某石化公司变电站电压下降治理案例：
1、基本情况
1.1工程概述
为满足扩建及地区发展需要，某石化公司新建110kV变电站一座，110kV变电站主接线示意图如下所示：
图1 110kV变站主接线示意图
变电站110KV4#母线装设有1台SZ-63000/110，110±8×1.25%/10.5，YNd11，Uk=17%有载调压变压器，10KV馈线中一回带有1台17000kW异步电机，采用恒定电流软起动装置。
1.2电能质量问题分析
由于电动机起动时在配电系统中要引起电压下降，根据GB755-2008《旋转电机定额和性能》规定，电动机起动要求其拖动力矩大于机械设备静力矩，电动机的最大转矩与额定转矩之比Mmax/Me≥1.6。当母线电压降到低于80%~85%时，满载的电动机将无法拖动负载而堵转停机。
此外，目前工厂中大量使用电子设备和自控设备，对供电的稳定性要求越来越高，如变频调速设备、直流变流设备、不间断电源、可编程控制器等都要求输入电源电压不得低于85%，否则，这些设备的保护功能便认为电源消失而关机。
本项目中异步电机容量较大，仅依靠软起动装置及已安装的固定电容器补偿无法保证配电系统正常工作，需要增加静止无功补偿装置SVG，以保证电动机起动过程中供电母线的电压满足GB12326-2008《电能质量•电压允许波动和闪变》的标准“偶尔起动的电动机起动时，配电母线末端的电压降不宜>15%”。
2、静止无功补偿装置治理方案设计
电动机在启动时存在严重的电压波动和闪变，对电网产生一系列的不良影响，可通过响应时间小于10ms的SVG解决这一问题。SVG是基于IGBT电压源逆变器构成的新一代动态无功补偿装置，通过大功率电力电子器件的高频开关代替大容量的电容、电抗实现无功能量的变换，体积更小，响应速度更快，补偿能力更强，能够向电网系统迅速提供无功电流并且稳定母线电压，消除闪变的影响。
为配合电机起动及运行时电压水平控制，采用SVG和固定电容器同时补偿的方案。该方案可以避免起动前后由于电容器不能及时投切造成的过电压：在电容器过补时，SVG可以吸收电容器发出的过多感性无功；而在低电压时刻，两者共同补偿容性无功。结合本项目电机容量、起动方式及已安装的4组固定电容器，建议在电机所在母线上装设2组8MvarSVG。
图2 10kV母线无功补偿装置方案主接线图
SVG具有四种运行方式，如下表所示：
表1 SVG运行方式
综合考虑不同运行方式的的控制目标，及电机起动前后的电能质量控制目标，补偿装置投切顺序及运行方式为：
1、在电机起动前，SVG运行方式由恒功率因数模式转换为恒电压模式；
2、依次投入四组固定电容器；
3、起动电机；
4、SVG运行方式由恒电压模式转换为恒功率因数模式；
5、逐步退出四组固定电容器，依靠SVG装置保持系统功率因数。
3、治理效果分析
3.1测试方案
为验证并联无功补偿装置在大电机起动过程中补偿无功、稳定电压的作用，通过电能质量测试仪对系统情况进行测试，测试点共有4个，示意图如下标注。其中，测试点2、3、4采用同一台仪器测试，每条支路取测试仪器的一相进行测试。
图3 测试点示意图
3.2测试数据分析
3.2.1总进线柜（测试点1）
3.2.1.1电压电流
图4---总进线柜A相电压趋势图
图5---总进线柜A相电流趋势图
在测试开始后SVG装置由恒功率因数转化为恒电压模式运行，之后的7min内四组固定电容器逐个投入，16:23左右电机起动。起动瞬间系统电压最低跌落至9.67KV，电流最高冲击至2089A。
可知，电压下降值满足国标要求，对电网造成的压降不超过15%。
3.2.1.2功率因数
图6功率因数趋势图
测试过程中功率统计表格如下所示：
可知电机起动前后，在SVG恒功率控制的过程中，功率因数较好的稳定在0.9以上。
3.2.1.3谐波电压
图7---A相谐波电压畸变率平均值频谱图
可知，总谐波电压畸变率及各次谐波电压畸变率均较小，即无功补偿装置投入后，不会引起系统谐波增大的问题。
3.2.1.4谐波电流
图8 谐波电流值平均值频谱图
可知系统谐波电流值都较小，电能质量良好，即无功补偿装置不会向系统注入谐波。
3.2.2SVG及电机开关柜（测试点2、3、4）
说明：测试时每条支路取其中一相进行测试，其中A相为电机支路（红色），B、C相为SVG装置支路（绿色：1#SVG、蓝色：2#SVG）。
3.2.2.1电压电流
图9---电压电流趋势图1
放大电机起动瞬间电压趋势得下图：
图10---电压电流趋势图2
电机无功功率上升阶段电机、1#SVG、2#SVG电流波形如下：
图11 电机及SVG电流波形
可知测试开始后四组固定电容器投入使电压升至10.5KV，电机起动时系统电压最低跌落至9.66KV，起动过后恢复平稳，电机电流最高冲击至2857A。
3.2.2.2功率
图12---有功、无功功率趋势图1
从固定电容器逐级投入到电机起动完成，SVG和电机无功变化情况如下所示：第一组电压投入时，SVG从恒功率模式切换到恒电压模式；当第一组固定电容器投入后，由于系统电压仍达不到设定值，SVG向系统注入容性无功太高电压；第二组固定电容器投入后，系统电压超过设定值，SVG向系统注入感性无功；直到第四组电容投入后，满发感性无功。
图13 无功趋势详图
（从上到下依次是1#SVG、2#SVG、电机）
图14 电机起动瞬间无功趋势详图
由上图可以看出，电机起动瞬间SVG跟踪改变无功输出，从感性无功迅速切换到容性无功，维持系统电压；在电机起动结束后，跟踪电压变化，从容性无功输出迅速平滑切换到感性无功输出。
将电机起动瞬间的功率趋势图放大后得到下图：
图15 有功、无功功率趋势图2
由上图可知，电机起动时其最大有功功率为4.58×3=13.74MW，无功功率为16×3=48Mvar。在电机起动前单台SVG装置发感性无功2.61×3=7.83Mvar以补偿四组固定电容器的容性无功，随着电机起动单台SVG装置转而发出容性无功2.60×3=7.8Mvar以补偿四组固定电容器容量的不足。
4、结论
1、根据测试点1统计数据，电机起动前后系统功率因数接近1；总谐波电压畸变率及各次谐波电压畸变率均在国标限值以下，各次谐波电流含量均较小，电能质量良好，说明无功补偿装置不会向系统注入谐波且不会放大系统谐波。
2、根据测试点2、3、4统计数据，电机起动过程中并联无功补偿装置补偿效果明显。电机起动前固定电容器及SVG装置的投入，SVG运行满吸无功状态，使系统电压均稳定在10.5kV左右；在起动瞬间SVG从满吸无功切换到满发无功状态运行，稳定系统电压在9.67kV以上，满足标准要求的不低于8.5kV，电机成功起动后系统电压又恢复至10.5kV（固定电容器未切除状态）。
3、SVG在用于治理电动机起动时引起的电压波动时具有极大的优越性：
1）电动机起动时引起的电压波动要求快速的治理，而SVG闭环响应时间小于10ms，控制系统响应时间小于1ms，能迅速跟踪电压变化，治理电压波动；
2）SVG可对感性和容性无功进行发送或吸收，时刻跟踪系统无功变化，做到无级动态可调，在与固定电容器配合使用时可保证系统不过补和欠补。
原标题：某石化公司变电站电压下降治理案例
