浅谈无功补偿装置(SVC)的发展及应用

浅谈无功补偿装置（SVC）的发展及应用

荣信电力电子股份有限公司 陈 哲

摘要：高压静止型动态无功补偿装置简称为SVC，在配电系统中称为“静止型动态

无功补偿装置”这是因为构成这种装置的主要元件（电容器、电抗器、晶闸管阀等）是静止的而非转动的（这些都相对于调相机之类的旋转设备而言），但是他针对功率因数的调节却是动态的，实时跟踪的；

SVC在组成上可以分为TCR+FC,二者巧妙地相结合，共同完成其功能，提高电能质量，节能减耗，SVC在电力系统、冶金、煤炭、电力机车等领域应用极为广泛。

关键词：配电系统 电能质量 静止无功补偿装置(SVC) TCR＋FC

引言

随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电力电子元件的使用也越来越多，大量使用了各种电力整流、换流、交流调速、轧机、电弧炉、电力机车等非线性或具有时变特性负荷的设备，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害，能源浪费严重。目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的高次谐波，对于改善供电质量、确保电力系统安全、经济运行，节能减排、保护生态环境都有着十分重要的意义。

为了稳定电压、改善功率因数以降低能耗，必须对具有时变冲击性的无功负荷进行动态无功补偿。采用无触点晶闸管开关的SVC装置，能自动跟踪电网无功的变化波动进行动态补偿，实现无功功率的连续调节。具有响应速度快、工作可

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靠的特点，是电网中提高功率因数和维持电压稳定的理想无功补偿装置。 1 SVC装置的工作原理及构成 1.1 工作原理

SVC（static var compensator）全称静止式无功补偿装置，早期又称为SVS，目前国内市场上的SVC无功功率补偿装置主要是接触器或断路器投切电容器组（如PFC、HVC）、晶闸管控制电抗器（TCR加装消谐滤波装置组成TCR+FC）和晶闸管投切电容器（TSC）装置。

TCR型SVC动态无功功率补偿装置通过控制TCR支路中串联的功率可控硅的触发相角，来改变流经电抗器支路的电流，从而得到不同的无功功率。装置由光电触发控制系统、阀控系统、主电抗器及保护元件等单元组成。晶闸管触发角α在90°～180°范围内可调节，即导通角β＜180°。当α＝90°时，补偿装置吸收的无功功率最大（称为短路功率）；当α＝180°达到其在调节范围内的最大值时，吸收的无功功率最小（称为空载功率）。通过调节触发角α的大小，即连续改变主电抗器的电流量，动态调节补偿的无功功率。

TCR型SVC动态无功功率补偿装置设置并联固定电容器组FC构成晶闸管控制电抗器加固定滤波电容器组（TCR＋FC）型式，装置总的输出无功功率为TCR与FC无功功率抵消后的净无功功率，因而可以将补偿装置的总体无功电流偏置到可吸收容性无功的范围置内。TCR采用相控原理，在系统中将除产生特征谐波及非特征的奇次、偶次及三的倍数次谐波，并联固定电容器组FC则兼作滤波器，吸收TCR产生的谐波电流和系统其它谐波电流。SVC动态补偿原理见图1。

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图1 SVC动态补偿原理图

1.2 构成技术特征

（1）TCR＋FC型SVC装置由五大部分组成，见表1。

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表1TCR＋FC型SVC的组成

序号 名 称 特 点 晶闸管叠装压接式、纯水冷却、内取能、内阻尼、空气绝缘，BOD保护 TCR晶闸管阀 光电转换，自动完成各高电位电子单元循检，光缆传递信号。 TCR 调节柜 阀及 1 电子 设备 采用基于DSP的全数字化控制，动态相应时间小于10ms，矢量运算、逻辑判别、锁频、锁相、线性化处理，有源滤（控制柜） 波、数字触发、运算快，触发精度≤1个电角度。 触发监控拒 脉冲编码，光发送/接收，微机实时监控TCR晶闸管运行（脉冲柜） 纯水机 光缆 2 3 4 开关柜 状况。 提供高纯水作为TCR阀的冷却介质（水一水型）。 传递触发回答信号，实现高低电压之间的隔离，抗干扰能力好。 SF6断路器柜、PT柜、ZNO柜、CT及进线柜等。 滤波电容器组 进口全膜电容器、放电线圈、电流互感器、构架等。 TCR主电抗器、 空心、干式、铝线环氧固化型，线性度高，噪音小，动热滤波电抗器 稳定性好，损耗小，绝缘强度高，散热好。 5 程序控制及继电保用PLC实现SVC程序投切及继电保护，用工控计算机实现护 SVC自动化控制 4

（2）主要技术特征

①无功功率补偿平滑调节，实时跟踪负荷变化，动态补偿无功功率，提高系统功率因数；

②光电触发技术，光纤传输主电路与控制电路的信号，实现一次系统和二次系统的光电隔离保证触发精度；

③设有保护电路、均压电路的阀控系统对开关元件工作状态实时监测，高电位紧急触发电路设计，采用BOD元件作为晶闸管保护元件，有效保护开关器件免受损坏；

④动态抑制系统谐波，改善电压畸变率，主回路设计充分考虑电容器组对谐波电流的放大问题，保证设备安全运行、可靠工作；

⑤控制具有高可靠性、操作简单、与系统联结时不需要考虑交流系统相序、不会因为相序接错而带来烧坏可控硅或其他器件的现象；

⑥根据负载无功和电压波动情况，在规定的动态响应时间内，多级补偿一次到位。补偿器保护措施齐全、自动化程度高、能在外部故障或停电时自动退出工作、送电后自动恢复运行、主电路保护措施完备、损耗低、安全性能好；

⑦适合于感性和容性无功功率大范围变化的场合，装置投运后功率因数可达0.95以上，消除电压波动及闪变，三相平衡符合国际标准。 2 工程系统设计 2.1 设计参数

在内蒙乌兰察布220kV变电站10kV母线原有4组（电抗率为6%）10Mvar并联电容器组外，加装一套TCR＋FC型高压静止无功补偿装置(SVC)。设计输出的动态无功容量为＋79Mvar(容性)～－30Mvar(感性)。TCR容量为50MVar的相控电抗器（TCR），接在10kV Ⅱ段母线。

FC的装设接入则考虑到原有并联补偿电容器会将3次谐波电流放大，而原电

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容器额定电压仅有6.35kV，为了提高其的安全裕度，分别将新增的一组3次滤波器安装在10kVⅠ段母线上；新增的另一组3次滤波器及两组5次滤波器则装设于10kV Ⅱ段母线。SVC装置主接线方式如图2所示。其几项主要部件的参数为：

（1）滤波器选择及接线方式

3次、5次滤波器组采用单调谐滤波器，滤波双套管电容器单台额定容量为660kvar，每组安装容量为17.82Mvar，采用双星—双星形接线，每相1串（4＋5）并，采用中性点不平衡电流保护。

图2 SVC装置主接线图

（2）滤波电抗器和相控电抗器

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采用空心电抗器作为滤波和相控电抗器，户外安装，F级绝缘，可承受短路冲击电流25kA，相控电抗器每相采用双线圈接在晶闸管阀两侧，相控电抗器采用三角形接线。

（3）晶闸管阀及其冷却系统

晶闸管选用多个高压、大容量晶闸管元件进行串联，元件型号5STP26N6500，额定电流2810A，额定电压为5600V（可重复峰值）、6500V（不可重复峰值），连接方式为7级/相，正、反逆并联，元件数量42只。

采用电光电转换经光纤传导的触发方式将控制系统与高电位的完全隔离，晶闸管元件采用纯水冷却方式，将高电位与冷却系统隔离，水泵、树脂采用100%的热备用。

（4）SVC系统的控制方式

变电站内10kVⅠ段、10kV Ⅱ段母线上所有的新增滤波器及原有并联电容器全部纳入SVC装置的统一控制范围。配置一套智能化调节监控系统，静止无功补偿装置系统的控制、信号、测量均通过该系统完成，通讯管理机就地布置，远方操作终端设置在现有变电所的控制台上。

控制方式不设常规控制屏，值班人员利用远方操作系统或保护装置上的操作单元或SVC就地监控屏进行控制操作，控制对象包括所有受控设备断路器的分合闸及TCR 支路晶闸管阀触发角的调节。正常运行时控制命令的发出均通过远方或就地操作系统进行。其监控系统的配置见图3。

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图3 SVC监控系统配置图

3 应用效果

乌兰察布变电站的220kV母线和110kV母线上均带有金属冶炼等非线性负荷。安装SVC装置前后由河北省电力科学研究院进行了电能质量的测试。结果见表2、3图4、5。

3.1 母线电压总谐波畸变率

表2 未装SVC前各母线电压总谐波畸变率表

名称 THDU（％） 220kV母线 2.60 110kV母线 2.16 10kVⅠ段母线 10kV Ⅱ段母线 1.53 1.36 表3 安装SVC后各母线电压总谐波畸变率表

110kV母线 名称 220kV母线 10kVⅠ段母线 10kV Ⅱ段母线 8

THDU（％） 2.20 1.06 0.826 0.8 3.2 安装SVC后10kVⅡ段母线的阻抗频率特性曲线及相角频率特性曲线(10kVⅠ段母线阻抗频率特性曲线及相角频率特性曲线大体相同)。

图4 10kV Ⅱ段母线阻抗频率特性曲线

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图5 10kV Ⅱ段母线相角频率特性曲线

4 结束语

SVC装置在我国电力系统应用是在上世纪八、九十年代，目前在广东江门、湖南云田、湖北凤凰山、河南小刘等500kV变电站中装有大容量SVC。TCR型SVC装置以其补偿效果好、技术成熟、造价相对低廉、性价比高和运行维护方便等优点，在动态无功补偿装置应用范围内占主导地位，并在稳定增长。

参考文献

[1]卓乐友、董柏林．电力工程电气设计手册电气二次部分. 水利电力出版社．1991

[2]DIMT 584—1995．3～l1O kV电网继电保护装置运行整定规程[S]．

[3]GB 50059-92.35～110kV变电所设计规范

[4] GB 50227-2008 并联电容器装置设计规范

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