关于SVC运行工况的探讨

【摘 要】500kV超高压系统中，输送容量大，输电线路长。为了补偿大容量500kV主变压器的无功功率损耗及满足电力系统调相、调压的需要，必须设置大容量的无功功率补偿装置。现在500kV变电站中，低压侧都安装了无功补偿装置。用以保持电力系统的功率平衡。本文通过对一次SVC设备运行事件的详细分析，探讨了无功补偿设备在实际运行中需要注意的问题及解决方案。

【关键词】无功补偿；运行工况；SVC

引言

电力系统中无功补偿的作用不再赘述。无功补偿设备在实际运行中的一些工况与冲突成因及解决方案，在这里进行一些探讨，旨在为变电站无功设备运行及维护提供更多信息及资料。

1 SVC设备运行事件的运行介绍

2013年2月，我站在对2号主变新投充电时，在第三次充电过程中，运行的1号主变的TCR跳闸，外接电脑电源，手机充电器全部被烧。

当时运行方式：全站有500kV、220kV、66kV、10 kV四个电压等级，装有两台容量均为100万kVA的三相分体式无载调压自耦变压器。1号主变运行。2号主变准备新投。

500kV采用3/2开关接线方式，4回出线。220kV采用双母线双分段接线方式，6回出线。66kV采用单母线接线方式，供系统就地补偿无功及站用电源，安装有SVC装置。外接10kV元电路作为备用站用电源。SVC 系统采用TCR+FC型式，除控制TCR和5 次滤波器之外，还联合控制66kV 母线上所有的电容器和电抗器。

2 SVC 的基本工作原理

2.1 TCR 的工作原理

晶闸管控制电抗器（英文 Thyristor controlled reactor 缩写为TCR）是静止型动态无功补偿（英文Static Var Compensation 缩写为SVC）装置的主要形式之一，它属于并联补偿。将每相电抗器与晶闸管阀组串联之后，三相连接成三角形接线方式并入电网，就构成了常用的TCR 接线。通过控制晶闸管阀组的导通时间长短，就可以改变与其串联的电抗器中流过的电流（主要是工频基波电流）大小，从而改变电抗器吸收电网的无功功率值。晶闸管阀组导通时间的长短，是由其触发时刻（相角）决定的。对于工频电压来说，晶闸管触发相角的理论值为90 度（el 电角度，如无特别说明，以下的度，均代表电角度）直到180度，与其相对应的晶闸管的导通角为180 度直到0度。或者换句话说，晶闸管在理论上可以被控制的导通时间为0到10毫秒（对应50Hz），或者0到8.33 毫秒（对应60Hz）。

2.2 SVC 的工作原理

一般情况下，TCR 并不单独工作，它总是与固定电容器组或滤波器组（FC）一起构成一个完整的SVC 装置。FC负责向系统提供容性无功，以补偿负荷的无功消耗。通常希望FC 提供的无功略大于负荷实际需要的无功，多出来的一些容性无功就由TCR 来吸收，保证电源系统不再向负荷提供任何无功。当负荷无功发生变动的时候，TCR 根据一定的控制策略，会及时调整其无功容量，适应负荷无功的变动，始终保持电源系统提供的无功功率为零（功率因数控制），或者保证电源系统供电电压维持在规定的范围内（电压控制）。

3 事件现象及原因分析

2013年2月1日，500kV 变电站2#主变充电，在第三次充电过程中，1#主变的TCR跳闸，SVC监控后台发出 “A、B系统同步电压异常”、“SVC跳闸” 告警及跳闸信号

SVC的工作原理是相控，相控正常工作的前提是系统电压对称。当系统电压出现异常时，控制系统无法准确锁相，为保护一次设备的安全，控制系统在检测出同步电压异常时，延迟一段时间后闭锁脉冲并分开TCR支路。

根据告警信息，本次TCR跳闸是因为同步电压异常，本工程的同步电压即66kV母线电压。下面对跳闸前后66kV母线电压的录波进行分析。

3.1 波形分析

由告警信息看出，在TCR跳闸前后都有故障录波，首先选择第二次冲击主变分闸时刻的波形：此时三相电压是对称的，并且几乎没有谐波，TCR脉冲控制正常。

第三次冲击主变合闸的录波：此时66kV电压已经有了畸变，通过对其进行傅里叶分解，有大量的4次谐波电压存在。

第三次冲击主变过程中，TCR跳开时刻的波形：此时66kV母线电压已经畸变非常严重，这就导致无法锁相，所以控制系统报“同步电压异常”，并动作于TCR跳闸。

为进一步说明跳闸时刻前后，晶闸管脉冲的闭锁情况和开关动作情况，对该时刻1.5s时间内的完整录波进行分析：先是脉冲闭锁，紧接着TCR开关跳闸，开关跳闸之后，66kV母线电压仍然是出于严重畸变的，说明在TCR跳开后的一段时间内，涌流还没有消失。

选择涌流已经结束时刻的波形：可以看出，在涌流结束后，66kV母线电压恢复正常。

3.2 变电站故障录波器录波分析

前三次冲击的时候，故障录波器的录波跟SVC控制系统自带的录波分析结果一致。第四次冲击因为SVC已经退出运行，所以对故障录波器在第四次的冲击过程的录波进行分析。

1#主变66kV运行工况：根据SVC后台事件记录，在第四次冲击主变的时候（21：40：15）， 5次滤波器在运行状态，TCR开关分闸，站用变在运行。5次滤波器直到（21：45）左右才分闸，电抗器直到（21：52）左右才合闸。

1#主变低压侧分支电流：在第四次冲击主变开始后3秒内，该分支电流呈现明显的正弦；3秒之后从录波图上可以看出4次谐波电流开始增加。

通过本次录波可以看出，在500Kv 变电站当前运行方式下，4次谐波畸变并不是2#主变合闸瞬间就出现的，而是在合闸后一段时间内，4次谐波出现。

在电网中邻近的并联或串联变压器之间，已经工作的变压器由于其他变压器的合闸可能会产生涌流的现象，称为和应涌流现象。

在2#主变投运过程中，1#主变是正常带负荷运行。根据66kV跳闸时刻的录波可以判断，在跳闸前后1#主变出现了和应涌流现象。

4 结论与建议

以上分析对无功补偿装置在超高压系统中的运行有着普遍意义。当一台主变运行，另一台主变新投或检修后合闸过程中，由于合闸涌流的不确定性，会造成低压侧运行的SVC保护动作而跳闸。还会在站用系统中产生瞬时谐波高压，烧坏外接设备。

因此，建议在变电站实际操作维护中，当一台主变运行，另一台主变新投或检修后合闸过程中，应先退出另一套运行主变低压侧的TCR支路，待两台主变都正常带负荷时，恢复另一套的TCR。这样就能够有效避免主变在冲击合闸中出现的和应涌流对无功补偿装置造成的影响。另外，在验收SVC系统时，要求厂家进一步完善该装置的运行维护手册。

5 结语

现今，500kV超高压系统变电站无功补偿设备种类繁多，发展迅速。选择和运用也突飞猛进。然而，在快速发展中，由于试验环境的局限性和电网实际情况的复杂性，无功补偿装置的运用、维护和操作还在进一步完善中。只有在实际电网系统中，发现问题，解决问题。才能将新型电气设备更好的应用和完善。推进新技术、新科技的不断向前发展。

参考文献：

[1]变电运行现场技术问答（第二版）北京：中国电力出版社，2010.5.

[2]国家电网公司.《国家电网公司生产技能人员职业能力培训通用教材》北京：中国电力出版社，2010.8.

[3]南京南瑞继保电气有限公司SVC工程运行人员手册-UAPC版，2011.8.