靜止無功補(bǔ)償裝置在電網(wǎng)中的應(yīng)用

1、靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）在電網(wǎng)中的應(yīng)用贛州供電公司黃東南摘要：合理的無功補(bǔ)償對輸配電系統(tǒng)非常重要，SVC裝置在江西電網(wǎng)中的首次應(yīng)用表明SVC在 調(diào)相、調(diào)壓、提高輸電容量、改善靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性、抑制振蕩等方面起到良好作用，在電力 及工業(yè)企業(yè)中SVC裝置可以改善電能質(zhì)量（諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡），提高產(chǎn)品 質(zhì)量和數(shù)量，有利于節(jié)能增效。為進(jìn)一步推廣裝置應(yīng)用，提高其運(yùn)行管理水平，應(yīng)加快SVC裝 置的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和檢驗(yàn)諸方面系列的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)電能質(zhì)量靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC） TCR+FC標(biāo)準(zhǔn)國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門大量使用了各種電力整流、換流、交流調(diào)速、軋機(jī)、電弧爐、電力機(jī)車

2、 等非線性或具有時(shí)變特性負(fù)荷的設(shè)備，致使電力系統(tǒng)中的暫態(tài)和沖擊特性無功負(fù)荷增加，嚴(yán)重 影響電網(wǎng)電壓質(zhì)量，也對用電設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了嚴(yán)重危害。為了穩(wěn)定電壓、改善功率因數(shù)以降低能耗，必須對具有時(shí)變沖擊性的無功負(fù)荷進(jìn)行動態(tài)無 功補(bǔ)償。采用無觸點(diǎn)品閘管開關(guān)的SVC裝置，能自動跟蹤電網(wǎng)無功的變化波動進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償， 實(shí)現(xiàn)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。具有響應(yīng)速度快、工作可靠的特點(diǎn)，是電網(wǎng)中提高功率因數(shù)和維持 電壓穩(wěn)定的理想無功補(bǔ)償裝置。針對贛州電網(wǎng)220kV金堂變電站存在的電能質(zhì)量問題：220kV電源輸電線路偏長，且受 豐、枯水期小水電及負(fù)荷波動影響，電源電壓波動大；供電負(fù)荷中有220kV直供的鼎龍鋼廠 及

3、定南、全南縣的幾個(gè)電弧爐冶煉金屬企業(yè)，其負(fù)荷功率因數(shù)很低，造成電能的極大損耗；而 負(fù)荷的沖擊極大，引起電網(wǎng)電壓波動和閃變，加以產(chǎn)生的高次諧波造成電網(wǎng)的嚴(yán)重污染，致使 電網(wǎng)電能質(zhì)量下降；考慮到2008年京九鐵路將進(jìn)行電氣化改造，電氣化鐵路的供電又將增加 沖擊性的非線性負(fù)荷使電網(wǎng)中不可避免增加降低電能質(zhì)量的不穩(wěn)定性。為此在220kV金堂變電 站采用了 SVC裝置（TCR+FC型），這也是SVC裝置在江西電網(wǎng)中的首次應(yīng)用，同時(shí)也是國內(nèi)第一 座移動式無功補(bǔ)償裝置。該裝置于2007年12月30日順利投入運(yùn)行，從各項(xiàng)測試數(shù)據(jù)來看，SVC裝置對改善母線電 壓總諧波畸變，以及調(diào)相、調(diào)壓結(jié)果基本上能達(dá)到仿真計(jì)算

4、水平，同時(shí)對抑制振蕩，提高電網(wǎng) 輸電功率及輸電能力有較大幫助。為此作以下的初步總結(jié)分析。1 SVC裝置的工作原理及構(gòu)成1.1工作原理SVC （static var compensator）全稱靜止式無功補(bǔ)償裝置，早期又稱為SVS,目前國內(nèi)市 場上的SVC無功功率補(bǔ)償裝置主要是接觸器或斷路器投切電容器組（如PFC、HVC）、品閘管控 制電抗器（TCR加裝消諧濾波裝置組成TCR+FC）和品閘管投切電容器（TSC）裝置。TCR型SVC動態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置通過控制TCR支路中串聯(lián)的功率可控硅的觸發(fā)相角，來 改變流經(jīng)電抗器支路的電流，從而得到不同的無功功率。裝置由光電觸發(fā)控制系統(tǒng)、閥控系統(tǒng)、 主電抗器及

5、保護(hù)元件等單元組成。品閘管觸發(fā)角a在90。180。范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，即導(dǎo)通角P V180。當(dāng)a =90。時(shí)，補(bǔ)償裝置吸收的無功功率最大（稱為短路功率）；當(dāng)a =180。達(dá)到其 在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的最大值時(shí),吸收的無功功率最?。ǚQ為空載功率）。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)角a的大小， 即連續(xù)改變主電抗器的電流量，動態(tài)調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)臒o功功率。TCR型SVC動態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置并聯(lián)固定電容器組FC構(gòu)成品閘管控制電抗器加固定濾波 電容器組（TCR+FC）型式，裝置總的輸出無功功率為TCR與FC無功功率抵消后的凈無功功率， 因而可以將補(bǔ)償裝置的總體無功電流偏置到可吸收容性無功的范圍置內(nèi)。TCR采用相控原理， 在系統(tǒng)中將除產(chǎn)生特征諧波

6、及非特征的奇次、偶次及三的倍數(shù)次諧波，并聯(lián)固定電容器組FC 則兼作濾波器，吸收TCR產(chǎn)生的諧波電流和系統(tǒng)其它諧波電流。SVC動態(tài)補(bǔ)償原理見圖1。1.2構(gòu)成技術(shù)特征（1）TCR+FC型SVC裝置由五大部分組成，見表1。表1TCR+FC型SVC的組成序號名稱特點(diǎn)；1、，1TCR閥及電子設(shè)備TCR晶閘管閥晶閘管疊裝壓接式、純水冷卻、內(nèi)取能、內(nèi)阻尼、空氣絕緣，BOD保護(hù) 光電轉(zhuǎn)換，自動完成各高電位電子單元循檢，光纜傳遞信號。調(diào)節(jié)柜采用基于DSP的全數(shù)字化控制，動態(tài)相應(yīng)時(shí)間小于10ms，矢量運(yùn)算、邏輯判 別、鎖頻、鎖相、線性化處理，有源濾波、數(shù)字觸發(fā)、運(yùn)算快，觸發(fā)精度W 個(gè)電角度。觸發(fā)監(jiān)控拒脈沖編碼，光

7、發(fā)送/接收，微機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控TCR晶閘管運(yùn)行狀況。純水機(jī)提供高純水作為TCR閥的冷卻介質(zhì)（水一水型）。光纜傳遞觸發(fā)回答信號，實(shí)現(xiàn)高低電壓之間的隔離，抗干擾能力好。2開關(guān)柜SF6斷路器柜、PT柜、ZNO柜、CT及進(jìn)線柜等。3濾波電容器組進(jìn)口全膜電容器、放電線圈、構(gòu)架等。4TCR主電抗器、濾波電抗器空心、干式、鋁線環(huán)氧固化型，線性度高，噪音小，動熱穩(wěn)定性好，損耗小 絕緣強(qiáng)度高，散熱好。5程序控制及繼電保護(hù)用PLC實(shí)現(xiàn)SVC程序投切及繼電保護(hù)，用工控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)SVC自動化控制（2）主要技術(shù)特征Q無功功率補(bǔ)償平滑調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷變化，動態(tài)補(bǔ)償無功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)。Q光電觸發(fā)技術(shù)，光纖傳輸主電路與控

8、制電路的信號，實(shí)現(xiàn)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的光電隔 離保證觸發(fā)精度。Q設(shè)有保護(hù)電路、均壓電路的閥控系統(tǒng)對開關(guān)元件工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測。高電位緊急觸發(fā)電 路設(shè)計(jì)，采用BOD元件作為品閘管保護(hù)元件，有效保護(hù)開關(guān)器件免受損壞。Q動態(tài)抑制系統(tǒng)諧波，改善電壓畸變率，主回路設(shè)計(jì)充分考慮電容器組對諧波電流的放大 問題，保證設(shè)備安全運(yùn)行、可靠工作。Q控制具有高可靠性，操作簡單，與系統(tǒng)聯(lián)結(jié)時(shí)，不需要考慮交流系統(tǒng)相序，不會因?yàn)橄?序接錯(cuò)而帶來燒壞可控硅或其他器件的現(xiàn)象。Q根據(jù)負(fù)載無功和電壓波動情況，在規(guī)定的動態(tài)響應(yīng)時(shí)間內(nèi)，多級補(bǔ)償一次到位。補(bǔ)償器 保護(hù)措施齊全，自動化程度高，能在外部故障或停電時(shí)自動退出工作，送電后自動恢復(fù)

9、運(yùn)行主 電路保護(hù)措施完備，損耗低，安全性能好。Q適合于感性和容性無功功率大范圍變化的場合。裝置投運(yùn)后功率因數(shù)可達(dá)0.95以上， 消除電壓波動及閃變，三相平衡符合國際標(biāo)準(zhǔn)。2工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)參數(shù)在金堂220kV變電站10kV母線原有4組（電抗率為6%）10Mvar并聯(lián)電容器組外，加裝一 套TCR+FC型高壓靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）。設(shè)計(jì)輸出的動態(tài)無功容量為+ 79MVar（容性）一 30MVar（感性）。TCR容量為50MVar的相控電抗器（TCR）,接在10kVII段母線。FC的裝設(shè)接入則考慮到原有并聯(lián)補(bǔ)償電容器會將3次諧波電流放大，而原電容器額定電壓 僅有6.35kV,為了提高其的安

10、全裕度，分別將新增的一組3次濾波器安裝在10kV I段母線上; 新增的另一組3次濾波器及兩組5次濾波器則裝設(shè)于10kV II段母線SVC裝置主接線方式如圖 2所示。其幾項(xiàng)主要部件的參數(shù)為：（1）濾波器選擇及接線方式3次、5次濾波器組采用單調(diào)諧濾波器，濾波雙套管電容器單臺額定容量為640kVar，每組 安裝容量為17.82MVar，采用雙星一雙星形接線，每相4串（4 + 5）并，采用中性點(diǎn)不平衡電 流保護(hù)。圖2 SVC裝置主接線圖（2）濾波電抗器和相控電抗器采用空心電抗器作為濾波和相控電抗器，戶外安裝，F(xiàn)級絕緣，可承受短路沖擊電流25kA, 相控電抗器每相采用雙線圈接在品閘管閥兩側(cè)，相控電抗器采

11、用三角形接線。（3）品閘管閥及其冷卻系統(tǒng)品閘管選用多個(gè)高壓、大容量品閘管元件進(jìn)行串聯(lián)，元件型號 5STP26N6500，額定電流 2810A，額定電壓為5600V （可重復(fù)峰值）、6500V （不可重復(fù)峰值），連接方式為7級/相，正、 反逆并聯(lián)，元件數(shù)量42只。采用電光電轉(zhuǎn)換經(jīng)光纖傳導(dǎo)的觸發(fā)方式將控制系統(tǒng)與高電位的完全隔離，品閘管元件采用 純水冷卻方式，將高電位與冷卻系統(tǒng)隔離，水泵、樹脂采用100%的熱備用。（4）SVC系統(tǒng)的控制方式變電站內(nèi)10kV I段、10kV II段母線上所有的新增濾波器及原有并聯(lián)電容器全部納入SVC 裝置的統(tǒng)一控制范圍。獨(dú)立配置一套智能化調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)，靜止無功補(bǔ)償裝置

12、系統(tǒng)的控制、信 號、測量均通過該系統(tǒng)完成，通訊管理機(jī)就地布置，遠(yuǎn)方操作終端設(shè)置在現(xiàn)有變電所的控制臺 上?？刂品绞讲辉O(shè)常規(guī)控制屏，值班人員利用遠(yuǎn)方操作系統(tǒng)或保護(hù)裝置上的操作單元或SVC就 地監(jiān)控屏進(jìn)行控制操作，控制對象包括所有受控設(shè)備斷路器的分合閘及TCR支路品閘管閥觸發(fā) 角的調(diào)節(jié)。正常運(yùn)行時(shí)控制命令的發(fā)出均通過遠(yuǎn)方或就地操作系統(tǒng)進(jìn)行。其監(jiān)控系統(tǒng)的配置見 圖3。世4若更設(shè)冬*STPF圖3 SVC監(jiān)控系統(tǒng)配置圖3應(yīng)用效果金堂變電站的220kV母線和110kV母線上均帶有金屬冶煉等非線性負(fù)荷。安裝SVC裝置前 后由江西省電力科學(xué)研究院進(jìn)行了電能質(zhì)量的測試。結(jié)果見表2、3，圖4、5。3.1母線電壓總諧

13、波畸變率表2 未裝SVC前金堂變各母線電壓總諧波畸變率名稱220kV母線110kV母線10kV I段母線10kVII段母線THDu (%)2.602.161.531.36表3 安裝SVC后金堂變各母線電壓總諧波畸變率名稱220kV母線110kV母線10kV I段母線10kVII段母線俱（%）2.201.060.8260.8983.2安裝SVC后10kVII段母線的阻抗頻率特性曲線及相角頻率特性曲線（10kV I段母線阻 抗頻率特性曲線及相角頻率特性曲線大體相同）。圖4 10kV II段母線阻抗頻率特性曲線No Title Given4結(jié)束語電VC裝置在我國電力系統(tǒng)應(yīng)用是在上世紀(jì)八、九十年代，2

14、002年，原國家電力公司重點(diǎn)科 技項(xiàng)目100Mvar SVC國產(chǎn)化工程應(yīng)用研究在遼寧鞍山紅一變實(shí)施，并于2004年成功投運(yùn)。 目前在廣東江門、湖南云田、湖北鳳凰山、河南小劉等500kV變電站中裝有大容量SVC。TCR 型SVC裝置以其補(bǔ)償效果好、技術(shù)成熟、造價(jià)相對低廉、性價(jià)比高和運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置應(yīng)用范圍內(nèi)占主導(dǎo)地位，并在穩(wěn)定增長。目前國內(nèi)外還沒有完整的SVC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，國外與SVC有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有3項(xiàng)：IECStd 61954 2003Power electronics for electrical transmission and distribution systems-

15、 Testing of thyristor valves for static VAR compensators IEEE Std 1031 2000 IEEE Guide for the Functional Specification of Transmission Static VAR compensators眼IEEE Std 1303 1994IEEE Guide for Static var Compensator Field Tests。國內(nèi)等效 IEC 標(biāo)準(zhǔn)或 參照IEEE標(biāo)準(zhǔn)而制定的國標(biāo)有3項(xiàng)：輸配電系統(tǒng)的電力電子技術(shù)一靜止無功補(bǔ)償器用品閘 管閥的試驗(yàn)，等效采用IEC 61954 2003:靜止型無功功率補(bǔ)償裝置（SVC）功能特性， 參照IEEE 1031 2000；靜止型無功功率補(bǔ)償裝置（SVC）現(xiàn)場試驗(yàn)，參照IEEE 1303 1994； 但3項(xiàng)國標(biāo)目前尚處于報(bào)批階段。建議加快SVC裝置的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和檢驗(yàn)諸方面系列的 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂。高壓靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）是一種由高電壓、大容量品閘管閥作為控制元件的動態(tài)無功 補(bǔ)償裝置，是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的成功應(yīng)用領(lǐng)域之一。SVC裝置具有