旗能电铝设计方案

重庆能源集团旗能电铝有限责任公司项目220kV整流所无功补偿及谐波治理装置技术方案北京思能达节能电气股份有限公司2011年9月北京思能达节能电气股份有限公司技术方案书~1~目录1、方案概述........................................................31.1本技术方案的特点............................................31.2针对电解铝第三绕组滤波补偿的安全措施........................31.3现有电解铝厂补偿滤波存在的问题及其解决办法...................42、技术要求.........................................................62.1工程设计要求................................................62.2谐波治理效果的评估依据.......................................72.3滤波补偿装置设计原则.........................................73、滤波补偿装置设计.................................................83.1执行标准.....................................................83.2单套无功补偿容的确定........................................103.3谐波分析....................................................103.4滤波补偿装置的配置..........................................123.5单套滤波补偿装置容量分配....................................123.6单套滤波装置安全性能校验....................................134、滤波补偿装置保护的配置..........................................145、供货范围表......................................................156、一次系统原理图..................................................167、主要元器件的技术指标............................................177.1调压器......................................................177.2滤波电抗器..................................................207.3滤波电容器..................................................227.4避雷器主要技术要求..........................................247.5不平衡保护用电流互感器......................................257.6开关柜主要技术要求..........................................258、试验............................................................259、质量保证：......................................................2710包装和运输......................................................27北京思能达节能电气股份有限公司技术方案书2前言本方案书是北京思能达节能电气股份有限公司为重庆能源集团旗能电铝有限公司无功补偿及谐波治理装置提出的技术方案，是根据招标要求由北京思能达节能电气股份有限公司负责设计的。本方案如果有未表达清楚的地方或需要了解的其它技术问题，欢迎来电来函垂询，同时竭诚欢迎莅临本单位参观指导。联系电话：[phone]传真：[phone]地址：北京市海淀区上地三街9号嘉华大厦A座901邮编：100085北京思能达节能电气股份有限公司技术方案书31、方案概述1.1本技术方案的特点重庆能源集团旗能电铝有限公司无功补偿及谐波治理装置方案是我公司在参考了同等规模同类负荷项目的基础上进一步优化得出，主要有以下几个特点：1、无功补偿量的确定参考了其它项目的经验，确保不欠补也不过补。本方案设计每机组总安装容量22000kvar，基波补偿容量16200kvar。2、滤波装置设5次、7次以及11次支路，其中5、7次单调谐支路以补偿为主，同时防止11次以下非特征谐波放大，11次（高通）作为主滤波通道，以滤除12脉特征谐波。在滤波装置前端加装一台采用V型开关的升压型调压器，使各滤波支路可以在各种工况下正常运行，无滤波支路投切现象，可以保证谐波的滤除效果、各个谐振点不发生漂移，并且无涌流和投切过电压等。3、滤波装置采用双星型中性点不平衡电流保护，该保护方式可以很灵敏地检测出电容器内部故障。1.2针对电解铝第三绕组滤波补偿的安全措施国内电解铝行业整流变第三绕组发生事故的现象比较多，其主要原因有两种：第一种是第三绕组电压在10～35kV之间，而10～35kV系统为中性点绝缘系统，由于第三绕组出口至电容器装置开关柜之间没有断路器保护，当绝缘薄弱环节（如电缆头）由于过电压作用产生相对地短路时，单相接地为小电流弧光接地，弧光的进一步发展造成两相间短路，由于第三绕组的容量相对于整流变的容量小得多，第三绕组的短北京思能达节能电气股份有限公司技术方案书4路电流不足以使整流变主开关跳闸，最终导致第三绕组烧毁。第二种是电容器装置没有设计谐波保护。当整流装置工作异常产生很大非特征谐波时，电容器装置的过流保护不会跳闸。因为即使谐波电流与基波电流一样大，总电流为两电流平方和再开方，达不到过流保护的整定值，而此时谐波电流在第三绕组的发热足以烧毁变压器。针对以上两类情况，本方案采取以下措施来保证第三绕组的安全性。（1）、从第三绕组出口到电容器开关柜采用架空母线，并使用大爬距的支柱绝缘子支撑，防止这段发生相对地短路。（此条为建议，供方参考实施）（2）、为电容器装置设谐波保护，当检测谐波电流超过设计整定值时跳开电容器。（3）、安装PT柜，设相对地接地保护，发生相对地接地故障时先跳开电容器装置，如果故障未消除再跳开主变开关。1.3现有电解铝厂补偿滤波存在的问题及其解决办法1.3.1现有补偿滤波存在的问题（1）不同的供电电源，系统的短路容量不同。（2）两个电源有并联供电的可能，系统的短路容量也改变。（3）补偿滤波装置安装于第三绕组上，由于第三绕组的串联阻抗，当切除一组滤波支路时会影响其他滤波器支路的调谐点。（4）滤波支路投切过程中产生的涌流和操作过电压会对供电系统造成冲击，使其保护等误动作造成停电或电气设备的损坏，严重影响其它设备的安全运行、影响电网的稳定（5）补偿精度不够。现有的铝厂补偿滤波都是采用投切滤波支北京思能达节能电气股份有限公司技术方案书5路的方法来改变补偿容量，投切容量较大，无法适应现在铝厂的补偿、滤波要求，造成供电系统中仍存在部分特征谐波，并且功率因数也无法达到期望数值。1.3.2现有补偿滤波存在问题的解决办法我公司为解决上述补偿、滤波问题，通过不断研究和反复试验，终于找到了解决上述问题的方法，既在传统补偿滤波的基础之上在补偿滤波装置的最前端加装调压器，使各滤波支路在不用投切的情况下仍然可以满足负荷所需要的无功补偿，并且各滤波支路仍可以正常工作，控制谐波含量，抑制系统阻抗变化、防止谐调点漂移、避免涌流和电容器投切过电压对系统造成危害、提高补偿精度降低装置损耗、延长电容器的使用寿命，提高了电压无功管理水平。低涌流问题电容器组固定接入，低档位时投入,此时的涌流很小约0.7In(电容器组的额定电流为In)详细见下图：电容器组低档位投入时的电流电压波形；2#补偿装置A相电流35kV母线A相线电压220kV母线A相电压3.16s3.2s3.24s3.28s3.32s3.36s3.4s+304[V]+104CH1220kV母线A相电压-96+288[V]-112CH235kV母线A相线电压-512A#2补偿装置投电容器组G1220kV母线A相电压(CH1)[V]G235kV母线A相线电压(CH2)[V]G12#补偿装置A相电流(CH5)[A]G2(CH6)[A]S1S2北京思能达节能电气股份有限公司技术方案书6无过电压、过电流问题档位转换过程中无过电压、过电流问题（详细见下图：电容器组档位转换过程中的电流电压波形），这样能有效保证电容器使用安全，提高电容器组的使用寿命；#2补偿装置A相电流35kV母线A相线电压220kV母线A相电压6.8s7s7.2s7.4s7.6s7.8s8s+640[V]+240CH1220kV母线A相电压-160+400[V]0CH235kV母线A相线电压-400#2补偿装置投入第2级G1220kV母线A相电压(CH1)[V]G235kV母线A相线电压(CH2)[V]G1#2补偿装置A相电流(CH5)[A]G2(CH6)[A]S1S22、技术要求2.1工程设计要求本工程使用于重庆能源集团旗能电铝有限公司220kV变电整流滤波补偿，根据现场情况及设计原则，滤波装置将实现如下作用：（1）吸收谐波源设备（铝厂整流设备）产生的谐波电流，头图滤波设备后，使注入电网的谐波电流和谐波电压满足国标GB/T14549《电能质量公用电网谐波》中的有关要求。（2）提供系统功率因数，是考核点的平均功率因数达到0.95的要求。北京思能达节能电气股份有限公司技术方案书72.2谐波治理效果的评估依据由于国家未对220kV系统的谐波允许值进行规定，因此参照国际对110kV系统的谐波允许值规定执行，以GB/T14549《电能质量，公用电网谐波》为依据，对于220kV允许注入系统的个次谐波电流值如下：谐波次数23456789允许电流（A）30.1224.115.0624.110.0417.077.538.03谐波次数1011121314151617允许电流（A）6.0210.85.029.294.274.773.777.032.3滤波补偿装置设计原则（1）设计的滤波器兼具吸收谐波及无功补偿的双重作用；（2）滤波器投入运行后，考核点计费点月平均功率因数满足用户要求，且不过补，并满足抑制电压波动和闪变的要求；（3）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；应考虑以下因素：a）母线电压水平；b）串联电抗器后电容器两端电压升高：nUnn122；c）谐波电流通过电容器引起的谐波电压：cnIn；d）电网电压波动引起电压升高；（4）仿真计算滤波器投入后不与系统发生并联谐振，即在各种运行方式下谐振点不在整数次谐波频率下。（5）进行滤波器过电流、过电压安全性能的校核。北京思能达节能电气股份有限公司技术方案书8（6）以最经济的投资来实现本项目滤波器的技术、安全指标。（7）滤波器的分组充分考虑负荷变动、而PCC点处又不允许无功倒送时能方便的切除部分滤波补偿支路，同时保证各项谐波指标不超出规定的要求。3、滤波补偿装置设计3.1执行标准IEC60255保护继电器IEC289电抗器IEC60060高压试验技术IEC60289电抗器IEC60044－1电流互感器IEC60044－2电压互感器IEC60794光纤电缆IEC60255套管IEC60185绝缘子选择IEC60129隔离开关和接地开