CN211579602U

CN211579602U - 一种适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统

Info

Publication number: CN211579602U
Application number: CN201922415637.8U
Authority: CN
Inventors: 林武斌; 廖兴万; 廖远桓; 李斌
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Sales Co Ltd South China Branch
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Sales Co Ltd South China Branch
Priority date: 2019-12-29
Filing date: 2019-12-29
Publication date: 2020-09-25
Anticipated expiration: 2029-12-29

Abstract

本实用新型涉及一种适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统，其包括分别设于第一母线的第一进线处和第二进线处的第一智能无功补偿装置，所述第一智能无功补偿装置包括断路器、抽出式断路器、两组隔离开关、两组三相电压互感器、电抗器和两组配套电容器。所述第一磁控电抗器协调控制系统包括PLC系统，所述PLC系统包括CPU单元、AD单元和输出单元，所述第一母线的第一进线处和第二进线处的三相电压通过电压信号调理器与AD单元连接，电抗器三相电流接通过电流信号调理器与AD单元相连。本实用新型该系统通过无功补偿装置及其控制系统，既解决了调压、负荷平衡问题，又满足线损要求的控制策略。

Description

一种适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统

技术领域

本实用新型涉及输电线路的电压控制，具体地指一种适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统。

背景技术

目前，部分输油站变电所距离上级变电站较远，线路长度长，当线路所带负荷较大时，线路压降过大将导致电机等重要负荷无法运行，严重影响正常生产。

电压是电能的主要质量指标，电压质量对电网稳定、功能以及居民生活都有直接的影响。根据《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》，直属变电站的10(6)kV母线正常运行方式下的电压允许偏差为系统额定电压的0％-7％，电压质量目标：1)年度电网电压合格率达到99.0％以上；2)年度供电电压合格率达到98.0％以上。针对电压合格率的高要求，加强无功功率的调节能力，合理科学的调整母线电压，对于提高电压合格率，改善电压质量有着重要的意义。

现阶段电压及无功装置的调整方法主要包括：1)投切并联电容器组； 2)调整有载调压变压器的分接头。当母线电压低于规定下限时，先投入电容器，仍不能满足要求时，再调整变压器分接头的位置；当母线电压高于规定下限时，先调整变压器分接头的位置，仍不能满足要求时，再切除电容器。对于负荷波动大的变电站，AVC系统可能会频繁调整主变的档位或投切电容器，根据优化线损的策略，使母线电压在低谷时处于10.1-10.4kV，高峰时处于10.3-10.7kV，投切的暂态过程中将会产生较大的电压波动，有可能使得用户端的电压超出-7％-7％的范围影响电压质量。

随着用户对电能质量要求的提高，为了满足设备运行的要求，无功补偿装置需要具备动态、平滑、快速的调节能力，也是目前无功调节的发展方向。如果采用动态无功补偿设备，将大大增加无功调节的范围，有效降低上述频繁投切的问题。现阶段具备上述能力的无功补偿装置主要有TCR 型SVC、STATCOM(SVG)、MCR型SVC三种，都是通过电力电子器件进行调控的设备。前两种无功补偿装置由于电力电子器件性能的限制，需要串联多个器件分摊高压，并联均流，技术要求以及维护成本较高。其中TCR 型SVC已经基本淘汰，而SVG价格昂贵，因此在35kV及以上电力系统中还没有推广应用。

MCR型SVC的工作原理与上述装置存在显著不同，内部的电力电子器件安装在耦合绕组或在低压励磁绕组上，可平滑调节铁心中的直流励磁，反映到一次侧就是输出电流大小的平滑改变，起到调节输出无功的作用。由于MCR型SVC中电力电子器件两端的电压仅为线路电压的5％左右，因此所用的电力电子器件大大减少，可靠性高，成本低。正因为MCR型SVC 相对其他无功调节设备的可靠性和经济性，满足了电网和用户的需求，无论是从6-10kV工矿企业、25kV电气化铁路，还是到220kV、500kV主干电网都能够看到可控电抗器的应用，节能降耗效果明显。

根据MCR无功补偿装置的运行原理，其无功调节范围主要取决于电抗器的容量。如MCR的容量为10Mvar，并联电容器FC的容量为5Mvar，在并联电容器组不切除的情况下，VCR的无功输出为-5-5Mvar，而切除并联电容器组后，MCR的无功输出就为0-10Mvar。因此整体的调节范围为 -5-10Mvar。如果日常无功需求在-5-5Mvar之间，或在0-10Mvar之间变化，就不需要频繁的投切电容器组。同时也提高了无功补偿装置的利用率，使其达到96％以上利用率的要求。

发明内容

本实用新型目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统，该系统通过无功补偿装置及其控制系统，既解决了调压、负荷平衡问题，又满足线损要求的控制策略。

实现本实用新型目的采用的技术方案是一种适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统，其包括分别设于第一母线的第一进线处和第二进线处的第一智能无功补偿装置，以及第一磁控电抗器协调控制系统；

所述第一智能无功补偿装置包括断路器、抽出式断路器、两组隔离开关、两组三相电压互感器、电抗器和两组配套电容器，所述断路器的一端串联在第一母线的第一进线或第二进线处，所述断路器的另一端与抽出式断路器的一端连接，所述抽出式断路器另一端分别与所述两组隔离开关连接，所述两组隔离开关分别与所述两组三相电压互感器串联，其中一组三相电压互感器串联磁控整流箱，另一组三相电压互感器串联有电抗器，所述电抗器另一端与两组配套电容器串联，所述配套电容器包括并联的两个电容和一个电感；

所述第一磁控电抗器协调控制系统包括PLC系统，所述PLC系统包括 CPU单元、AD单元和输出单元，所述电抗器与磁控整流箱连接，磁控整流箱与PLC系统中的CPU单元相连，所述第一母线的第一进线处和第二进线处的三相电压通过电压信号调理器与AD单元连接，电抗器的三相电流输出端通过电流信号调理器与AD单元相连。

进一步地，上述适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统还包括分别设于第二母线的第一进线处和第二进线处的第二智能无功补偿装置，以及第二磁控电抗器协调控制系统；

所述第二智能无功补偿装置包括断路器、抽出式断路器、两组隔离开关、两组三相电压互感器、电抗器和两组配套电容器，所述断路器的一端串联在第二母线的第一进线或第二进线处，所述断路器的另一端与抽出式断路器的一端连接，所述抽出式断路器另一端分别与所述两组隔离开关连接，所述两组隔离开关分别与所述两组三相电压互感器串联，其中一组三相电压互感器串联磁控整流箱，另一组三相电压互感器串联有电抗器，所述电抗器另一端与两组配套电容器串联，所述配套电容器包括并联的两个电容和一个电感；

所述第二磁控电抗器协调控制系统包括PLC系统，所述PLC系统包括CPU单元、AD单元和输出单元，所述电抗器与磁控整流箱连接，磁控整流箱与PLC系统中的CPU单元相连，所述第二母线的第一进线处和第二进线处的三相电压通过电压信号调理器与AD单元连接，电抗器的三相电流输出端通过电流信号调理器与AD单元相连；

所述第一和第二磁控电抗器协调控制系统中的PLC系统分别包括通讯单元，第一磁控电抗器协调控制系统和第二磁控电抗器协调控制系统中的 PLC系统通过所述通讯单元连接进行数据通信。

本实用新型针对石油化工输油站变电所负荷的运行特点，在线路的末端合理配置可控电抗器和电容器，当用电负荷高，线路压降大导致末端电压不合格时，投入并联电容，抬升末端电压；而当用电负荷低，线路压降小，末端电压高时，投入并联电抗，抑制末端电压。通过动态无功调节和控制，达到提高线路输电能力、稳定变电站电压、降低线路损耗的目的。

附图说明

图1为本实用新型适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统所用智能无功补偿装置的电路示意图。

图2为实施例中磁控电抗器协调控制系统与110kV和10kV的系统的连接结构示意图。

图3为实施例所用适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统的控制界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统包括分别设于第一母线的第一进线处和第二进线处的智能无功补偿装置，以及磁控电抗器协调控制系统，如图1所示，以10kV电压线路为例进行说明。

第一智能无功补偿装置包括断路器、抽出式断路器、两组隔离开关、两组三相电压互感器、电抗器和两组配套电容器，所述断路器的一端串联在10kV母线的进线1或进线2处，断路器的另一端与抽出式断路器的一端连接，抽出式断路器另一端分别与两组隔离开关连接，所述两组隔离开关分别与两组三相电压互感器串联，其中一组三相电压互感器串联磁控整流箱，另一组三相电压互感器串联有电抗器，电抗器另一端与两组配套电容器串联，所述配套电容器包括并联的两个电容和一个电感。

磁控电抗器协调控制系统采用基恩士的PLC及其扩展单元组成的PLC 系统，该PLC系统包括CPU单元、AD单元、输出单元和通讯单元，电抗器与磁控整流箱连接，磁控整流箱通过光纤触发信号到控制箱部分以及同步/脉冲输出，与PLC系统中的CPU单元相连；10kV母线的进线1处和进线2处的三相电压并联接至一个继电器切换器，继电器切换器通过电压信号调理器与PLC系统中的AD单元连接；电抗器的三相电流输出端通过电流信号调理器与AD单元相连；1#主变10kV三相电流通过电流信号调理器与PLC系统中的AD单元相连；2#主变10kV三相电流通过电流信号调理器与PLC系统中的AD单元相连；开关刀闸通过开入开出调理器与PLC系统中的输出单元相连。

本实用新型中的磁控电抗器协调控制系统适用于110kV、35kV及10kV 电压等级的MCR装置，可控制任意电压等级组成的两台磁控电抗器，通过修改也能适用于多于3台磁控电抗器的协调控制。本实施例以2台额定电压为110kV和10kV的系统为例，其控制系统如图2所示。

对于110kV系统，VCR电抗器本体连接磁控整流箱，通过光纤触发信号到控制箱部分以及同步/脉冲输出，与PLC系统1中的KV-3000CPU单元相连；110kV母线进线处1三相电压和进线处2三相电压并联接至一个继电器切换部分后通过电压信号调理器与PLC系统1中的KV-AD40V AD单元相连；VCR电抗器三相电流通过电流信号调理器与PLC系统1中的 KV-AD40V AD单元相连；1#主变110kV三相电流通过电流信号调理器与 PLC系统1中的KV-AD40VAD单元相连；2#主变110kV三相电流通过电流信号调理器与PLC系统1中的KV-AD40V AD单元相连；开关刀闸状态通过开入开出调理器与PLC系统1中的KV-B16TD输出单元相连。

对于10kV系统，VCR电抗器本体连接磁控整流箱，通过光纤触发信号到控制箱部分以及同步/脉冲输出，与PLC系统2中的KV-3000CPU单元相连；10kV母线进线处1三相电压和进线处2三相电压并联接至一个继电器切换部分后通过电压信号调理器与PLC系统2中的KV-AD40V AD单元相连；VCR电抗器的三相电流输出端通过电流信号调理器与PLC系统2 中的KV-AD40V AD单元相连；1#主变10kV三相电流通过电流信号调理器与PLC系统2中的KV-AD40V AD单元相连；2#主变10kV三相电流通过电流信号调理器与PLC系统2中的KV-AD40VAD单元相连；开关刀闸状态通过开入开出调理器与PLC系统2中的KV-B16TD输出单元相连。

PLC系统1中的KV-N20V通讯单元与PLC系统2中的KV-N20V通讯单元相连进行数据通信。

PLC系统还可以连接带触摸屏的控制器(计算机)，触摸屏用于显示 PLC系统采集的数据，并实现数据的输入输出，通过PLC+触摸屏的控制模式实现对无功电压智能调节的控制。触摸屏为显示界面采用12寸的256色真彩触摸屏，触摸屏与PLC系统连接后进行全中文显示，界面直观友好，操作方便。控制器还可以连接路由器，以便通过上位机对系统进行监控，控制器还提供微型打印机，可以打印系统的操作日志、故障信息及历史数据等。设备通电后，进入开机画面，画面显示联系方式，进入装置运行界面，如图3所示。

根据磁控电抗器的运行特点并结合运行变电站已有设备的运行状况，当用电负荷高，线路压降大导致末端电压不合格时，控制投入并联电容，抬升末端电压；而当用电负荷低，线路压降小，末端电压高时，控制投入并联电抗，抑制末端电压。通过动态无功调节和控制，达到提高线路输电能力、稳定变电站电压、降低线路损耗的目的。本实用新型通过智能无功补偿装置解决智能磁控动态无功补偿安装容量、线路长度、输电功率以及线路损耗之间的问题，通过无功优化配置，从经济上提供最优化的运行方案，提高用户的用电质量、增加供电半径和降低线路损耗。通过智能磁控无功补偿装置控制系统，采用分布式智能磁控调节系统的协调控制方法，提出负荷自适应的协调控制策略，达到最佳的电压、无功和潮流的调节效果；通过综合控制将末端电压控制在10-10.5kV的范围内，功率因数不低于 0.95，线路损耗比目前下降约10％。

Claims

1.一种适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统，其特征在于：包括分别设于第一母线的第一进线处和第二进线处的第一智能无功补偿装置，以及第一磁控电抗器协调控制系统；

所述第一磁控电抗器协调控制系统包括PLC系统，所述PLC系统包括CPU单元、AD单元和输出单元，所述电抗器与磁控整流箱连接，磁控整流箱与PLC系统中的CPU单元相连，所述第一母线的第一进线处和第二进线处的三相电压通过电压信号调理器与AD单元连接，电抗器的三相电流输出端通过电流信号调理器与AD单元相连。

2.根据权利要求1所述适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统，其特征在于：还包括分别设于第二母线的第一进线处和第二进线处的第二智能无功补偿装置，以及第二磁控电抗器协调控制系统；

所述第一和第二磁控电抗器协调控制系统中的PLC系统分别包括通讯单元，第一磁控电抗器协调控制系统和第二磁控电抗器协调控制系统中的PLC系统通过所述通讯单元连接进行数据通信。

3.根据权利要求1或2所述适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统，其特征在于：所述PLC系统连接有带触摸屏的控制器，所述控制器通过路由器与上位机连接。

4.根据权利要求3所述适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统，其特征在于：所述控制器连接有打印机。

5.根据权利要求4所述适用于石油化工突变负载的线路无功电压智能调节系统，其特征在于：所述电抗器的开关刀闸通过开入开出调理器与PLC系统中的输出单元相连。