前言

电能在输送过程中，无功功率的损耗会导致电能质量下降，造成终端产生低电压，致使电能使用率低，无法满足客户用电需求。无功补偿是通过增加电网中电容器，补偿电网因感性负载消耗的无功功率，间接减少了无功功率在电网中的流动，降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，从而改善电场的供电质量。因为无功补偿装置操作性强、运行成本低，不需对变压器和输电线路设备进行改造，因此在解决电压问题上具有很大的优势，通过无功补偿对电能质量进行优化是十分必要的。

1无功补偿设备在风电场中的应用

1.1无功功率补偿的特点

无功功率主要是在负荷功率因数相对较低的情况下使用，让电气设备的静电容量达到最小，减少不必要的损失。针对风电场而言，变压器与异步电动机为最大的无功功率设备。无功功率补偿技术的实际应用可以合理补偿大量无功功率消耗，保障整体的功率因数满足高效工作的需求，进而满足设备的能效需求。一般情况下，所有设备都需要实现高功率因数运行，而要实现高功率因数运行，就要尽可能地减少设备的无功功率，降低有功功率损失。

1.2无功补偿装置在风电场中的应用

风电场的负载不都是阻性的，还有感性负载和容性负载。所谓感性负载，比如电机、变压器，这些都是感性负载，即这些负载需要消耗感性无功能量来建立磁场（励磁）。所谓容性负载，比如电缆，会产生容性无功。容性无功和感性无功可以相互抵消，但总体来说，风电场负载主要还是呈现为感性功率消耗，这个感性无功会拉低风场的电压，降低风电场的功率因数。为了改善这一现象，风电场需要进行无功补偿，即为给这些需要无功功率的负载提供无功功率，提高风电场的发电效率，大部分情况就是补偿容性无功。

1.3风电场中SVG与双馈机组的关系

风电场的双馈发电机本身就具有一定的无功调节的能力，可以通过变频器控制系统吸收或发出无功，但随着风机出力的增大，接近额定状态时，为保证其输出的有功功率最大，需要从系统吸收一部分无功。此时并网点电压下降，风电场需要加装SVG进行无功补偿，只靠风机的无功容量不能满足要求。

2风电场中SVG与AVC的关系

2.1 AVC在风电场中的调节手段

电网AVC调节在风电场中的实现依托于三种设备，分别为双馈电机、SVG、有载变压器调档装置。首先双馈电机和变频器搭配，即风力发电机本身就具备一定的无功补偿能力。而SVG可发出容性无功和感性无功，精准快速的补偿系统电流，检测到系统感性它就发容性（此时相当于电容器，拉高母线电压），检测到系统容性就发感性无功（此时相当于电容器。降低母线电压），感性和容性功率可以相互抵消。当风机和SVG的无功容量都无法满足电压调节的需求时，第三步就是调整有载调压主变的分接头来达到控制并网点电压的目的。

2.2 SVG在风电场中的运行模式

SVG运行模式在风电场中多设为电压控制模式，通过调节其无功输出使考核点电压稳定在用户设定的电压目标值或范围内，该模式适用于风电场电网等需要将考核点电压稳定在一定水平的场合。

3无功补偿对风电场的重要影响

3.1有助于降低功率消耗

通常情况下，电气自动化系统向设备传输功率时，有时会混入一些无功功率；在向设备传输电流时，还会传递一些无功电流，使供电线路内总电流量得到显著提升。该系统功率消耗的成因在于线路电流受电阻影响产生热损耗。当前电气自动化系统中功率因数较低，通过无功补偿可使因数提高，如若系统内电流负载量不变，则会有效减少功率消耗。

3.2有助于节约企业成本

以某风电场为例，在无功补偿之前，线路中电流负载量约为180A，根据该线路的使用时长以及电流量进行电缆选择，选定截面积为70mm2的电缆，在无功补偿后，该系统线路电流量为132A，并结合该线路的使用时长，选用截面积为50mm2的电缆，可为企业节约成本。

3.3有助于稳定电力电压

在无功补偿之前，风电场带有众多无功负荷，产生大量无功电流，还会增加短路、漏电等安全事故发生率，甚至因线路短路或者设备瘫痪引发爆炸，这对电气设备和整个系统来说都是致命伤害。在补偿技术应用后，无功电源可调节电压，使系统无功潮流处于平衡状态，减少损耗，提高供电可靠性，且人员安全与作业效率也可得到切实保障。

4某风电场水冷型SVG运行情况

4.1概述

下文将以某风电场的SVG为例，分享其常见故障的处理心得。该风场的SVG冷却方式为水冷，因此分析该SVG的故障可分为两大部分，一是其SVG本体故障，二是其配套的水冷设备故障。在分析故障前，先简要叙述该SVG本体及其水冷系统运行原理。

4.2 SVG本体部分概述

该风电场的SVG可分为一次部分，包括隔离开关、旁路隔离开关及其控制箱、电抗器、启动电阻；无功补偿部分为：模块；控制部分：控制柜。电缆从35kV母线引出后依次经开关柜，SVG本体侧隔离开关，旁路隔离，电抗器，经穿墙套管最后抵达室内SVG模块组。下面将重点介绍各部分在此系统中所起的作用。

4.2.1启动电阻：由于阀组室内模块内电容需要约30S充电时间，送电后需先经启动电阻限制涌流，将启动电阻串于充电回路，起限流保护作用，防止损坏待模块。充电完成后，旁路隔离会自动合闸，将此启动电阻旁路。

4.2.2电抗器：作用将SVG与电网连接起来，可实现能量的缓冲，同时减少SVG输出电流的谐波含量。

4.2.3旁路隔离：有的电场也称其为旁路接触器。起到待模块充电完成后，自动将启动电阻旁路的作用。限制SVG充电时充电涌流导致避免IGBT模块、直流电容损坏。SVG上电时，需先将旁路电阻串于充电回路，起到限流保护作用;待充电完成后再将充电电阻通过接触器（或旁路隔离开关）将其旁路后SVG方能投入运行。

4.2.4功率模块：SVG的本体由功率单元组成，功率单元也简称链节，模块，单相间由扁铁串联起来发无功，受控制柜内的控制装置KZ控制。模块的简要工作流程：交流电从扁铁进入模块后，先经左侧IGBT整流为直流电后进入直流电容组，再从右侧IGBT流出，逆变为交流电。此过程受大板控制。

4.2.5控制装置由多块可拆卸更换的板卡组成，从左到右分别为电源插件板、开入开出板、互感器板1、互感器板2、主控板及六块光纤板。

4.3 水冷部分概述

无功补偿装置的被冷却部分为功率模块，以该风电场为例，一套SVG共装设114块模块。水冷系统的导水管通过穿过这些功率模块，将冷却液送往室外散热风扇降温来达到冷却的效果。

要理解该水冷系统，可将其分为四条回路，分别为：1主循环回路、2去离子回路、3稳压回路、4补水回路。其中主循环回路承担着水冷的主要功能，即散热功能，也是该系统的主回路。其他3条回路并联在主回路中，是辅助回路，分别在系统中实现水压稳定、降低冷却水电导率及为系统补液的功能。下面将详细介绍这四条回路的构成。

4.3.1主回路（即散热回路）

首先主循环回路的逻辑为：阀组进水口→循环水泵→三通阀→冷却风扇→阀组回水口。主循环回路中包含三个重要部件，分别为循环水泵，电动三通阀，散热风扇，同时这也是3个故障率比较高的设备。

循环水泵共两个，一用一备，两个水泵互为备用，运行168小时自动切换（即使SVG停止工作，水泵也不会停运）。

电动三通阀控制流向散热风扇的流量，从而控制冷却液温度。PLC根据供水温度变送器反馈信号调节电动三通阀阀位。

4.3.2各辅助回路

4.3.2.1去离子回路：主回路→离子罐→过滤器 →主回路。冷却液，即乙二醇，穿过功率模块内部进行散热，因而要求冷却液需维持较低的电导率，并实时监测，在电导率高于限值时跳闸。冷却液通过离子罐中的树脂实现离子交换，降低电导率。

4.3.2.2稳压回路：缓冲罐顶部是氮气，并通过压力调节阀与氮气瓶相连，当缓冲罐液位降低时，即冷却系统的冷却介质体积发生变化，氮气自动扩张或收缩，，以保持冷却液充满整个系统，维持系统压力稳定（0.75-0.9bar）。

4.3.2.3补水回路：补水箱→补水泵→补水电磁阀。通过开启电磁阀再开启补水泵可向系统中补充冷却液。注意：在系统运行时补液操作会造成无功装置跳闸的风险。

水冷系统与SVG开关柜之间设置有跳闸联锁，若无功补偿装置的水冷设备停止运行，水冷系统CPU的DO模块会向SVG开关柜发出跳闸信号，且该信号节点串联在SVG开关柜允许合闸回路中，即水冷设备未恢复正常运行前，SVG开关柜亦无法合闸。

5 SVG本体的故障处理

5.1 SVG模块故障

该风电场的每相共有113块，长期运行于高温环境。鉴于其数量众多且运行环境恶劣，模块故障是最频发的故障。那如何锁定SVG的故障点是模块故障呢？

首先将SVG由投入打至自检位置，看SVG本体控制装置的报文，再检查有无模块无电压，锁定具体是哪一模块故障。注意此时应该在SVG控制装置的监控SOE栏下查询各模块电压。因遥测栏下电压值刷新较慢，运行人员可能会被虚假的正常电压值误导。确认是否为系统误报，可通过打手动自检，观察若电压未恢复正常。注意若功率模块确有故障，此操作可能引起SVG的高压开关跳闸。

模块内的易损件为大板，可在拆下该模块后肉眼观察该模块内部件有无明显烧伤痕迹，肉眼看不到可先更换大板试验一下是否恢复正常。注意，更换大板前需注意备件大板的程序与当前运行版本一致，不一致需要刷好程序后再更换。更换完成后需做实验验明该模块故障消除再进行倒闸操作。

5.2本体内通讯故障

因光纤较为脆弱，故可能只是模块通讯传输故障，而非模块本体真实发生故障。判断处理方法如下：将与故障模块相邻近模块的光纤拔下换到故障模块上，给模块加220V电压试验，若控制柜监控SOE显示模块电压正常，则排除模块本体损坏而是模块通讯故障。

检查功率单元控制电源是否正常，功率单元及控制柜的光纤连接头是否虚接，光纤是否有折断点，检查光纤亮度，检查光纤表面是否有烧灼放电痕迹，是否有由于空气潮湿导致放电的痕迹。重新铺设光纤后，若仍无正常通讯，应考虑通讯板卡是否故障，可断电重启。若无响应，需联系厂家发备件更换此光纤通讯板卡。

5.3 SVG开关柜不执行合闸指令

SVG要满足三个信号控制装置才会向开关柜发出允许合闸信号，分别是水冷系统运行正常、隔离开关辅助位置，控制装置自检本体无异常。

若开关柜无法合闸则可从这三个方面入手，一一进行排查。

首先检查控制屏上有无出现新的报警信息，检查各模块电压是否在合理范围内。若控制屏上找寻不到故障信息，则继续排查水冷系统

其中水机故障较易排查，可直接在水冷系统控制屏上看有无报警，若水冷系统无报警信息，则检查水冷控制柜到SVG控制装置的间有无信号，是否存在端子排间断线或短路发生。

最后检查旁路开关的位置是否正常。旁路开关的常闭点串接于SVG支路开关柜断路器的合闸回路中。可检查旁路隔离电源箱内的端子排到开关柜的信号有无中断。

6 水冷设备的故障处理

6.1三通阀故障

由上文可知，三通阀是散热回路中的温度控制核心元件，需在水冷系统PLC的控制下不断动作，调整阀位。电动三通阀由两部分构成，分别是三通阀（为一球阀）与其电动执行机构。

若在室外温度不高，且SVG功率不高时报供水温度高，则极有可能是三通阀故障导致，可能为三通阀无法转至开限位，即指针无法指向“open”，冷却液无法大程度流向散热风扇。

三通阀共设有“open”“shut”两个限位，运行人员可观察在水温高时，执行机构阀位指示有无转到开限位。三通阀K001的控制原理为PLC采集温度等信号，控制接触器KMK1与KMK2来控制三通阀阀位，并由KAK1和KAK2来反馈阀位位置。由运行经验可知，三通阀故障部位多分两种情况：1.电动执行机构机械方面2.控制回路故障。

故障若为第一种情况，即电动执行机构机械方面故障，系统一般会直接报出电动三通阀故障或供水温度高，运行人员可取下电动执行机构背面配备的操作杆，直接转动执行机构，观察阀芯是否与阀体之间卡壳。也可拆开电动执行机构顶盖，检查执行机构是否无法转至开限位触发位置，并加以调节。

若为第二种情况，即三通阀控制回路的电路元件出现问题，可直接用万用表依次检查PLC输出信号是否正常，KMK1及KMK2接触器是否有烧伤痕迹。

6.2散热风扇故障

散热风扇故障多为其接触器频繁吸合损坏，该风场一套SVG散热风扇共6个风扇，分为3组控制。若观察接触器上有烧糊痕迹，且PLC控制某组风扇启动但未见接触器吸合，可直接更换接触器处理。也可检查室外风扇有无卡死异响现象，散热片是否过脏堵塞。

6.3系统压力与流量类故障

 若巡视发现水冷控制面板上报压力或流量类故障，如：供水压力高，供水压力低，冷却水流量低之类，多为系统某处发生堵塞，或手动阀门被人误碰或系统真的发生泄露漏液。运行人员可先检查地面有无漏液情况，多为大面积漏液，较易发现。若无漏液，则需核对系统各处阀门是否在原标记位置，若阀门都在标记位置无人误动，则需检查主过滤器是否堵塞，(堵塞时，在过滤器前的变送器检测压力高，在过滤器后的变送器检测压力低)是否应该更换滤芯。

7结语

综上所述，随着科学技术的不断进步，电气自动化系统研究取得了诸多成果，而电气自动化设备的实际应用使得各项技术手段都得到广泛的应用。合理使用无功补偿技术能够最大限度地实现对电气自动化系统的应用，从而满足各方面的具体要求，加快发展与创新。为了能够最大限度的优化电气自动化系统质量，必须选择合适的无功补偿装置和方式，保证电压的稳定供给，对确保电力系统安全稳定运行。

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