SVG设备基本故障类型及解决措施

2022-03-17宁波轨道交通集团有限公司运营分公司

电力设备管理 2022年4期

宁波轨道交通集团有限公司运营分公司虎筱

1 课题来源及背景情况

电机、整流设备在电力系统中负荷量大，在运行过程中需要许多的无功，且输配电网络中线路、变压器会产生许多无用的功，因此会造成系统功率因数下降。相对于系统而言，功率因数越低对供电线路的损耗越大，电压及电压质量也随之降低，供电和输电设备的利用率下降。对电力使用者来说，造成了电费和成本的增加。因此，宁波轨道交通主要通过在主变电所安装SVG 装置以提高输配电功率因数。

截止目前，1号线一期试运营开通已有7年之久，供电系统基本上处于平稳运行状态。但因设备长时间运行，设备慢慢出现老化现象。根据1号线近5年故障汇编，发现SVG 的动态性、稳定性和可靠性不尽人意，个别问题暴露比较频繁。且SVG 设备对行车影响较小，未引起足够重视，对设备原理、元器件结构等多方面存在一知半解的现象。针对以上情况，本课题主要研究SVG 设备原理、结构、基本故障类型及解决措施。

2 研究目的、主要内容及应用价值

本课题以研究SVG 设备结构、原理为基础，总结故障出现的基本类型与频次，分析故障出现的根本原因，找到有效的解决方法及防范措施。同时，组织班组员工、委外技术骨干共同探讨与学习，在遇到故障时，尽可能达到人人理解设备，判断故障大致原因，以此提高变电专业应对SVG 故障的专业性、有效性。

3 SVG 设备基本原理与装置构成

3.1 装置基本原理

SVG 装置是以IGBT 为核心，它采用链式换流器，又称为链式SVG。基本原理就是将自换相桥式电路通过变压器或者电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的，保障电力系统稳定、高效、优质地运行。

其原理接线图如图1所示。

图1 SVG 原理示意图

SVG 在空载、容性和感性运行模式下的电压关系如表1所示。

表1 电压关系

SVG 装置的主电路采用链式逆变器拓扑结构，Y 形连接，10kV 装置每相由12个功率单元串联组成。其电气原理图如图2。

图2 电气原理

3.2 装置结构

SVG 装置主要由五个部分组成：控制柜（1）、功率柜（4）、启动柜（1）、连接电抗器和冷却系统。

3.2.1 控制柜

由控制器、显示操作面板、控制电源、继电器、空气开关等部分组成。控制电源提供DC24V（K3、K4）和DC5V 电源系统，为控制器和继电器操作供电。显示面板包括了液晶屏显示和信号指示灯。操作部分包括启机按钮、停机按钮和复位按钮。空气开关的功能主要提供AC380V（K1）、AC220V（K8）和DC220V（K2）电源。

控制器由1台西门子PLC S7-200CPU 模块、PWS6600触摸屏、QCON 主控制器及远程监控计算机组成，如图3。

图3 控制器组成

Siemens PLC S7-200与QCON 主控制器之间通过串行通信联系。

表2

装置的运行状态：SVG 装置带电时，运行在五种工作状态：待机、充电、运行、跳闸、放电。各状态说明和转换关系详见PPT 介绍。

3.2.2 功率柜

功率柜的主要组件是功率单元（又称为链节）。功率柜每相12个链节，共36个链节。功率单元的直流电容选用薄膜电力电容。考虑到串联功率单元电容器的均压问题，设计中采用功率电阻和开关串联的方式进行放电，不但可以实现均压，而且在输入开关断开后，可以给直流电容放电，避免人身伤害事故的发生。电子旁路回路采用进口IGBT 器件，动作迅速且可靠，保证了功率模块发生故障情况下，控制器可以在1ms 时间内将故障模块可靠旁路。

3.2.3 启动柜

启动柜由启动开关、充电电阻、隔离刀闸和接地刀闸等部分组成。SVG 装置的启动方式设计为自励启动。在主开关合闸后，系统电压通过充电电阻对功率单元的直流电容进行充电，当充电电压达到额定值的80%后，控制系统闭合启动开关，将充电电阻旁路。

在装置进行检修时，隔离刀闸和接地刀闸提供了安全保证。隔离刀闸可将装置与系统断开，提供明显的断开点，接地刀闸保证装置输入侧处于接地状态。

3.2.4 连接电抗器

装置的输出通过连接电抗器并联到系统侧。

3.2.5 冷却系统

分为风冷和水冷两种方式。风冷系统由散热风机和控制电路组成。宁波轨道交通主变电所目前采用风冷方式。