靜止型SVC中5次FC濾波的故障分析

摘 要 本文闡述了靜止型SVC中，5次FC濾波支路跳閘頻繁的主要原因，以數據的型式分析了跳閘的實質。對新設計和改擴建SVC裝置具有一定的指導意義，具有一定的實用性。

關鍵詞 TCR +FC2+FC3+FC4+FC5+FC7 FC濾波支路 5次濾波 電容器組 電抗器

一、引言

隨著國民經濟的發展，工礦企業新技術新裝備的引進，企業電力網絡產生了大量的諧波，電壓波動和閃變頻繁，嚴重影響了企業的正常生產，大型靜止型SVC補償器是抑制或消除電網諧波和解決沖擊性負荷引起的電壓波動、閃變較成熟及有效的措施。靜止型SVC是由晶閘管控制觸發的“可調節”電感線圈+2次濾波+3次濾波+4次濾波+5次濾波+7次濾波組成，即：TCR +FC2+FC3+FC4+FC5+FC7。諸多SVC使用單位經常出現FC4、FC5、FC7濾波支路的開關頻繁跳閘，其表現的形式是：FC支路的繼電保護電流速斷動作或過電流動作，復位后再投入，運行1h左右，繼電保護又重復上述動作，造成企業產品質量下降，連續化生產的企業造成間歇停電經濟損失巨大。究其原因，使用單位與設計單位經常因此發生爭執，所以，分析FC濾波支路開關跳閘的根本原因，找到解決FC濾波支路開關跳閘的辦法，無論對正在運行的靜止型SVC裝置，還是對新設計和改擴建的靜止型SVC裝置，具有一定的指導意義，具有一定的實用性。本文以35kV160MVarSVC5次FC濾波支路的具體設計為例，從設計角度，分析FC支路開關跳閘的根本原因，闡述解決FC支路開關頻繁跳閘的辦法。

二、靜止型SVC補償器FC濾波支路開關頻繁跳閘分析

1、靜止型SVC補償器的基本原理

由于頻率主要決定于系統中的有功功率平衡，系統發出的有功功率不足，頻率就會偏低；電壓則主要取決于系統中的無功功率平衡，無功功率不足時，電壓就會偏低。靜止型SVC補償器，就是把具有容性功率的裝置與感性功率的負荷并聯在同一電路中，能量在兩種負荷之間互相交換。這樣，感性功率負荷所需要的無功功率便可由容性功率負荷輸出的無功功率補償，從而起到減小沖擊性負荷引起的系統電壓波動，抑制和消除諧波，提高功率因數，增加設備工作效率的作用。

2、靜止型SVC補償器電氣原理（見圖1）

因此5次諧波濾波的電容器組的容量選擇為61.3MVar。

5次諧波FC濾波的設計

按慣例FC濾波支路的設計：根據GB50227-2008《并聯電容器裝置設計規范》，用于抑制諧波時，串聯于FC濾波支路電抗器的電抗率應根據并聯電容器組接入電網處的背景諧波含量選擇，當諧波5次以上時，電抗率宜取xk%=4.5%～5.0%，一般選用xk%=4.5%的干式空心濾波電抗器，型號為LKGKL-35kV-3.62mH-859.02kVar，兩臺垂直疊置（互感率為自感的50%）；電容器組采用每相8支并聯再4支串聯，即：每相32支型號AAM 6.1 kV -655 kVar -1W交流濾波電容器，歸算容量Qj=3€？2€？.655MVar=62.88MVar≥Q=61.3MVar；采用雙星型并聯中性點不接地系統。

4、對靜止型SVC補償器FC濾波支路開關跳閘分析

跳閘時的生產背景：①100t、80t電弧爐處于熔化期，40t電弧爐處于初熔期，其余精煉爐都處于冶煉期；②100t、40t電弧爐處于熔化期，80t電弧爐處于初熔期，其余精煉爐都處于冶煉期；③100t、80t、40t電弧爐處于熔化期，其余精煉爐都處于冶煉期。

跳閘時靜止型SVC補償器的狀態：跟蹤觸發晶閘管組導通電流不大于7.5A，①②兩種情況時，5次FC濾波支路過電流動作保護跳閘，③情況時，5次FC濾波支路電流速斷動作保護跳閘。

基于上述情況，①、②兩種情況，由于大容量的波動性負荷100t、80t、40t電弧爐處于熔化期，無功波動量很大，相對應的產生5次諧波的數值已經超過變壓器制造商給定的數值，即：表1所列的數值，精煉爐處于正常的工作狀態，超過表1給定值的概率很小，此時，5次濾波支路需要濾波的容量已超過其所能夠承擔量，可見，產生5次諧波電流大于設計數值和過電流保護整定值，從而過電流保護動作而跳閘；③的情況，由于100t、80t、40t電弧爐同時處于熔化期，精煉爐處于正常的工作狀態，同樣道理，產生5次諧波電流遠大于設計數值、達到了電流速斷保護整定值，從而電流速斷保護保護動作而跳閘。其主要原因是：電弧爐在熔化期經常150%過負荷，因此，產生的5次諧波電流也接近額定值的150%，按慣例設計時沒有給出裕度；另一方面，5次諧波支路串聯濾波電抗器，電抗率xk%=4.5%，它本身也是一個感性無功，消耗掉諧波支路所要濾波的4.5%的容性補償，所以5次諧波FC濾波支路所能承載的5次諧波感性無功功率只有（1-4.5%）Qj。得出結論：按慣例設計的5次諧波FC濾波器偏小，且設計不合理。

三、靜止型SVC補償器FC濾波支路開關跳閘的解決辦法

針對上述分析，要解決5次諧波支路過電流和電流速斷跳閘，只能從設計角度來解決。可以采用如下設計方法：

①將大容量的波動性負荷100t、80t、40t電弧爐等的5次諧波電流按運行中出現的最大值進行設計，因電弧爐在冶煉過程中，在熔化段經常150%過負荷，而且持續時間長達0.5h之多，即：額定5次諧波電流乘以150%進行疊加計算，再乘以一個

再按上述數據選擇電抗器和電容器組；

②根據5次諧波電流的額定數值進行計算總的諧波電流容量，再乘以經驗系數，此系數是將波動性較大的負荷占總負荷50%以上按120%過載，再與波動性不大的負荷負載率系數0.85之積，即：K=1.2€？.85=1.02，進行諧波容量計算，再將濾波電抗器的“損失容量”歸算到電容器組：

根據計算數據選擇電抗器和電容器組。此種方法是具備一定的運行經驗才可使用，計算的數據更接近實際運行情況。

無論采用上述哪種辦法，經過仿真實驗都得到了驗證是切實可行的，同時，經過實地測試數據，電網的諧波電流含量也達到了①中的數值，避免了原設計的不合理因素，能夠很好地解決5次濾波支路因過電流、電流速斷保護動作出現的開關跳閘故障。

四、結語

某重型機械集團110/35kV變電站設計時，為了解決煉鋼廠大型煉鋼電弧爐、精煉爐等波動性負荷產生的諧波，嚴重影響生產的正常進行，引進了一套35kV160MVar大型靜止型SVC補償器，運行過程中出現了上述故障。其原因是：4、5次諧波FC濾波器按慣例設計的濾波容量偏小，且設計方法不符合理論依據。類似的實例在其他企業無功補償濾波改造中也時有發生，不僅嚴重影響了電網的電能質量的提高和供電的可靠性，而且嚴重影響了企業的正常生產。雖然無功補償濾波產品技術和制造技術正在日益發展，但是，對無功補償濾波裝置的故障分析、剖析其故障機理、找出解決辦法是各個生產型企業和電力運行企業的當務之急。類似的故障在實際解決時，會產生較大的改造投資，但與影響生產造成的經濟損失相比，還是有一定的積極意義的。尤其對新設計和改擴建SVC裝置具有一定的指導意義，本文雖然對一些故障進行了剖析，但在無功補償濾波技術上和理論上還有諸多不足之處，尤其在對晶閘管投切的動態無功補償濾波裝置的故障和解決辦法上，有很大的研究空間需要進一步工作。

參考文獻：

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