曾祥冲
（深圳市地铁集团有限公司运营总部维修中心广东深圳518100）
摘要：针对深圳市地铁3号线供电系统无功补偿容量不足，特别是可调节的无功容量不足的问题，为能够使用到高质量的电能，同时减少力调电费的罚款；2012年8月在草埔主变电所加装SVG动态无功补偿装置，以提高供电系统的电能质量；改造完成后谐波含量满足国家标准，功率因数可达到0.98以上，每年减少200多万的力调电费罚款；本文对SVG动态无功补偿装置在运维过程中出现的常见故障进行详细分析及提出解决方法。
关键词：无功补偿装置；功率因数；力调电费；解决方法
1引言
草埔主变电所SVG动态无功补偿装置系统采用SVG设备并联电抗器组合形式；该项目于2012年8月8日动工，2012年12月28日SVG动态无功补偿装置投入试运行。投运后草埔主变电所的电能质量得到了显著的提高，功率因数达到0.98以上，每年为公司减少200多万的力调电费罚款。但SVG动态无功补偿装置自投运以来故障率相对偏高。从故障跳闸记录分析，SVG动态无功补偿装置经常发生的故障主要是：功率单元板故障、功率柜内IGBT模块故障、功率柜内电容器故障等；为使SVG设备运行稳定性进一步提高，降低故障率，对常见故障作了详细分析与总结。
2SVG动态无功补偿装置的工作原理
草埔主所SVG动态无功补偿装置工作时通过电力半导体开关（IGBT模块）的通断将直流侧电压转换成与交流侧电网同频率的输出电压，类似一个电压型逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。当考虑基波频率时，SVG动态无功补偿装置可以等效地视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。它通过交流电抗器连接到电网上，无功的性质和大少靠调节电流来实现。
SVG的工作原理可以用下图所示的单项等效电路图与电流超前和滞后工作的向量图来说明。
SVG等效电路及工作原理（未计及损耗）
连接电抗器的损耗和变流器本身的损耗（如管压降、线路电阻等），并将总的损耗集中作为连接点电抗器的电阻考虑，则SVG的实际等效电路图与其电流超前和滞后工作的向量图如下所示。
SVG等效电路及工作原理（计及损耗）
3故障信息查询
在SVG动态无功补偿装置故障跳闸时，为了尽快了解故障原因，查看故障信息方法如下：
1、通过荣信监控系统界面事件、报警信息窗口确认故障的类型、故障时间等信息；2、通过荣信监控系统界面的每相单元故障信息窗口查询故障单元的具体故障信息；3、通过荣信监控系统界面的历史记录、历史曲线菜单查询，SVG设备故障时的电网电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、谐波含量等情况，以及SVG输出电流，每个单元的直流电压、故障变位等信息；4、通过荣信监控系统界面的故障录波菜单查询，设备故障前50s及故障后10s的1分钟时间内电网电流、电压、SVG输出电流等波形信息；
4SVG功率单元柜内各元件故障的判断方法
功率单元柜内部主要由功率单元板、IGBT模块、薄膜电容、突破吸收电容、型材散热器等组成。
4.1功率单元板故障判断方法
功率单元板接收主控单元发来的控制信号，经过解码生成触发脉冲控制IGBT模块的开通与关断，产生预期的补偿电流。功率单元板同时还有直流侧电压检测、故障检测以及通讯故能等。功率单元板检测的直流电压状况通过通讯功能上传到控制机系统。功率单元板的故障检测包括IGBT过流、直流侧电压过压和功率单元超温，实现对单元最直接的保护。检测到功率单元故障时，会第一时间实现对设备的保护，并将故障信息反馈给控制机系统。功率单元板是SVG的核心主回路。
当SVG动态无功补偿装置发生故障跳闸时，首先查看SVG监控软件的故障事件与报警信息、故障时刻的单元板电压下降信息、故障时刻的单元板运行状态、故障时刻电压电流录波信息来判断出具体故障单元模块。
功率单元板
4.1.1SVG监控软件故障事件与报警信息
从故障与报警信息能清楚SVG动态无功补偿装置故障的保护动作过程，可以判断功率单元板状态，断路器的位置、保护动作时间等相关故障的信息。
事件与报警信息
4.1.2故障时刻功率单元板电压的下降信息
对SVG功率单元A、B、C三相36个功率单元在故障时刻电压变化情况，能了解到每个功率单元的运行情况，通过各个功率单元的电压变化情况进行比较，确认故障单元。如下图：
单元板电压信息
4.1.3故障时刻功率单元板状态表信息
通过查看软件单元板状态表，功率单元板的信息能查看到故障单元板；所有功率单元板都运行正常时，各个功率单元板显示的状态信息是功率单元板运行的第五个状态点亮绿色的；如果某块功率单元板出现故障会出现如下图的情况，有红色的故障点出现，鼠标双击能查看红色故障点的详细信息。
功率单元板状态表
4.1.4故障时刻功率单元板的电流、电压录波信息
监控软件的故障录波功能，主要选择对应的故障单元板，就能查看功率单元板故障前50s及故障后10s的1分钟时间内电网电流、电压、SVG输出电流等波形信息，然后通过故障功率单元板的波形比较出故障的具体原因。如下图。
重启不成功的电压波型
4.2IGBT模块故障判断方法
草埔主变电所SVG设备采用德国英飞凌公司的IGBT模块，其具有超强的抗电流、电压尖峰能力和较大的模块裕量设计，提高了设备可靠性和安全性。
德国英飞凌IGBT模块
使用万用表的二极管档位测量IGBT模块的电压值：
4.3电容器故障判断方法
功率柜功率单元板下面有两块电容器，其作用是给功率单元板提供直流工作电源；如果该电容器被击穿，功率单元板将失去工作电源无法正常运行。此时工控机将采样不到功率柜一次电压，并报功率单元板故障，然后高压断路器及充电柜的KM接触器跳闸。
电容器被击穿时，该功率单元电压表的电压显示马上消失，其余功率单元电压都有个缓慢的下降过程。功率单元电压表故障时没有单元电压值，可以判断该电容器被击穿是故障跳闸原因之一。
使用万用表电阻档测量电容器阻值时，应先用短接导线把电容器两端短接使其充份放电，然后测量电容器的电阻值。由于开始对电容器测量时，电容器有个充电的过程，万用表显示的阻值会由小变大的过程，直到阻值无穷大（草埔主变电所SVG功率柜的电容器阻值有无穷大与40MΩ两种阻值）。如果阻值太小就有被击穿的可能。如下图电容器的阻值为577Ω，则可判断为电容器被击穿。
单元电压表信息击穿电容器阻值
5降低SVG设备故障率的有效建议
经过多年来不断对SVG动态无功补偿装置运维经验的总结，并深入分析各类故障的内在原因；同其它地铁线路变电技术人员对SVG设备维运经验及相关技术进行技术交流，以及荣信现场调试工程师的多次反馈信息，总结建议如下：
5.1SVG动态无功补偿装置稳定运行需要有低温、干净的运行环境，草埔主所有加装大功率空调的需要；
5.2每两个月定期对功率单元柜进行除尘处理、提高检修维护质量；
5.3定期检查各功率柜柔性插座的松紧情况，预防功率柜接触不良；
5.4荣信厂家需提高功率单元板及各种备品备件的质量，定期到现场对SVG动态无功补偿装置进行运行质量评估，并提出有效整改的意见。
结语
通过对SVG动态无功补偿装置设备常见故障的分析，让我们更进一步了解该设备的结构及电气工作原理，为以后设备的维护，维修提供了借鉴。及时发现设备出现的故障，快速找出故障症结，恢复设备快速投入使用。从而为生产提供优质，高效的电能。
参考文献：
[1]施庆.轨道交通电能质量管理系统的设计与应用［J］.供用电，2011（23）.
[2]曹毅峰.牵引变电所集成保护方案研究［D］.西南交通大学.2013，49.
[3]刘天琪、邱晓燕.电力系统分析理论［M］.北京：科学出版社，2005.
[4]王仁祥.电力新技术概论［M］.北京：中国电力出版社，2009.
[5]施庆.轨道交通电能质量管理系统的设计与应用［J］.供用电，2011（4）：76-77.
作者简介：
曾祥冲（1972-），男，广东深圳人，西南交通大学，深圳市地铁集团有限公司运营总部维修中心。