静止型无功补偿SVG在市政水厂电力系统的应用
摘要：本文根据供水厂、污水处理厂的改造应用实例，对现场负荷启动过程中系统电压跌落以及系统侧功率因数大幅度降低的情况进行测试，并对现场大负荷有时启动失败的原因进行了分析，还有现场传统电容加电抗组合无功补偿无法跟随负荷变化及夏天高温时容易爆炸，最后给出改造投入无功补偿装置SVG的解决方案并对该方案进行了验证，给出现场应用结果。
关键词：系统电压跌落，功率因数， SVG装置，负荷启动失败，无功补偿
引  言
水厂电力系统中的大量负荷如大功率电机、整流变频设备在运行中需要大量的无功功率，同时输配电网络中的变压器、线路也会产生一定的无功，导致系统功率因数降低。功率因数降低，一方面增加了供电线路的损失，从而必须增大供电线路的导线截面，增加了投资；另一方面电能质量、供电设备有效利用率也随之降低。
水厂的低压配电系统中，在很多情况下，需要采用远距离电缆对负载供电。在远距离电缆供
电时，电缆压降与电缆中通过的电流成正比，电流越大，其电压损失越大，末端电压越低。对于大功率异步电机而言，其启动电流约为额定电流的5～8倍，若采用远距离电缆供电时末端电压较低，电机往往启动困难。而无功补偿装置SVG相当于一个可变的无功电流源，能够迅速吸收或者发出所需要的无功功率，提高系统电压，保证设备能够正常运行。
水厂原来使用的传统电容电抗无功补偿装置，由于不能够快速反应变化的负载，常运行在过欠补之间，这样电容会频繁投切，导致电容电抗温升过高，而产生爆炸的事故，当更换成SVG无功补偿后，就可以很好的解决这一问题，本文就水厂的应用实例展开分析。
污水厂应用实例概述
1）负荷特性考虑
水厂的负荷为大功率电动机和变频器及路灯等，路灯属于平衡的负载，但功率因数较低，所以开启时需要平衡稳定的无功补偿；电动机启动时电网在瞬间会有大的电压降，需要很高的无功功率来励磁，如果无功功率提供不够或提供的速度不够，就会由于过高的电压降使电机无法启动；变频器为电动机的调速装置，在运行时会产生一定量的电网谐波，也在随时改变负载的大小，和无功功率的需求量。
如水厂电机的额定功率为110kw，电机与系统的连接方式如下图所示。变频启动装置在启动过程中对电动机启动瞬间的电流进行限制，在运行过程中对电机进行调速。
 
图1 电动机、变频器与系统连接示意图
该污水厂电动机启动过程中，需要大量的无功功率，使得电缆末端电压严重跌落，变频装置中的欠压保护会启动，使电动机有时无法正常工作，导致电机启动失败。
2）电动机启动过程分析以及解决方案
2.1）电动机启动过程分析
为设计控制方案，在投入无功补偿装置SVG前，首先对电动机的启动过程进行测试。如图3、图4、图5所示分别为投入SVG装置前，电动机启动过程三相交流电压、三相电流以及
电网功率因数。
图2 电机启动过程中三相系统电压
svg图
图3 电动机启动电流
图4 电动机启动过程中网侧功率因数
图5 电动机启动时谐波
从图2、图3、图4可以看出，在电动机启动时，交流侧电压最低降到177.90V，跌落42V左
右，最大启动电流达到684.2A，系统侧最低PF仅为0.0485，大量无功严重影响了电动机启动期间的电能质量。系统侧电压跌落导致变频器装置无法正常工作，进而容易导致电动机启动失败；图5看出，启动时电流谐波达到了10%左右，所以启动时谐波也在影响功率因数。
2.2）提高系统电压、改善功率因数策略分析
变频器装置的投入引入了谐波，启动电流中谐波含量约10%，那么根据图4中电流测试结果可以得到启动电流中的无功电流为：
现场的变频器装置最低工作电压为190V，而投入无功补偿装置SVG前，系统电压跌落到178V左右，因此SVG必须保证能够通过补偿无功使得系统电压有12V左右的提升，那么启动过程中电网无功电流最大值为： 
根据上述的计算，无功补偿装置SVG至少应提供136.84A的补偿电流；另外，变频器装置的投入引入了部分谐波，通常情况下，若有足够的资金投入，应将该谐波以及启动电流中的无功成分完全补偿，保证电动机的投入不会对电网造成任何影响。但是电动机启动持续时间较短，且稳定运行的无功电流约125A，考虑到设计成本，最终本回路几台电机给出了配备6台100kvar的SVG模块，并联补偿启动电流的方案并保证功率因数保持在0.95。

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