54000KVA电石炉动态无功补偿研发与应用

朱生杰

摘要：本文在分析某化工公司电石炉变压器故障基础之上，针对电石炉变压器中压动态无功补偿项目进行优化和设计，给出电石炉变压器无功补偿改造方案及环境保护与节能措施，产生可观的经济效益，为解决电石炉变压器无功补偿工作提供一定的参考价值。

关键词：电石炉变压器SVG动态无功补偿效益分析

1项目现状

某化工公司有2台54000kVA电石炉，炉变由三个单相组成，变比为110/10/0.259kV,每台电石炉配一套10kV中压补偿装置，单套总容量28000kVar，分四组10000kVar、7000kVar、7000kVar、4000kVar。这两台电石炉变压器在运行中发生重瓦斯故障，投运时间基本在一年，发生故障的直接原因是在投切10KV补偿电容器时出现10KV中压开关柜局部击穿和烧损，同步变压器中压补偿绕组烧坏或严重变形，针对两台电石炉变压器连续发生重大设备事故，经技术部分析其主要原因有：①10KV补偿电容器组在正常投入和退出过程中易产生涌流，致使高、中、低压线圈之间产生电动力，经过一段时间运行后线圈会出现松动或变形，10KV中压线圈单纯为了无功补偿，通常按照半容量设计，线圈阻抗低，抗冲击能力差，线圈比较薄弱，因此最先损坏的是中压补偿线圈；②在电容器组投切过程中易产生操作过电压，在炉况出现异常过补时会产生谐振过电压，这会直接引起10KV开关柜、电缆以及电容器组等外围设备超过耐受极限而烧损；③在电石行业研讨会上，一致认为2012年之前电石炉中压补偿设计理念存在一定问题，为了降低无功补偿投资，理论上提出了中压补偿方案，实际应用未得到长期考证，当年行业内因中压补偿问题共烧毁变压器较多，主要就是变压器中压补偿线圈只作补偿而不带负荷，中压补偿线圈制作比较薄弱，抗冲击能力差，不适应电石炉工况。

2项目改造的必要性

变压器大修投运后，现有中压补偿方式仍在运行，对变压器线圈的冲击和损伤时刻存在，严重威胁变压器的安全运行，为了减少冲击，只能限制中压电容投切，这样造成110KV线路功率因数很难达到0.9以上，单台炉单月供电公司力调电费高达40多万元，两方面因素严重制约了电石炉正常操控和连续稳定生产，大大增加了生产成本。因此，非常有必要对现有电石炉变压器中压补偿方式进行改造。

3项目改造方案及内容

通过高压、中压、低压等不同无功补偿方式比较，结合现有特种变压器三线圈功能，根据现有中压补偿装置容量、接线方式、10KV开关柜容量、电容器室平面布置图、电缆夹层等实际情况，针对不同专业厂家同步无功发生器（SVG）配置及安装尺寸，通过现场调研、测试、理论计算，合理选择同步无功发生器（SVG）补偿容量，改造方案为:现有10kV中压电容补偿装置（FC）+10kV同步无功发生器（SVG）组合方式，该方案将现有4组10kV中压补偿装置（FC）保留2组7000kVar，10kV同步无功发生器（SVG）容量设计成14000kVar，图１为改造后10KV一次系统示意图。

该方案优点：①SVG是目前最先进的无功补偿装置，动态响应时间10ms，无极平滑，自身安全运行的同时，可控制、监测保留下来的FC，当中压补偿系统发生谐振时，SVG会监测到电流、电压的瞬间变化，及时发出指令自动切除保留下来的中压补偿装置，确保不会影响到炉变的安全；②SVG能实现单相分补，能有效解决三相不平衡问题；③中压补偿相比较低压短网补偿，一次性投资成本低，SVG其自动化程度高、维护量少，设备室内放置运行，安全性高。

图110KV一次系统示意图

4环境保护及节能措施方案

10kV同步无功发生器（SVG）投运后不产生环境污染，SVG主要包括控制系统、IGBT功率单元和电抗器部分，针对IGBT功率单元发热问题，在各功率单元柜上安装制冷装置。SVG调节速度快，运行范围宽，大大减少补偿电流中的谐波含量。SVG利用可关断大功率电力电子器件组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在10KV母线上，级联多电平功率变换器，通过将多个功率单元的输出叠加起来得到高压。适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，就可使电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿。

5效益分析

5.1直接效益

通过54000KVA电石炉动态无功补偿优化改造，功率因数达到0.9以上，单月单台炉力调电费可节约40万元。

5.2间接效益

通过54000KVA电石炉动态无功补偿优化改造，减小电石炉变压器运行中电容投切带来的线圈冲击安全隐患，降低单台54000KVA变压器因事故大修损失费用约138万元，减少变压器大修停产期间不能生产带来的巨大经济损失。

参考文献

1张宇辉·电力系统微型计算机继电保护.1版·北京：中国电力出版社，2000

2阳宪惠·工业数据通讯与控制网络.1版·北京：清华大学出版社，2003

3刘志刚·电力电子学.1版·北京：清华大学出版社，2004