靜止無功補償發生器在變電站的運行分析

高頌九

（鄞州供電局，浙江 鄞州 315020）

1 SVG應用背景

鄞州區面積1346 km2，2010年電網最高負荷1200 MW，售電量63.5億kWh，負荷年增長率15%以上。在全區27450個工業用戶中，有重大諧波產生可能的冶煉及壓延加工企業273個，年用電量為6.2339億kWh，達總用電量的10%左右，比例還是相當高的。

2008年10月30日，位于鄞州集中了大量冶煉企業區域的110 kV錢岙變電站1號主變壓器投產，該變電站10 kVⅠ段母線上的1號和3號常規并聯補償電容器裝置在投產當日晚間即有多個電容器的熔斷器熔絲燒毀，造成電容器開關柜開口三角電壓保護動作而跳閘。更換熔絲重新投運后，又出現類似情況，致使電容器開關柜無法正常投運。由于該變電站未安裝故障錄波儀，也沒有安裝諧波在線監測裝置，因此無法確認熔絲燒毀的確切原因。根據該區域周邊存在諧波企業的事實，懷疑錢岙變電站的負荷存在諧波超標問題，并于2008年11月3日會同廠方技術人員對10 kVⅠ段母線進行現場諧波實際測量，測量結果表明22∶00后110 kV錢岙變電站的10 kVⅠ段母線諧波嚴重超標。

研究表明，根據并聯電容器裝置的阻抗與系統阻抗組合的不同比例，電容器裝置對諧波有放大或抑制作用。如果使用常規并聯電容器裝置（未考慮諧波影響），因在電抗器配置時僅考慮防止涌流，電抗率一般選0.1%～1%，這種配置將對諧波有放大作用，嚴重時會引起系統諧振，這也是導致錢岙變電站并聯電容器熔絲熔斷[1]的原因。

由于靜止無功補償發生器（SVG）既能動態補償無功、又能補償諧波[2-5]，因此，鄞州供電局選擇SVG先對110 kV錢岙變電站10 kVⅡ段母線進行無功補償和諧波治理，對10 kVⅠ段母線的諧波治理留待Ⅱ段母線治理見效后再作考慮。表1為110 kV錢岙變電站電容器裝置的配置參數。

2 SVG選擇

110 kV錢岙變電站10 kV側短路容量小方式下為220 MVA，根據國家標準GB/T 14549-93《電能質量 公用電網諧波》中的折算公式，其允許的諧波電流值應放大2.2倍。表2為晚間負荷高峰時在錢岙變電站2號主變壓器10 kV側實測的諧波電流數值，此時1號、2號主變壓器分列運行，2號、4號電容器均未投運，此時檢測出來的諧波電流為負荷的實際諧波電流。表中為未超標，×為超標。

從表2可以看出，在實測當時，主變壓器負載率約50%的情況下，5次諧波和7次諧波超標，其他合格。實際上，在錢岙變電站雖然有一定的諧波量，但并不嚴重，導致諧波超標嚴重的原因是常規并聯電容器的存在使諧波放大，而隨著負荷的增加，諧波電流的總量也增加，二者共同作用，使流過普通電容器的電流過大，最終使并聯電容器燒毀。所以，采用SVG并不會放大諧波，卻可以根據需要來發出諧波以消除諧波負荷，并使無功得到補償。根據無功需求和諧波分析，與廠家協商后，錢岙變電站2號電容器裝置選擇容量為3 Mvar的SVG裝置。

3 電流互感器及諧波儀安裝

SVG采樣電流互感器（TA）的安裝位置有兩種：安裝于網側，即主變壓器10 kV側，采樣電流為系統電流；另一種是安裝于負荷側，采樣電流為負荷電流。當安裝于網側時，SVG會根據該采集點實際采集到的諧波值，即系統中剩余的諧波電流，加上SVG補償發出的諧波電流后，計算并顯示負荷側諧波電流。安裝于負荷側時，在采集點采集到的諧波電流就是實際的負荷諧波電流，并據此來發出諧波補償電流，系統中剩余多少諧波電流無法檢測，如果靠計算，則忽略電容器的放大因素。同時，安裝在負荷側就只能檢測一路負荷的諧波電流，若要檢測和補償母線上的負荷諧波，只能安裝在網側。安裝在網側時，須注意在諧波未全額補償時，SVG顯示的負荷側諧波是通過計算獲得的，實際上已包含該段母線上常規并聯電容器放大后的諧波電流，實際負荷中的諧波電流要比SVG計算出來的小。

由于SVG在鄞州供電局是初次應用，運行經驗不足。為了能對SVG的運行情況進行實時在線監控，掌握并研究SVG運行數據，在SVG與10 kV母線連接處的TA上安裝了以色列產的G4諧波在線監測儀。通過對諧波監測儀數據的分析，可以更清晰地了解SVG發出的諧波電流、無

表1 110 kV錢岙變電站電容器配置

表2 110 kV錢岙變電站2號主變壓器10 kV側諧波電流數值及超標情況

功電流、有效電流、母線諧波電壓畸變率等情況。

4 運行狀態及分析

用SVG進行諧波電流補償時，其諧波補償容量受到雙重限制：

（1）在實際諧波補償過程中，補償諧波電流受調幅系數限制，其最大補償電流為：

式中：Kh為調幅系數（取值0～4）；In為n次諧波電流；IN為SVG額定電流（錢岙變電站的SVG額定電流為165 A）；n為諧波次數。例如，對于5次、7次諧波，在調幅系數取2的時候，其最大補償電流分別為 I5=2×165×（1/5）=66 A，I7=2×165×（1/7）=47 A。

（2）SVG補償時優先補償基波無功功率，剩下的容量再補償諧波；也可以事先分配好無功補償容量和諧波補償容量，但這種方式有可能會浪費部分無功補償容量（在不需要進行諧波補償時，由于事前已經進行容量分配設置，無功補償容量被設置了限值）。也就是說，各次諧波的補償電流既受調幅系數的限制，也受無功分配容量的限制。

4.1 無功補償容量1 Mvar、調幅系數1.0

在SVG剛投入運行時，選擇運行模式是無功補償容量1 Mvar，調幅系數1.0，補償5次和7次諧波。表3為無功補償容量1 Mvar及調幅系數1.0時的系統諧波數值（晚間，4號電容未投運）。

表3 無功補償容量1 Mvar、調幅系數1.0時的系統諧波值

此時SVG對5次諧波的最大補償電流是32 A、7次諧波的最大補償電流是23 A，當負荷諧波電流超過此限額時，SVG的補償電流維持不變，而低于此數值時，SVG對諧波電流進行全額動態補償。即SVG的諧波補償電流受到了調幅系數的限制，I5=1.0×165×（1/5）=33 A，I7=1.0×165×（1/7）=23.6 A。

經過補償之后，系統依然存在較大諧波電流，如5次諧波電流達55.7 A，仍然超標，此時系統的10 kV母線電壓畸變率最大約為4%，勉強達到4%以內的要求。

4.2 無功補償容量1 Mvar、調幅系數1.8

運行數據表明，SVG對諧波電流并未全額補償，而且5次諧波電流還處于未達標狀態，其原因是已達到調幅的限額。通常，總是希望能濾去更多的諧波，至少使諧波電流和諧波電壓畸變率符合要求。為此，將運行方式設置為無功容量1 Mvar和調幅系數1.8，運行情況如表4所示（4號電容器未投運）。

此時SVG的5次、7次諧波補償電流分別為59.7 A和42.9 A，系統剩余諧波電流全部符合要求，母線電壓畸變率也在2%以內，符合要求。諧波儀檢測到的情況也表明：SVG發出的諧波電流為73 A、基波電流為63 A，母線諧波電壓畸變率在2%以內。

但補償諧波電流仍受調幅系數限制，即I5=1.8×165×（1/5）=59.4 A， I7=1.8×165×（1/7）=42.4 A， I諧波=73 A。

雖然理論上通過增加調幅系數，并在足夠的分配容量情況下，可以進一步增加SVG發出的諧波補償電流，使流入系統的諧波電流進一步減少，但事實上，在調幅系數為1.8的情況下，容易導致功率模塊燒壞，說明已達到了諧波補償能力的限值。設備生產廠家也認為調幅系數在1.5以內較為安全。據此分析，SVG的最大諧波補償能力為 I5＝1.5×165×（1/5）＝49.5 A， I7＝1.5×165×（1/7）＝35.36 A， 可補償的諧波電流＝60.8 A，約占SVG額定電流165 A的38%。

表4 無功補償容量1 Mvar、調幅系數1.8時的系統諧波值（晚間）

在調幅系數為1.5，2號主變壓器負載率為50%、且4號電容器未投運情況下，諧波治理已能滿足國標要求， I5剩余＝73-49.5＝23.5≤44 A， I7剩余＝43-35.25＝7.75≤33 A。但這與理想的諧波補償容量仍有很大差距。這也再次說明，SVG適宜以無功動態補償為主，諧波補償為輔，如需要更多的諧波補償，建議選用有源濾波裝置APF。

如果SVG僅能補償上述諧波容量，則當2號主變壓器負荷增大時，電能質量將達不到要求，4號電容器也會進一步放大剩余的諧波電流，特別是當2號主變壓器滿載時，負荷側5次諧波電流I5＝146-49.5＝96.5 A，不但大大超出國標要求，并且在4號電容器投運時，系統側諧波電流和流過并聯電容器的諧波電流將進一步放大，不僅使電能質量惡化，還會導致4號電容器燒毀。因此需要繼續與廠方協商，對SVG進行改良，使其諧波補償能力達到最大容量，而在當前情況下，在2號主變壓器容量超過50%時，必須加強對4號電容器運行狀態的監控，避免電容器燒毀。

5 結語

實際運行表明，SVG主要適合用于無功動態補償，兼顧少量的諧波補償。進行諧波補償時，只能補償低頻次的諧波，且補償能力僅為SVG額定容量的1/3左右，此時運行效果較好。如果在諧波含量較大的場合，可采用有源濾波裝置APF進行諧波治理，或有源濾波裝置APF與具備諧波抑制能力的并聯電容器裝置（選擇合適的電抗率）聯合應用更好；如果諧波頻率較少（3種以內），則可利用無源濾波，或SVG與無源濾波的組合。此外還有其他的組合方式，主要是利用最為經濟合理的手段，達到無功補償和諧波治理的目的。但是，在設備類型和組合方式選擇時，必須充分考慮和驗證不同運行方式、不同投切方式對設備和電能質量的影響，應該讓各類投切方式均能夠適應各種運行方式，至少在各種運行方式下，保證設備的投切不會造成設備本身損壞或電能質量進一步惡化，從而使電網運行方式的安排更為靈活、安全、可靠。

[1] 何颋，傅光祖.10 kV電容器組熔絲群爆分析[J].電力電容器與無功補償，2008（6）∶57-59.

[2] 陳強，黎小彬.SVG無功補償與諧波治理裝置的工程應用[J].福建電力與電工，2008（12）∶50-53.

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