SVC静态无功补偿装置的原理和应用

1、引言

S V C 全称为静态无功补偿装置即Static Var Compensator ，主要型式有TCR 和TSC 以及两者结合。输配电系统装设SVC 的主要用途是在动态或稳态情况下提供系统电压支持和HVDC 换流站的无功控制，同时也用于阻尼输电系统的功率振荡、平衡系统的三相电压和抑制由于负荷变化引起的波动。一般SVC 装置通过降压变压器对35KV 电压等级进行补偿。

2、SVC 原理概述

2．1 SVC 主接线

图1为220KV 干练变电站SVC 回路主接线示意图，该回路共由三个支路组成，其中包括TCR 支路（即称晶闸管和电抗器组成）的相控支路、三次滤波支路和五次滤波支路。TCR 支路为SVC 中最重要的组成部分，我们可以通过对晶闸管导通关断角大小的控制来改变该回路所输出感性电流的大小从而改变输出的感性无功。由于TCR 支路中所输出的电流包含一定量大小的谐波成分以三、五次为主，因此需要对输出的电流进行必要的滤波从而防止本地电能质量的下降。之所以把TCR 支

SVC 静态无功

补偿装置的原理和应用

沈小平　上海交通大学

路接成三角形也考虑到谐波的问题因为三角形接线可以使三次谐波不向外流出，但实际情况并没有那么理想因此需要三次滤波支路进行必要的滤波。

2．2 TCR 控制原理

我们都知道晶闸管阀导通时，阀两端电压为零，流经阀的电流全部流过TCR 支路。以半个周波为例当触发角为110°时，导通角为70°此时阀两端无压范围角为70°；当触发角165°时，导通角为15°此时阀两端无压范围角为15°；因此当触发角越小导通角越大，由于回路中串有电感，电流大小不能突变，导通角越大时阀导通电流有相对宽裕的范围升高到较大值，当导通角为30°或更小时，阀电流升到较大值的范围小，有时甚至没有升到较大值时阀已截止，即导通角越大电流越大。一般SVC 晶闸管阀正相触发角在110°～165°之间，

负相触发角在290°～345°之间。图2为晶闸管导通关断时电流示意图。

图2

这里必须指出TCR 触发角a 的可控范围是90度到180度。当触发角为90度时，晶闸管全导通，此时TCR 中的电流为连续正弦波形。当触发角从90度变到接近180度时，TCR 中的电流呈非连续脉冲波形，对称分布于正半波和负半波。当触发角低于90度时，将在电流中引入直流分量，从而破坏并联阀正负半波的对称运行。而当触发角为180度时，电流减小到零。为了能保证正负半波对称波形的质量，干练站SVC

图1

装置的TCR 支路的触发角保留一定裕度，触发角的范围为110度至165度。

2．3 SVC 装置控制调节方式

S V C 装置控制调节方式分为两类，一类称为恒无功调节，另一类称为恒电压调节。恒无功调节方式下SVC 装置相当于一台固定容量的抵抗装置如同一般的35KV 电抗器，如要求发30MVAR 的感性无功时，对自动化系统进行设置后即可实行。恒电压调节方式则相应要复杂一些，图3为电压调节方式下调节特性曲线。

图3

图中的折线部分为SVC 的电压电流特性曲线，系统特性的网络端口等效为斜线1、2、3，系统电压为主变220kV 侧电压。

A1点称为参考电压，该点为SVC 的初设运行点。折线A －B 段为SVC 的正常运行范围。假设在初始运行点，系统曲线1与SVC 特性交于A1点，此时SVC 既不发出感性无功，也不发出容性无功。当系统特性变化为上面的一条斜线2时（即系统电压升高），如果没有SVC ，系统电压将为A2’点；如装设了SVC ，通过调节晶闸管触发角，使SVC 吸收无功，系统曲线2将与SVC 特性交于A2点，由图中所示，SVC 减小了系统电压的波动。同样，当系统特性变化为下面的一条斜线3时（即系统电压下降），调节晶闸管触发角使S VC 发出无功，可将系统运行点补偿到A3点。由此可见，通过对SVC 的调节，可使无功量的调整均为平滑调节，且对系统电压的较大波动可起到抑制作用。折线A －C 段表示：当系统电压降到A 点时，TCR 的晶闸管已完全关闭，相当于电抗器退出运行，SVC 特性变为电容器特性，即电容电流与电压成比例，当电压继续下降到C 点时，为防止系统切除故障由电容产生过电压，则必须将电容器也退出，此时三次，五次滤波支路将退出运行。折线B －D 段表示：当系统电压升高到B 点时，TCR 的晶闸管完全导通，相当于电抗器全部投入，如电压继续升高，将切除电容器，则SVC 特性变为电抗特性沿B －D 变

化。在达到D 点时，考虑到电抗器自身的过热能力，需采取立即切除或限制电抗器电流的措施。

在上图中，折线A －B 段的斜率由SVC 控制装置确定，使其能在正常电压范围内，向系统提供适当的无功补偿容量。同时，折线A －B 段斜率和A 、B 、C 、D 各点的电压等将通过系统研究和模拟仿真试验来确定，并针对干练变在系统不同运行方式等情况予以确定。

那么如果动态特性曲线没有斜率的话，为了保持电压为恒定值，若此时系统-负荷线发生了一个小的变化（即SVC 母线看出去的系统等效空载电压从斜线2至斜线3），就会导致SVC 的无功功率从其可控范围的一端跳到另一端，这样SVC 将频繁地达到其无功功率的限制值，若SVC 容量不够时电压控制的有效性就受到相应的限制。当特性曲线加入一定的斜率后，SVC 能在外部交流系统-负荷线作大范围变化时，仍然保持在线性控制范围内。

3、SVC 装置的运行要点

3.1 SVC 运行操作注意事项（以干练站为例）

正常运行方式

由于SVC 装置在投入后会产生奇次高次谐波，其中以3次、5次为主，因此在TCR 支路投入前必须根据实际情况投入相应的3次或5次滤波支路，干练站实际为先投入5次支路然后投入TCR ，3次支路改为自动方式。

非正常运行方式:

1）3次滤波支路和5次滤波支路同时运行;

2）3次滤波支路单独运行;3）5次滤波支路单独运行。TCR 解闭锁逻辑：

1）监控，调节系统无故障；

2）TCR 支路隔离刀，断路器合位,保护未动作；

3）5次滤波支路或3次滤波支路隔离刀，断路器合位，保护未动作。

TCR 合闸允许逻辑：1）监控，调节系统无故障，水冷投入；2）TCR 支路隔离刀，断路器分位,保护未动作；

3）5次滤波支路或3次滤波支路隔离刀，断路器合位，保护未动作。

T CR 联跳逻辑：

TCR 支路不允许单独运行，当5次滤波支路或3次滤波支路退出时，将联跳T CR 支路断路器。

5次或3次支路自动投切原则；

1）5次或3次滤波支路隔离刀为合位；

2）5次或3次滤波支路断路器实行投切电容器时，时限为10分钟；

3）5次或3次滤波支路保护未动作。3.2 SVC 保护跳闸异常处理方法

3次，5次滤波支路电流保护跳闸：检查支路电流记录，确认是否出现超过保护定值的过流，若未出现，应检查对应支路保护单元过流保护是否工作正常，若确实出现过流，应检查一次设备，若熔丝熔断应予以更换，并重新测试电容值，变化应小于2％。

TCR 支路电压保护跳闸：

检查电压记录，确认是否出现低于保护定值的电压，若未出现，应检查对应支路保护单元过压、失压保护是否工作正常，若确实出现异常，应分析产生原因。

TCR 支路过流保护跳闸：

检查支路电流记录，确认是否出现超过保护定值的过流，若未出现，应检查对应支路保护单元过流保护是否工作正常，若确实出现过流，应检查一次设备，重点检查相控电抗器是否出现匝间短路、阀体是否出现短路、控制系统是否工作正常。

水冷系统告警或故障跳TCR ：

检查水冷系统参数是否正常，水冷系统各主要部件是否正常，PLC 控制部分是否工作正常，传感器是否工作正常（对比传感器指示与水冷系统触摸屏幕指示值是否一致）。

单个阀回报异常告警：

尝试复归信号，若可清除该告警，则仅需记录该告警信息，不需做其他处理，若间隔约10秒到60秒后故障再次出现，则应在TCR 检修时检查对应阀的触发、回报光纤是否正常，并更换对应位置的TE 板。

某个阀正反双向回报异常告警：尝试复归信号，若可清除该告警，则仅需记录该告警信息，不需做其他处理，若间隔约10秒到60秒后故障再次出现，则应在TCR 检修时检查对应的阀（数字万用表200k Ω档测试）正反向电阻，若小于10k Ω则说明该阀故障，应通知厂家检修。

S V C 监控系统告警或跳T C R 断路器：

检查监控系统是否工作异常，根据故障指示寻找故障点，排除故障后恢复TCR 投运。

4、SVC 装置的优缺点

优点