提高南昆線SVC裝置運(yùn)行穩(wěn)定性的措施

黎世春

（南寧鐵路局機(jī)務(wù)處，工程師，廣西 南寧 530003）

2004年11月以來，南昆線百色等5個(gè)變電所共加裝9套TCR型靜止無功補(bǔ)償器（簡稱SVC裝置），顯著提高了南昆線的牽引供電能力。但同時(shí)也多次發(fā)生高壓電纜終端擊穿、晶閘管大面積擊穿、真空斷路器滅弧室燒毀等故障，對運(yùn)輸能力及功率因數(shù)影響很大。截至2007年1月底，南昆線SVC裝置出現(xiàn)的各種故障累計(jì)造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)50余萬元。如因SVC裝置故障而退出運(yùn)行，將直接影響南昆線百威段供電能力，間接影響南昆線運(yùn)輸秩序，由此造成的間接運(yùn)輸損失達(dá)數(shù)百萬元。為此，經(jīng)對SVC裝置存在的缺陷進(jìn)行攻關(guān)，采取有力措施，增強(qiáng)了SVC運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少了對運(yùn)輸?shù)母蓴_。

1 SVC裝置工作原理

SVC裝置由光電觸發(fā)控制系統(tǒng)、閥控系統(tǒng)、主電抗器及保護(hù)元件等單元組成。設(shè)濾波器FC提供固定的容性無功功率QC，補(bǔ)償電抗器提供感性無功功率QTCR，C為常數(shù)，QN為系統(tǒng)無功功率，QV為負(fù)荷無功功率。只要能做到QN=QV-QC+QTCR=C就能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)等于常數(shù)，電網(wǎng)電壓幾乎不波動(dòng)。SVC裝置通過控制TCR支路中可控硅的觸發(fā)相角，來改變流經(jīng)電抗器支路的電流，從而得到不同的無功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。SVC裝置原理如圖1所示。

2 SVC裝置運(yùn)行存在的主要問題

2.1 變電所系統(tǒng)諧振 南昆線田林、冊亨SVC設(shè)備在運(yùn)行初期，多次出現(xiàn)主變、電抗器、電容等設(shè)備異響的情況，造成SVC裝置擊穿保護(hù)跳閘及其他設(shè)備損壞。經(jīng)過檢測確認(rèn)，在上述變電所SVC裝置滿額定補(bǔ)償容量投運(yùn)及特定負(fù)荷作用條件下，牽引變電所呈現(xiàn)的阻抗與上級的系統(tǒng)電抗發(fā)生了系統(tǒng)諧振。

2.2 變電所接地網(wǎng)不良 該問題主要存在于田林變電所。該變電所接地網(wǎng)老化腐蝕嚴(yán)重，實(shí)地檢查發(fā)現(xiàn)，部分室外接地端子與高壓室接地點(diǎn)存在電壓差（最高可達(dá)67 V），對SVC控制柜的脈沖發(fā)生器及其他控制插件零電位造成沖擊，使SVC裝置因觸發(fā)脈沖受到干擾而跳閘。在跳閘過程中，又由于斷路器開斷容性電流能力不足易產(chǎn)生過電壓，多次造成晶閘管擊穿。

2.3 真空斷路器滅弧室重燃 研究表明，在實(shí)際投切SVC電容組過程中，真空斷路器存在開斷后重燃問題，運(yùn)行中易造成事故〔1〕。而南昆線牽引變電所大量采用真空斷路器作為SVC電容器組斷路器。自2005年以來多次發(fā)生滅弧室重燃，產(chǎn)生的過電壓直接造成斷路器本體滅弧室燒毀、SVC裝置晶閘管擊穿等故障。真空斷路器投切電容器時(shí)產(chǎn)生的過電壓有2種：一是切除電容器時(shí)，真空斷路器發(fā)生重燃產(chǎn)生的過電壓；二是真空斷路器合閘時(shí)產(chǎn)生的過電壓。

第一種暫態(tài)過電壓是由于斷路器發(fā)生重燃時(shí)，電容器上的初始電壓極性與系統(tǒng)電壓極性相反，從而在暫態(tài)過程中可能產(chǎn)生3倍以上的過電壓。這種過電壓對電容器的危害最嚴(yán)重。

第二種暫態(tài)過電壓的產(chǎn)生主要是由于電容上的電壓不能突變，合閘時(shí)系統(tǒng)電壓迅速下降，產(chǎn)生暫態(tài)振蕩過程，最后達(dá)到穩(wěn)定。這個(gè)暫態(tài)過程產(chǎn)生的過電壓與合閘時(shí)間有關(guān)，最高不會超過2倍的系統(tǒng)電壓。

南昆線真空斷路器投切電容器產(chǎn)生的過電壓主要是第一種情況。

2.4 SVC裝置頻繁誤跳閘 當(dāng)變電所外部接觸網(wǎng)線路出現(xiàn)短路故障并自動(dòng)跳閘時(shí)，所內(nèi)的母線電壓瞬間波動(dòng)，對控制系統(tǒng)同步信號及觸發(fā)脈沖造成干擾，SVC裝置控制系統(tǒng)自動(dòng)給出“丟脈沖、丟同步”跳閘信號，造成SVC裝置頻繁出現(xiàn)誤跳閘。

3 采取的措施

3.1 修改控制程序 為使SVC控制器具備自動(dòng)停止觸發(fā)脈沖、閉鎖TCR支路、動(dòng)態(tài)改變系統(tǒng)參數(shù)的功能，必須修改SVC裝置控制程序，以消除系統(tǒng)諧振。若發(fā)生諧振，控制程序則自動(dòng)停止脈沖柜觸發(fā)脈沖、關(guān)斷晶閘管退出TCR回路，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)破壞系統(tǒng)諧振參數(shù)來自動(dòng)消除諧振。

南昆線運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，通過FC支路減容運(yùn)行也可以減少系統(tǒng)發(fā)生諧振的機(jī)率。在保證變電所功率因數(shù)及接觸網(wǎng)電壓正常水平的情況下，將部分牽引變電所SVC裝置的5次濾波電容支路退出運(yùn)行。

3.2 改善變電所設(shè)備接地回流 要消除接地網(wǎng)不良造成的干擾，主要是減少地網(wǎng)回流對脈沖柜脈沖發(fā)生器的干擾。通過檢測田林變電所地網(wǎng)回流，找出回流不良地點(diǎn)，用電纜短接變電所室外設(shè)備接地點(diǎn)，并接入主變低壓側(cè)回流母線，以減少室內(nèi)外各點(diǎn)接地端子之間存在的電位差，降低脈沖發(fā)生器接地端與室外各接地點(diǎn)的電位差，從而消除接地不良對控制系統(tǒng)的干擾。

對田林變電所實(shí)地檢測顯示，SVC裝置脈沖發(fā)生器的接地點(diǎn)（高壓室）與室外一次設(shè)備地網(wǎng)各接地點(diǎn)存在的電位差，在地網(wǎng)改造以前最高達(dá)67.3 V；用電纜臨時(shí)短接后平均值降低至2 V以下。2007年11月，田林變電所地網(wǎng)改造完成后，該值降低至0.2 V以下。

3.3 將真空斷路器更換為SF6斷路器 南昆線SVC裝置采用的真空斷路器有2種，其額定開斷電容器組電流分別為400 A和200 A。目前，6～10 kV電壓等級電容器組斷路器主要采用少油斷路器和真空斷路器，而35 kV電容器組大多采用SF6斷路器〔2〕。由于SF6斷路器比真空斷路器更適用于并聯(lián)電容裝置的投切，在切斷容性電流過程中不會產(chǎn)生重?fù)舸?，對所產(chǎn)生的峰值過電壓具有抑制作用。因此，南昆線牽引變電所自換用了滅弧性能更好的單相27.5 kV SF6斷路器，徹底解決了真空斷路器滅弧室重燃的問題。

3.4 在SVC控制器中增加低電壓控制邏輯 在修改后的SVC控制器中添加低電壓控制邏輯，可用于嚴(yán)重低電壓的情況，例如發(fā)生短路時(shí)，閉鎖SVC〔3〕。為此，在SVC裝置保護(hù)控制程序中，增加饋線短路時(shí)的低壓控制邏輯。根據(jù)饋線斷路器故障跳閘2 s后自動(dòng)重合閘的特點(diǎn)，若控制系統(tǒng)2 s內(nèi)檢測到低電壓信號，則自動(dòng)停止觸發(fā)脈沖、延時(shí)給出跳閘指令。若在規(guī)定延時(shí)內(nèi)電壓信號恢復(fù)正常，則控制系統(tǒng)不發(fā)跳閘指令。

同時(shí)，對電容器組保護(hù)整定進(jìn)行調(diào)整。將電容器組低壓保護(hù)的時(shí)限調(diào)整為0.3～0.5 s，也可以避免在饋線斷路器跳閘的時(shí)間內(nèi)（一般為50 ms左右）出現(xiàn)SVC低電壓跳閘。

4 結(jié)束語

實(shí)施上述措施后，南昆線SVC裝置運(yùn)行狀況明顯趨于穩(wěn)定，有效解決了高壓電纜終端擊穿、晶閘管大面積擊穿等問題，為大容量供電SVC裝置的運(yùn)行、檢修管理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，有力地保障了南昆線的正常運(yùn)輸秩序。2007年南昆線因SVC裝置故障退出運(yùn)行發(fā)出的運(yùn)輸限車令僅為5次，比2006年全年減少9次；運(yùn)行時(shí)間較2006年增加684 h（28.5 d），累計(jì)產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)570余萬元，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

〔1〕（美）Ramasamy Natarajan.電力電容器〔M〕.徐政，譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

〔2〕姜齊榮，謝小榮，陳建業(yè).電力系統(tǒng)并聯(lián)補(bǔ)償——結(jié)構(gòu)、原理、控制與應(yīng)用〔M〕.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

〔3〕（加）馬思爾（Mathur R.M），（印度）瓦馬（Varma R.K）.基于晶閘管的柔性交流輸電控制裝置〔M〕.徐政，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005。