静止无功补偿装置(SVS)系统设备选型及布置浅析.pdf

静 止 无 功 补 偿 装 置(SVS)系 统 设 备 选 型 及 布 置 浅 析 丁晓飞 (西南电力设计院,四川 成都 610021) 摘 要:简要介绍了静止无功补偿系统的组成情况、 在电网中的作用,并对其连接方式进行了简单说明。最后,对SVS 在变电站内的布局进行了讨论和总结。 关键词:静止无功补偿系统;系统设计 Abstract : The composition of SVS(Static Var System)and its e ffect in power gird are introduced in brief , and its connection types are explained briefly. At last , the layout of S VS in the substation is discussed and summarized. Key words: S VS; system design 中图分类号:TM71413 文献标识码:A 文章编号:1003 - 6954(2007)增- 0048 - 02 静止无功补偿装置(Static Var System ,简称SVS) 是灵活交流输电系统(FACTS)的一种比较成熟的无 功补偿技术和设备,具有快速、 动态的电压无功调节 能力。在高电压长距离交流输电系统中,采用SVS 无功补偿,可以改变系统的等效波阻抗及输电线路的 等效自然功率,提高系统的传输功率极限,改善系统 的暂态稳定,并能提供系统附加阻尼有效抑制系统的 低频振荡。 中国SVS装置在500 kV电力系统中的应用还处 于起步阶段,对SVS在电气一次设计方面进行分析, 可以为后续工程的设计提供参考和借鉴。 1 SVS装置的结构形式选择 111 SVS装置的组件 SVS主要由以下的两个或多个部分组成。 (1)晶闸管控制电抗器(TCR):并联连接的晶闸 管控制的电抗器,通过对晶闸管阀导通角的控制,其 有效电抗可以连续变化。 (2)晶闸管投切电容器(TSC):并联连接的晶闸 管投切的电容器,通过控制晶闸管阀的导通与关断, 其有效容抗可以阶梯型变化。 (3)晶闸管投切电抗器(TSR):并联联接的、 晶闸 管投切的电抗器,通过控制晶闸管阀的导通与关断, 其有效电抗可以阶梯型变化。 (4)固定式机械投切并联电容器(MSC) :与电网 并联,由机械开关与电容器组串连组成,串联有阻尼 电抗器。 (5)固定式机械投切并联电抗器(MSR) :与电网 并联,由机械开关与电抗器串连组成。 (6)滤波电容器(FC):由电容器、 电抗器、 电阻器 适当组合而成的并联装置,兼有无功补偿、 滤波和调 压功能。 其中TCR是SVS最重要的组成部件,每相TCR 由一对反并联的晶闸管阀及线性空心电抗器串联组 成,晶闸管触发角的可控范围是90 180,当触发角 为90 时,晶闸管全导通,TCR中的电流为正弦波,当 触发角在90 到180 之间时,TCR中的电流呈非连续 脉冲,当触发角为180 时电流减小到零。因而改变触 发角就能改变电抗器吸收的无功功率。TCR三相采 用三角形连接,可以防止3倍数次谐波渗入输电系 统。电抗器分成两部分,串接于晶闸管阀两侧,可有 效限制阀组的故障电流的上升率,保护阀组。 TSR是TCR的一个特例,它的晶闸管阀没有采 用变触发角控制,只有全导通或全关断两种状态。 TSR的优点在于能保证为系统迅速提供感性无功。 当需要提供一个大容量的感性无功时,通常采用TCR + TSR的方式,这样可大大减小SVS的损耗及谐波含 量。 TS由一对反并联的晶闸管阀、 电容器及限流电 8 第30卷增刊 2007年09月 四 川 电 力 技 术 Sichuan E lectric Power T echn ology V ol.30 ,Supplement Sep. ,2007 C 4 抗器串联组成。同TSR一样,它的晶闸管阀没有采 用变触发角控制,也只有全导通或全关断两种状态。 用晶闸管代替普通有接点的开关的优点在于,投切的 过程没有冲击电流及过电压、 电容器的接入是在晶闸 管两端电压过零瞬间完成,而电容器的切断是在由晶 闸管电流过零时完成,这样电容器可任意频繁投切, 在电容器回路中还串有一电抗,它既可限制放电电流 又能防止电容器产生某些次谐波谐振。 图1 TCR及TSR的形式 (a)为Y形连接(b)为三角形连接 图2 TSC的两种结构形式 112 装设SVS装置的目的 变电站装设SVS装置主要有以下几个目的。 (1)实现稳态电压控制。 (2)提高电压稳定性:增加受制于受端电压过低 的电网输电容量。在出现由故障或甩负荷引起的系 统扰动后,使母线电压恢复正常。 (3)提高系统稳定性:提高受到发电机或机组之 间的动态稳定限制的输电容量。在这些情况下的输 电容量可能受到某些母线电压偏移的限制,SVS的作 用可以将电压偏移限制到可接受的数值。 ( )阻尼功率振荡 在距离SVS比较近的电网 中,精确调节SVS的参考电压也可能会增大扰动后 电力系统功率振荡的总阻尼,这种振荡频率通常在 0. 2到2.0 Hz的范围内。对该部分电网的功率或频 率进行测量、 组合,并馈入附加控制功能,使其产生调 制输出,在振荡的频率范围内对增益和相移进行优 化。 (5)可变负荷的快速补偿:发出或吸收无功以抵 消某些负荷对电压的影响,这种负荷对有功和无功的 需求是相间平衡的,但会随时发生变化(如轧钢厂的 换流供电驱动)。 (6)功率因数的快速校正:发出和吸收无功以满 足某个负荷或某组负荷的特殊需要,或者用于抵消发 生闪变的负荷。 (7)不平衡的校正:发出和吸收相间不对称的无 功以抵消负荷或系统元件中的负序分量。可以通过 在两相中增加无功负载以补偿另一相的有功负载,从 而平衡相电压。控制非工频影响。 (8)次谐波滤波:SVS不可能消除所有次同步电 流或谐振。但在合理的频率范围内通过适当的控制 响应,可以避免恶化或产生一定的抵消作用。 113 SVS装置的组件选择 目前国内用于电力行业的SVS其主要目的在于 提高系统稳定性。在正常情况下系统电网尽可能多 的储备无功,在电网发生故障时可瞬时释放,提供暂 态无功支持,从而提高输电线路的稳定输送极限。根 据此目的,同时考虑到节省工程的占地面积及节约投 资等方面因素,故内SVS装置推荐采用TCR + FC + MSC的结构形式。 图3 S VS的接线形式 2 SVS的接线形式 SVS的电压等级一般采用35V及以下电压等 级,如需对更高电压等级电网系统(下转第53页) 第30卷增刊 2007年09月 四 川 电 力 技 术 Sichuan E lectric Power T echnology V ol.30 ,Supplement Sep. ,2007 4: k 94 监视。 (4)保护联跳:在TCR支路保护动作于断路器跳闸 时,将同时发出指令使晶闸管阀闭锁,以保护晶闸管阀 免受有害的冲击或损坏。在主变保护动作于35 kV总 断路器跳闸时,也宜同时联跳T CR支路断路器。 4 设计建议和展望 4.1 前期工作 在设计前期工作中,建议进行更深入的系统研 究,并充分与调度、 调试、 运行等部门进行交流和沟 通,确定交流系统的稳态、 暂态、 谐波水平等技术参 数,使SVS控制调节系统的设计能更好地满足系统 要求并发挥作用。 4.2 统一设计 建议在今后工程中逐步向统一设计过渡,即是: 对全站及SVS的控制保护设备统一设计和选型,同 时将SVS监控系统与变电站计算机监控系统的后台 统一,使监视及操作画面统一,以便于运行操作和维 护。设计时需要注意的是,在TCR等支路的控制回 路中需预留与SVS控制保护系统的接口,并考虑增 加TCR合闸闭锁条件,在阀组允许条件下才能投入。 4. 3 运行反馈 从已投运工程情况来看,需要进一步完善和提高 软件系统的功能设计和可靠性以及各种插件或模块 质量,适当增加一些易损件的备品备件数量。 5 结束语 根据已投运的洪沟变SVS工程的控制保护设 计、 施工、 调试、 运行情况,国产SVS产品及其控制保 护系统能安全稳定运行,二次设计的技术方案满足运 行需求。从工程设计角度出发,分析总结了SVS二 次设计的具体方案和经验,并提出了一些设计建议, 为今后SVS工程的控制保护设计提供参考和借鉴。 (收稿日期:2007 - 08 - 15) (上接第49页) 装设SVS,一般选择在变电站内主变 压器第三绕组侧装设,或SVS专用降压变压器低压 侧装设。 SVS采用单母线接线。当SVS接于主变压器第 三绕组侧时,在SVS母线上设置总断路器,同时在 SVS各分支回路上装设断路器以提高SVS的可用率。 3 SVS在变电站内的布置 SVS在变电站内的布置原则上利用主变压器第 三绕组侧无功补偿场地进行布置。晶闸管阀布置于 单独的阀室内,阀室内设置有便于搬运和巡视用的通 道。晶闸管阀放置于阀架上,采用卧式结构,多层布 置。 阀冷却系统可采用液体冷却或空气冷却,当采用 液体冷却时阀组产生的热量通过闭式循环冷却系统 带出室外,经户外冷却塔与空气进行热交换。当采用 空气冷却时,阀组产生的热量经热交换器(如热管)与 室内空气进行热交换,再通过通风系统与室外空气进 行热交换。闭式循环冷却设备布置于阀冷设备间内, 阀冷设备间与阀室相邻布置以节省管道。 电抗器选用干式空芯电抗器,采用户外分相布 置,布置方式采用水平排列或三角形排列; TCR及 TSR电抗器紧靠阀室布置,采用户外分相布置,每相 2台电抗器采用叠装方式,电抗器采用低位布置,装 设有围栏。 电容器采用成套电容器组,分相设置独立的框 架,并设有网栏,网栏与电容器框架间留有维护通道, TSC电容器组靠阀室布置。 SVS设有单独的控制和继电保护室用于布置与 SVS相关的控制和保护设备、 通信设备、 直流分屏、 低 压配电屏,控制和继电保护室与阀室相邻布置并采用 联合建筑,方便运行、 节省电缆。 4 结束语 从工程电气一次设计角度出发,根据已