MSVC(MCR)型动态无功补偿滤波装置

1.1 优势特点

1)  无级动态自动无功补偿，调节速度快，无功补偿速度小于100ms；

2)  利用二次附加直流电流励磁磁化电抗器铁心，调节铁心磁饱和程度以调节电抗器感性电流，动态跟随调节无功输出，对系统无谐波污染，谐波滤波效果好；

3)  MCR技术是综合应用变压器工艺技术，技术成熟可靠性高，免维护。

          现场运行10KV油浸式MSVC型动态无功补偿滤波装置

1.2 概述

MSVC型动态无功补偿及谐波治理成套装置，并联连接于额定电压为6kV、10kV、35kV等交流电力系统中，用于改善系统的功率因数、调整电网电压、降低线路损耗、滤除谐波，提高电网的利用率。该装置是静止式动态无功补偿（SVC）的一种，可以提供正负连续可调的无功功率，采用二次励磁磁控方式无级调节电抗器的无功输出，可以更精密地控制系统电压和无功，是现有无功补偿装置升级换代产品。由于没有或者极少有电容投切带来的冲击和涌流，可以大大提高装置的可靠性和寿命。可以对三相分别补偿，亦适应于三相功率不平衡的情况。

1.3 主要技术参数

1) 环境温度：-15℃～+45℃（户内）；-25℃～+55℃（户外）

2) 大气压力：80～110kPa

3) 环境湿度：90%（25℃），50%（40℃）

4) 工作电压（控制电源）：AC, DC：220V±10% ，其余电源时订货说明

5) 额定电压：6kV，10kV，35kV

6) 补偿容量：6kV，10kV：200~15000kvar；35kV：1000~25000kvar

7) 滤波次数（FC回路）：3、5、7、11次， 11次或以上可用 二阶高通滤波

8) 磁控电抗器结构：干式或油浸式

9) 投切方式：自动、手动可选

10) 安装方式：户内（FC回路，控制柜），磁控电抗器户外式为油浸式

1.4 MSVC功能特点

1) 输出谐波小、功耗低、免维护、结构简单、可靠性高、占地面积小；

2) 内部为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高，是理想的动态无功补偿、滤波和电压调节设备；

3) 可以提供1-100%连续可调的无功功率，与电容器组合，就可以提供正负连续可调的无功功率，从而可以更精密、更快速地控制系统电压和无功；

4) 没有或极少有电容器投切带来的冲击和涌流，大大提高了可靠性与寿命；

5) 可将功率因数恒定在一个点上，控制精度极高，同开关投切电容器相比，可多降低网损15%~30%；

6) 可以将电压和功率因数联合控制，在电压超过设定值时，不再控制功率因数，而是利用电抗器可以产生感性无功的特点，来吸收系统多余的容性无功，从而可以避免系统低峰期电压偏高的现象出现，为实现电压自动控制提供了一个很好的手段。

1.5 MSVC原理

MCR型SVC成套装置（MSVC），通过调节磁控电抗器支路输出的感性无功功率，以此感性无功功率来中和电容器补偿（滤波）支路的容性无功功率，从而可以实现该成套装置呈感性（正）无功功率或容性（负）无功功率的柔性输出。将该装置并联连接于额定电压为6~110KV的交流电网中，提供正、负连续可调的无功功率，可以提高和稳定电网的功率因数、减少电压波动、提高电网的利用率、降低电网损耗。电容器补偿支路同时可以设计成滤波器，在起到补偿无功功率的同时实现对不同频次谐波的滤除。

1.6 MCR（磁控电抗器）

干式磁控电抗器

油浸式磁控电抗器

1.6.1 MCR原理

MCR是利用附加直流电流励磁磁化电抗器铁心，通过调节铁心的磁饱和程度，改变铁心的磁导率，实现电抗值连续可调。在磁路结构即电抗器铁芯芯柱上（结构见图1），设置了由不饱和区域铁芯1和饱和区域铁芯2交错排列组成并联磁路；不饱和区域铁芯1吸收主磁通方向前后相邻或左右相邻的饱和区域铁芯2的漏磁通而形成漏磁自屏蔽；调节绕组3回路中可控硅4的触发导通角，控制附加直流励磁电流而励磁磁化铁芯；通过调整不饱和区域铁芯和饱和区域铁芯的面积或磁阻，改变并联磁路中不饱和区域铁芯的磁化程度和饱和区域铁芯的饱和程度，实现电抗值的连续、快速可调。

1.6.2 MCR特点

MCR在产品结构设计和制造工艺技术等方面，在采用磁路并联漏磁自屏蔽专利技术的同时，综合应用了大型变压器、超 /特高压互感器、高压电容器、电力电子控制等先进制造技术。例如：铁芯采用磁密不饱和、对称分裂、交  /值流磁路独立等设计方法；绕组采用自耦式、串并联连接、结构对称等设计方法；在整体结构方面采用全密封、免维护等设计和制造工艺技术。通过这些技术措施，有效地减少了MCR自身的损耗、噪声和谐波含量，使MCR实现了结构合理、质量可靠、成本低、性能先进、制造工艺成熟、运行稳定、免维护。MCR各项技术指标、技术特点和实现措施，见下表1 。

MCR技术特点一览表

TBB型分组投切高压无功补偿装置

2.1 优势特点

1) 分组自动无功补偿；

2) 结构简单、可靠性高；

3) 经济实用。

2.2 概述

TBB高压自动补偿成套装置主要有高压并联电容器、熔断器、电抗器、柜体或围栏、构件等组成。一般分为户外围栏式或户内柜式、户外箱变式等不同组合。主要适用于6KV、10KV、20KV、35KV等工频输配电系统中用户感性负荷较稳定或已在上段或下段母线分级补偿的场所，用于提高功率因数，调整电网电压，降低线路损耗，充分发挥设备效率、改善供电质量。

户内柜式一般用干式铁芯电抗器+电容器的组合方式。接线方式一般有双星型及单星型的组合。根据电力系统情况、电容器室的面积，选择合适的电容器、所匹配的串联电抗器等。

电容器选择：单只电容器容量选择为100Kvar或150Kvar时，可选用双层排列

单只电容器容量大于200Kvar时，可选用单层排列。

电抗器的选择：串联电抗器在电容器组合回路中，用于抑制高次谐波，限制合闸涌流。

用于抑制5次及以上谐波时，电抗器可按XL/XC=4.5%~6%，一般选6%

用于抑制3次及以上谐波时，电抗器可按XL/XC=12%~13%，一般选12%

仅用于限制涌流时，电抗器可按XL/XC=0.5%~1%配置

装置可采用真空接触器进行分组投切，可频繁操作。

2.3 主要技术参数

1) 环境温度：-15℃～+45℃

2) 大气压力：80～110kPa

3) 环境湿度：90%（25℃），50%（40℃）

4) 工作电压（控制电源）：AC,  DC：220V±10% ，其余电源时订货说明

5) 额定电压：6kV，10kV，35kV

6) 投切方式：自动、手动可选

7) 安装方式：户内

DWZB型调压式高压无功补偿装置

3.1 优势特点

1) 分档调压自动无功补偿；

2) 通过改变电容器端电压达到改变补偿容量的目的，解决了电容器投切中过电压、涌流大等技术问题；

3) 结构简单，经济实用。

调压式无功补偿成套装置

3.2 概述

通过有载调压器调节电容器的端电压，从而改变无功输出，调节系统功率因数，实现实时自动调节。

调压型高压无功自动补偿成套装置适用于35KV~500KV电压等级的变电站，装设于6KV~35KV母线上，也可装设于柱上，对放射性馈线线路进行分段补偿。可广泛用于电力、铁路、风电场、冶金、煤炭、石油、化工等行业。

3.3 主要技术参数

1) 环境温度：-25℃～+55℃

2) 大气压力：80～110kPa

3) 环境湿度：90%（25℃），50%（40℃）

4) 工作电压（控制电源）：AC,  DC：220V±10% ，其余电源时订货说明

5) 额定电压：6kV，10kV，35kV

6) 投切方式：自动、手动可选

7) 安装方式：户内、户外

3.4 装置原理

电容器无功输出大小和电压、频率、容量大小的关系为

当电容器组容量固定不变，Q的容量与电容器端电压U的平方成正比，因此通过调节电容器的端电压，即可达到调节无功容量的目标。

利用有载调压变压器（自耦式）调节电容器两端的电压，实现容性无功功率的调节。

3.5 装置特点

装置电容器/电抗器固定接入，不采用投切电容方式调节无功，而是根据Q= U22πfC，改变电容器/电抗器端电压来调节无功输出，满足系统无功出力要求。端电压从100%Ue到60%Ue（可根据用户要求调整调节范围），电容器/电抗器的无功输出容量就可在额定容量的100%到36%之间调节，调节调压器档位即可实现适量补偿。

调压过程中电容器始终不脱离电网，无充放电，因此调节不需延时，可实现实时调节。因没有电容器投切，在调节过程中无过电压、涌流存在，可以保证电容器安全，延长其使用寿命。

采用电容低电压合闸，有效降低电容器合闸涌流对系统及电容器本身的冲击。

典型一次系统图

典型案例：MSVC在煤炭行业中的应用

4.1 行业工况概述

 煤炭行业的矿井的主要负载有提升、排水、综掘、综采、皮带、通风等，均为感性负载，加之有整流、变频设备，谐波较大，需对矿井进行无功补偿与谐波治理。提升负荷变化快且频繁，无功补偿需快速跟随才能有好的补偿效果。

为了更好地了解其无功变化及谐波情况，我公司对安徽某矿（年产400万吨）的配电系统进行了测量，并以此为依据，实施了MCR型SVC在煤炭行业中的典型方案。

4.2 测试数据分析

(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1。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2），而提升机的无功变化呈周期性变化（见图3）。

图1  母线无功变化曲线

图2 提升机功率因数变化曲线

图3   提升机无功功率变化曲线

(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4）。

图4  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5）。

图5 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。

4.3 补偿滤波方案

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，同时确保补偿的快速跟随。

动态无功补偿与滤波成套装置一次系统图如下

4.4 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、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。

参考配置表如下：