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论高压静止型动态无功补偿装置

高压静止型动态无功补偿装置

SVC全称高压静止型动态无功补偿装置，主要由TCR（晶闸管投切电抗器）和FC（滤波电容器组）两部分组成。

原理：

FC回路兼顾滤波及提供固定的容性无功功率QFC，，TCR回路则通过控制晶闸管的触发角α的大小来改变流过相控电抗器的电流，从而改变相控电抗器输出的感性无功QTCR，

总的原理：

系统无功Q=Q负载所需—QFC+QTCR≈0或常数。

目的：

提高功率因数提高，使电压不波动。

我公司生产的SVC，控制器响应速度＜10ms，能够做到实时监测系统中的无功变化，计算晶闸管触发角度，对系统进行动态补偿。

SVC的主要作用：

1：

抑制高次谐波，降低电压畸变率。

2：

提高系统功率因数。

3：

抑制电压波动、闪变。

TCR装置由控制保护监控系统、晶闸管阀组、冷却系统、相控电抗器及各种附件组成。

控制保护监控系统：

基于DSP的阀控实现数字控制信号的并行处理，动态响应快、控制精度高、实现了实时控制量的计算；采用光电触发和检测方式、高电位板集成、BOD保护，系统抗干扰能力强，保护可靠；微机实时监控TCR晶闸管运行状况，及时报警与保护，使设备运行可靠；控制系统通过测量、比较、放大、移相触发环节，按控制策略产生晶闸管开关所需的触发脉冲，控制其触发角大小，调节补偿电抗器的电流，达到所需要的无功功率；整套装置具有较强的抗干扰能力；控制灵活，可实现三相同时控制、分相控制方式。

具备远方操作和自动化系统接口功能，可实现无人值班。

晶闸管阀组：

晶闸管阀组采用成串反并联压接方式，能承受SVC装置的最大电流/过压水平和较高的dv/dt，di/dt水平，并联合电抗器实现良好的动态响应，阀组采用高电位板取能，BOD保护，使晶闸管免受过电压冲击而损坏。

采用光电转换触发方式，使用高压光纤，很好的解决了高低压隔离，抗干扰能力强，使阀组运行安全可靠。

冷却系统：

可采用热管自冷或风冷式，也可采用水冷式。

相控电抗器：

空心、干式、铝线环氧树脂固化型，线性度高，噪音小，散热好。

相当于一个可控的感性负载，通过电子调节器和反并联连接的可控硅阀的相位控制，改变补偿电抗器的电流大小，从而达到动态无功补偿的目的。

滤波电容器组由几组单调谐滤波器和一组高通滤波器做成。

由于电容器、电抗器串联回路在调谐状态下是一个低阻抗回路，因此具有吸收谐波的作用，同时提供系统所需的无功功率。

接线方式：

TCR部分采用三角形接线方式，FC部分采用双星型接线方式。

晶闸管控制电抗器装置（简称TCR）和固定电容器组滤波装置（简称FC）组合成的静止型动态无功功率补偿装置（简称SVC）是一种国际上新颖的动态无功补偿装置。

SVC装置适用于对6KV、10KV、35kV电压等级下的轧机﹑电弧炉等各种无功功率冲击严重的设备进行无功功率补偿。

用于改善电能质量，提高用电单位的经济效益.

晶闸管阀组主要由三相完全相同的晶闸管阀及其触发电路板和配套的触发光纤组成。

6KV晶闸管阀

TCR—6型晶闸管阀组共分3相。

每相阀有2个反并联的晶闸管串，每个晶闸管串由6支晶闸管串联组成。

由于晶闸管是串联的，因此要求它有一致的动态参数（开通时间﹑关断时间、反向恢复电荷等）。

闸管器件损坏时，用户应使用与该组晶闸管参数一致的晶闸管进行更换！

TCR—6型晶闸管阀组的散热设备采用热管型散热器。

与常规热管散热器不同，TCR—6型晶闸管阀组采用高压晶闸管阀专用散热器，其主要特点是冷却效果好，抗电腐蚀能力强。

2.1.210KV晶闸管阀

TCR—10型晶闸管阀组共有3相。

每相阀有2个反并联的晶闸管串，每个晶闸管串由8支晶闸管串联组成。

由于晶闸管是串联的，因此要求它有一致的动态参数（开通时间﹑关断时间、反向恢复电荷等）。

闸管器件损坏时，用户应使用与该组晶闸管参数一致的晶闸管进行更换！

TCR—10型晶闸管阀组分热管型和水冷型。

热管型由6个阀架组成，水冷型由3个阀架组成。

2.1.335KV晶闸管阀

TCR—35型晶闸管阀组共有3相。

每相阀有2个反并联的晶闸管串，每个晶闸管串由22支晶闸管串联组成。

由于晶闸管是串联的，因此要求它有一致的动态参数（开通时间﹑关断时间、反向恢复电荷等）。

闸管器件损坏时，用户应使用与该组晶闸管参数一致的晶闸管进行更换！

TCR—35型晶闸管阀组分热管型和水冷型。

热管型由12个阀架组成，水冷型由6个阀架组成。

每对反并联的晶闸管对两端并联有一组RC元件。

其中，电容器的主要作用是为串连在一起的晶闸管均衡电压，故称之为均压电容器；电阻器主要在电容器充、放电期间起阻尼电流的作用，故称之为阻尼电阻器。

晶闸管阀的支架及绝缘子为晶闸管阀提供物理安装结构及必要的绝缘间距，支架及其附件为晶闸管的压接面提供了一个标准的压力。

纯水冷却：

晶闸管阀纯水冷却回路由二英寸的ABS管路件及尼龙管﹑尼龙接头组成，纯水冷却回路能带走阀工作时约90%的发热量。

热管自冷：

采用高压晶闸管阀专用热管散热器，冷却效果显著，能带走阀工作时约90%的散热量。

高电位触发板主要包括高电位逻辑触发单元和辅助电源，它主要实现以下几个功能：

从RC回路中取出电能，作为高电位电子板的直流电源，并对直流电源滤波。

接受来自触发装置的光编码信号并将其解码，产生符合晶闸管触发要求的门极触发脉冲。

监视晶闸管端电压状态，并在本周期送出状态回答信号到触发监控柜。

当阀上某个晶闸管端电压高于某设定值值时，BOD紧急触发，并送出BOD紧急回答信号到调节监控柜。

此外，为了保证晶闸管阀和触发板的可靠工作，高电位触发板还具有触发脉冲复发功能和辅助电源自检功能。

前者主要是为晶闸管提供可靠触发准备的，后者主要是考虑到辅助电源过低时，逻辑电路可能发生紊乱，因而提前闭锁整个逻辑电路。

当辅助电源电压低于设定值时，逻辑电路统一清零，处于闭锁状态，不再处理触发装置传送的信息。

高电位触发板主要由六部分组成，如图1所示。

下面对其分类介绍。

高电位电子板

图BOD紧急触发电路

回答通道（电光转换）

回答通道就是将触发逻辑P、触发逻辑N和BOD紧急触发的回答信号进行电光转换，通过电缆传输到调节监控柜，进行故障鉴别

触发逻辑P和触发逻辑N的线路相同，同一块触发板触发阴极电位相等的两个晶闸管。

触发逻辑的原理框图如图3所示，工作原理如下：

图3触发逻辑框图

a）光电转换环节将输入光脉冲转化为电脉冲；

b）解码电路即对输入编码脉冲进行译码；

c）在辅助电源及晶闸管电压正常时，逻辑判断环节将解码来的信号变为触发脉冲；

d）门极放大环节将逻辑判别来的触发脉冲进行整形放大再去触发晶闸管；

e）回答电路即在晶闸管电压正常（无故障）时在本周期内将解码来的回答信号传送到调节监控柜。

辅助电源就是从主回路的RC阻尼回路中取得能量首先转换为60V左右的直流电压，能量存储于储能电容器内。

然后，通过电压转换电路将60V左右的电压进一步转换为幅值稳定的10V直流电压，作为高电位电子板的电源。

图所示为TCR主电路的原理接线图及相应的电压电流和对应的触发脉冲波形图。

它的工作原理如下：

TCR回路接线图及电流﹑电压﹑触发脉冲波形图

1）调节器自动跟踪具有严重冲击的无功功率负荷的工作状态，实时计算出需要补偿的无功功率，进而转换成晶闸管的触发角度，由电/光转换装置转换成与晶闸管阀触发时刻对应的光脉冲信息；

2）高电位触发板接收由电/光转换装置发出的光脉冲信息，经过逻辑识别处理后，转换成满足晶闸管触发要求的电脉冲信号去触发晶闸管阀；

不同的触发角，改变了流过TCR回路中主电抗器的电流量，从而改变了TCR回路的感性无功功率量；通过TCR回路感性无功功率的跟随作用，使电网上的无功功率趋近于零，或趋于一定值。

下式是无功功率补偿的计算式：

∑Q=QFC+Q负载+QTCR≈0（或某一常数）

其中：

QFC为交流滤波装置的容性无功功率值（固定量）

Q负载为冲击负荷的感性无功功率值（可变量）

QTCR为TCR回路的感性无功功率值（可变量）

由于晶闸管阀及电子设备的动态响应很快,因此能够实现实时的动态补偿

补偿容量的选择：

Q=P（tgφ1——tgφ2）

=P（

）

tgφ1、tgφ2——补偿前、后的计算功率因数角的正切值

P——企业的有功负荷

Q——需要补偿的无功容量

并联电容器补偿装置容量确定后，需根据补偿无功的需要分成一组或几组，确定分组容量时需做以下核算

核算公式为：

Qcx=Sd（

—A）

Qcｘ——电容器装置的谐振容量

　　　　　　　Sd——电容器安装处的母线短路容量

　　　　　　　n——谐波次数

　　　　　　　A——电容器装置的感抗与容抗之比

核算需对各个分组情况进行，以保证分组电容器投切时，不得发生谐振。

当母线上接有m组电容器时，从投入第1组，第2组直到m组的全部投入，都应避开谐振，这是电容器组安全运行的必要条件。

分组投切的大容量电容器组，其容抗的变化范围较大，若其容抗与系统的感抗符合某种匹配条件，即会发生谐振。

在工频情况下，系统的感抗一般比容抗小得多，所以不会发生谐振。

当系统中产生了高次谐波时，系统的谐波感抗可能与系统的谐波容抗匹配，从而发生高次谐波谐振。

谐振时产生的电压和过电流将使电气设备受到冲击，严重危及系统的安全运行，因而这是必须加以避免的。

一般电网的高次谐波分量主要以3、5、7次为主，大容量电容器组各分组一般装有感抗值为5%~6%Xc（Xc为电容器组每相容抗，下同）的串联电抗器，它能有效地抑制5次及5次以上的高次谐波，但对3次谐波有放大作用，3次谐波的谐振点也往往落在电容器的调节范围内，因而很有可能在一定的参数匹配条件下发生3次谐波谐振。

如果分组容量与谐振容量离的较近，需进一步计算可能产生的放大倍数，具体计算公式如下：

K≈

B——电容器安装容量与谐振容量之比，Qc/Qcx

K——放大倍数

并联电容器组的组成

1．组架式并联电容器组：

并联电容器、隔离开关（接地开关或隔离带接地）、放电线圈、串联电抗器、氧化锌避雷器、并联电容器专用熔断器、组架等。

2．集合式并联电容器组（无容量抽头）：

并联电容器、隔离开关（接地开关或隔离带接地）、放电线圈、串联电抗器、氧化锌避雷器、组架等。

串联电抗器电抗率的选择

对于纯粹用于限制涌流的目的，串联电抗器的电抗率可选择为（0.1~1）%即可。

对于用于限制高次谐波放大的串联电抗器。

其感抗值的选择应使在可能产生的任何谐波下，均使电容器回路的总电抗为感性而不是容性，从而消除了谐振的可能。

电抗器的感抗值按下列计算：

XL=K

式中XL——串联电抗器的感抗，Ω;

XC——补偿电容器的工频容抗,Ω;

K——可靠系数，一般取1.2~1.5。

对于5次谐波而言，则

XL=（1.2~1.5）×

=（0.048~0.06）XC

一般定为（0.045~0.06）XC=（4.5%~6%）XC

对于3次谐波而言，则

XL=（12%~13%）XC

为了防止可能出现铁磁谐振,一般宜采用无铁芯的电抗器。

电抗器的额定电流应稍大于电容器实际电流。

电抗器的端电压和容量的选择

电抗器的端电压=电容器的相电压×电抗率

每相电抗器的容量=每相电容器容量×电抗率

电抗器的额定电压为并联电容器组的额定电压

电抗器的种类：

油浸铁心式：

CKS或CKD，可用于户内、户外。

干式空心电抗器CKGKL，可用于户内、户外。

干式铁心电抗器CKGC，干式产品中体积最小，且三相同体，但目前无35kV级产品，只能用于户内。

干式半心电抗器：

直径比空心产品小，可用于户内、户外。

并联电容器额定电压的选择

由于串联电抗器的接入，引起电容器上的基波电压升高，其值为

UC=Uφ

式中UC——电容器的额定电压（相电压），kV;

Uφ——系统额定相电压,kV;

A——串联电抗率

对于并联电容器组接线方式为星形接线或双星形接线，电容器额定电压如下

10kV：

6%串联电抗率，电容器额定相电压11/√3kV

12~13%串联电抗率，电容器额定相电压12/√3kV

35kV：

6%串联电抗率，电容器额定相电压38.5/√3kV

（12~13）%串联电抗率，电容器额定相电压42/√3kV

上述选择是在系统额定电压分别为10kV和35kV的情况下，如系统额定电压有所上升，则并联电容器的额定电压也相应升高。

4.1投入运行的操作步骤

4.1.1投入前准备工作

4.1.1.1MSVC设备投入运行前必须检查控制屏和保护屏并确保各单机性能正常，各单机接口正常，请严格执行启动后台顺序，否则造成监控系统数据读取错误：

开机，打开桌面Databus`DaFw`Dammi，监控后台启动成功。

4.1.1.2检查设备一次回路、二次回路连线的可靠性（尤其是在设备保养之后）。

所有的绝缘子应干净，设备现场要整洁，周围禁严禁留有铁丝等金属杂物。

4.1.1.3确认站控液晶显示器显示的主接线画面各圆点为绿色正常。

4.1.1.4确认SVC设备控制屏电源已接通，各屏内的电源开关也已经合上。

4.1.1.5调节装置在调试之前，应将装置所用的定值、系数进行设置完毕，定值包括：

电压定值、触发角Φmin=105º，Φmvax=160º等；系数中I=0002,STN=0006,以上数据仅供参考，调试送电前一定将定值、系数设置完成，以免出现异常。

4.1.1.6确认SVC系统断路器已“储能”到位。

确认TCR支路隔离开关已经合闸到位；接地开关隔离已经分闸到位。

TCR及电容器网门都已经关好，此时具备合闸条件。

4.1.2手动操作步骤

4.1.2.1上述检查工作完成后，打开主控屏前门，将主控屏前的svc控制开关打到“退出”位置，保护屏电抗器保护装置转换开关打到“远方”位置，电容器保护装置转换开关都打到“远方”位置，且正常运行时转换开关也应在远方位置，以确保保护装置都处于对设备的保护状态。

4.1.2.2确认以上无误后，合TCR断路器，观察此时相控电抗器电流大小三相（电流应该在几A左右）是否一致，观察一分钟，确定三相电流正常后，根据无功大小，投入电容器支路一或将电容器支路二、三也投入，观察电容器电流正常后，将主控屏前的svc转换开关置打到“投入”位置，再观察svc相控电抗器三相电流大小是否一致，确定三相电流正常后，静止型动态无功补偿装置（SVC）进入正常工作状态。

4.2运行时巡检

SVC设备投入运行后，值班人员应按时进行设备的巡查并记录，巡查每两小时一次，记录内容如下：

4.2.1电容器支路

a．电容器有无漏油、变形、膨胀现象，用红外线测温仪测试温度是否正常。

b．滤波电抗器、电流互感器工作温度是否正常，是否有异常声响（局部放电）。

c．记录电容器支路相电流值。

d．安装于室内电容器必须有良好的通风，进入电容器室应先开启通风装置

e．在出现保护跳闸或者因环境温度长时间超过允许温度，及电容器大量渗油时，禁止合闸。

f.户外遇到雨雾雪等恶劣天气应及时巡视。

4.2.2TCR支路

a.相控电抗器有无变形、膨胀现象，温度是否正常。

b.相控电抗器是否有异常声响，比如放电、震动声音过大，超过55dB

c.记录相控电抗器各相电流值，观察三相电流值是否一致。

4.2.3记录主控室各控制柜工作状况、指示灯运行状态、仪表读数。

4.2.4如主控屏有异常，通过主控屏调节装置和监控装置显示屏读取故障内容及故障时间，并存档保存。

4.3退出运行操作步骤

4.3.1当设备停产、维修时，SVC设备应退出运行。

4.3.2SVC设备故障时退出运行是自动完成的。

4.3.3正常的SVC设备分闸步骤：

a.按顺序由高次到低次分开电容器支路断路器，

b.分开SVC支路断路器，将主控屏前svc控制开关打在“退出”位置，静止型动态无功补偿装置（SVC）退出运行。

4.3.4若需SVC设备长时间停运，则应切断除SVC控制柜电源，拉开隔离刀闸，合上接地刀闸。

4.4紧急处理方法及注意事项

4.4.1SVC设备故障分闸是自动完成的，值班人员应将主控屏各装置液晶显示的故障内容作好记录。

维护人员根据记录内容查找有关设备状态，更换技术参数完好的部件。

4.4.2巡查人员在发现SVC设备运行异常时（如声响、起火、仪表读数异常等），或立即分断SVC设备；或进一步仔细观察，作好分闸准备。

4.4.3注意事项

a.SVC设备正常运行时，严禁开启网门、严禁操作任何SVC的隔离开关。

b.进入SVC设备高压区域应先分断SVC断路器，等待15分钟后，按高压操作规程分断TCR隔离开关，并将隔离开关下装头可靠接地，并将SVC出线柜接地刀合闸到位，方可进入各个SVC高压设备区。

c.SVC设备从分断到下一次接通，间隔必须大于20分钟，以让电容器充分放电，放电是通过并联在电容器两端的放电线圈来实现自动放电的。

d.严禁在SVC设备运行时拔插保护屏和控制屏有关器件，特别是线路板。

e.应保持SVC站的清洁，定时清洁灰尘，SVC区域内应有足够的消防器具。

4.5常见压板投退及功能

4.5.1保护屏压板

电抗器保护分：

电抗器分闸动作，作用于SVC进线柜跳闸回路，运行时投入

电容器一保护分：

电容器支路—各种数据越保护动作分闸，作用于电容器支路一断路器跳闸回路，运行时投入

SVC出现柜联跳电容器一:

出线柜跳闸时联调电容器支路一断路器，使电容器支路一随着出线柜的跳闸而立即跳闸，运行时投入

遥控允许：

在用户控制室控制台进行遥控电容器支路一时，为电容器保护装置提供遥控电源，运行时此压板投入

SVC出线柜允许电容器一合闸：

短接电容器支路一合闸回路中从MSVC出线柜串联的常开节点，为调试时使用，运行时退出

电容器二保护分：

电容器支路二各种数据越保护动作分闸，作用于电容器支路二断路器跳闸回路，运行时投入

电容器一连跳电容器二：

出线柜跳闸时联调电容器支路二断路器，使电容器支路二随着出线柜的跳闸而立即跳闸，运行时投入

运行时此压板投入

电容器一允许电容器二合闸：

短接电容器支路二合闸回路中从MSVC出线柜串联的常开节点，为调试时使用，运行时退出

4.5.2控制屏压板

SVC允许合闸：

为串入SVC出线柜合闸回路节点，运行时投入

SVC跳闸：

为并联到SVC出线柜跳闸回路节点，当电脑检测到需要跳闸的保护信号时，将SVC出线柜跳闸，运行时投入

4.6现场调试的准备工作

在现场调试时，应该做好以下各方面的准备工作：

4.6.1调试用仪器仪表设备

示波器、兆欧表、电感电容表、万用表、电能质量分析仪、调压器、隔离变压器、大电阻、耐压试验设备和继电保护测试仪等。

4.6.2调试用的相关参考资料