目的的磁控电抗器为补偿元件，晶闸管为执行元件，用80C196KC单片机进行控制，保证了补偿的快速性、准确性、合理性。
实验和样机试运行均表明：
该动态无功补偿系统能快速补偿系统无功，使功率因数保持在较高水平，很好地改善了供电质量，提高了供电系统的经济效益。
1、引言
随着电网规模的不断扩大，以及各种用电设备接入电网消耗大量的无功，无功不足和电压波动大的问题日益突出。
这时仅靠调节发电机励磁电流的手段已经不能满足要求。
从20世纪初开始，人们就对无功补偿技术进行了大量的研究，为改善负荷功率因素，逐步采用了同步调相机、并联电容器、并联电抗器、串联电容器、现代静止补偿器等无功补偿手段。
控制方式也有集中控制、分散控制和关联控制等方式，控制策略更是从经典控制转入了智能控制。
电气化铁路是重要的电力用户，其无功问题也一直很严重。
电气化铁路电力机车和牵引变电所无功补偿装置的技术状态，直接关系到运输生产的经济效益。
提高电气化铁路功率因数有两种方法：
一是提高负荷（电力机车）的功率因数，这可通过改造原有电力机车或研制高功率因数的电力机车来实现；二是实时监测、调节系统的无功功率，使功率因数始终保持较高值。
前一种方式由于需要大量的资金，短时间内还不能实现。
现在比较常用的无功补偿装置有两种：
一是开关投切电容器组，但是当供电馈线没有电力机车通过时，并联的电容器组向系统倒送无功，而电力部门对无功补偿装置实行＂反转正计＂（即把用户反送电力系统的无功与取用的无功电量绝对值相累加），使功率因数达不到0．9标准；开关投切电容器组还产生涌流和电磁暂态，造成过电压，实际运行曾出现过用开关投切电容器组而引发的系统过电压事故；二是使用晶闸管控制电抗器（TCR），但价格贵，占地面积大，谐波含量大。
采用磁控电抗器配合并联电容器组（MCR型SVC），能满足电力机车运行方式多变，负荷变化快的特点，并且该装置能平滑调节无功功率，造价低，可靠性高，产生谐波小，是电气化铁路系统动态无功补偿的较好选择。
2、电气化铁路工况分析
电气铁道电力机车牵引负荷为波动性很大的大功率单相整流负荷，对于电力系统的供电具有以下特点：
（1）不对称性。
在供电系统中产生负序分量。
（2）非线性。
在供电系统中产生高次谐波。
（3）波动性。
使供电系统电压波动。
（4）功率大，分布广。
对供电系统影响严重。
2．1电气铁道牵引供电系统
电气铁道的供电是在铁道沿线相隔一定距离建立若干个牵引变电站，由电力系统110KV（三相双电源供电，经牵引变压器降压为27.KV）或55KV后后，向牵引网及电力
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