1 引 言
500kvar静止无功发生器（或简称svg）最终选择安装在一家生产电石的工厂的配电间。工厂内有两台生产电石的电弧炉，此外有2条10.5kv的线路分别向5mva的#2电弧炉及3mva的#3电弧炉供电。
图1是500kvar静止无功发生器所在的配电间的电路单线图。
图上，tf2，tf3是向#2电弧炉，#3电弧炉供电的5mva，3mva的变压器。
t1，t2是向工厂供电的500kva，200kva厂用变压器。vs2，vs3是电弧炉变压器tf2，tf3的真空开关。dr2，dr3是#2，#3电弧炉的操作和驱动设备。bk是静止无功发生器的主断路器柜。
500kvar静止无功发生器由4台柜子和1台三相分裂变压器（spt）组成。控制和调节部分占了一台柜（cr）
图1 配电间的电路单线图
有二台gto功率柜即gto1柜，gto2柜，每台柜内装有用2极管对中点箝位的三级逆变器（电压源逆变器）一台。此外，其它一些元件放在第4个c柜内，主要有用于支撑三级逆变器直流侧电压的电容器，静止无功发生器起动设备，用于限制流过gto的事故电流上升速度的环路电流保护装置等[1，2]。
图2是表示了配电间内静止无功发生器，和电弧炉供电，控制所需的其它设备的顶视图，变压器tf2，tf3不在内，它们离配电间较远。
可以看出，向#2电弧炉供电的5mva变压器的真空开关vs2刚好安装在静止无功发生器小间的隔壁。
图2 配电间顶视图
pscm柜用于电源操作及电弧炉控制用
cab值班电工休息室
静止无功发生器连在专用的10.5kv线路І上，#2电弧炉的5mva供电变压器正是通过vs2和它连接的。
500kvar静止无功发生器在现场调试投运时，刚好#2电弧炉在停机检修。调试过程虽然碰到一些问题，总的来说还是成功的。
2 电磁干扰引起的麻烦
静止无功发生器的运行在#2电弧炉投运后就遇到麻烦，#2电弧炉的生产周期是 2小时左右，这就意味着每2小时真空开关vs2就要断开1次，过了几分钟，再合上。通常当vs2断开时，10.5kv专用i号线的电压就上升，而当vs2再次合上时，i号线的电压下降很大，主要是5mva变压器带着满负荷合闸的。
#3电弧炉的3mva变压器tf3挂在10.5kv的ⅱ线路上，它的vs3开关的切、合的电磁干扰影响远比vs2的小，在这时静止无功发生器仍能保持正常运行。
静止无功发生器的运行特别在vs2合闸时受到干扰很严重。在vs2合闸瞬刻，静止无功发生器因硬件的过电流保护装置动作，经常从10.5kv专用i号线上跳开。有时它甚至会导致静止无功发生器的电压源逆变器内部短路，引起严重事故：如发生损坏开关元件 gto等。
对现场情况进行仔细研究后，确认事故起因是因#2电弧炉的vs2切合时，开关多次重燃引起的电磁干扰所致[3]。
图3是当vs2合闸时，对静止无功发生器中不同的电气量影响的示波图。显然图3所示的电磁干扰对不同的电气量的影响是与vs2在一个周波内合闸瞬刻有关。图3所有的示波图是在不同的vs2合闸时录取的。
图3a表示了10.5kv/100v电压互感器（p.t.）输出（a）以及用于静止无功发生器控制和调节用的同步信号（b），注意后者是利用pt信号导出的。
图3b表示10.5kv/100v p.t.输出（b）及向静止无功发生器的调节柜（cr）供电的5v直流稳压电源的输出（a）。此直流稳压电源是由连于10.5kv的专用i号线的变压器t1供电的。
图3c表示5v直流稳压电源输出（a）和同步信号（b）
图3d表示了图3c同样的量，但5v直流稳压电源是通过不停电电源ups的蓄电池供电，不受t1输出电压波动的影响，注意此5v直流电压也对同步电路供电。
图3e表示了向三级逆变器gto输出pwm脉冲的控制器的24v直流稳压电源输出受干扰的情况。
图3f表示的5vdc（a），24vdc（b）是用小的时间刻度100μs/div录取的，从它可以看出这电磁干扰是由于vs2动作时多次重燃造成。
( a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
图3 vs2合闸时svg的电气量示波图
电磁干扰（emi）进入的途径可分为2类，传导的emi和空间感应的emi。
传导的emi来自
1） 通过变压器t1到svg的设备，如给控制器供电的直流稳压电源，向硬件过流保护装置供电的直流稳压电源等。
2） 通过用于电压测量及同步电路的pt信号
3） svg主电路对耦合较紧密控制线和信号线的互感。
空间感应指是因vs2开关动作产生的空间电磁波的干扰。
图4 在三级逆变器的一只gto门极和阴极间抓到的干扰脉冲
3 采用的抗干扰措施
响svg正常运行的主要干扰途径，在现场进行了许多测试。其中之一，将一台大接触器的线圈并接于svg控制器的直流稳压电源输入。并让svg的主电路断开。令svg的控制器正常工作，但它输出到三级逆变器的gto门极的pwm信号全被封锁。然后，随机地接通和断开接触器线圈，持续好几分钟。图4表示了，有一次在三级逆变器的一个gto元件门极和阴极间抓到的干扰脉冲。这个脉冲通过连接控制器到三级逆变器的那只gto的，
用于输出pwm控制信号的5米左右的导线进入门极的。
随后为提高svg的电磁兼容能力采用许多抗干扰措施，如下：
——对直流稳压电源输入采用了超隔离变压器和电源emi滤波器，对从pt输入到控制器的电压也用了上述滤波器。
——所有控制线和信号线，包括传输pwm控制信号的导线均改用双绞屏蔽线，每米有60绞。
——利用共模和差模感应器或软铁芯磁环抑制传输线上的噪声。
——低通滤波器、用于滤去高频干扰的电容器及瞬态电压吸收器等。
——加强设备的屏蔽和接地。
应该指出，采用了所有这些措施后，效果并不显著。因为这些补救措施并不能改变svg的基本的电磁兼容能力。
对某些对电磁干扰特别敏感的设备，比如这里的svg来讲，在设计印刷电路板以及结构安排前，首先要进行电磁兼容性的设计。只有奠基于恰当的电磁兼容性设计，对电磁干扰敏感的设备讲，才可能在强干扰环境下平稳运行。
3.1 互补的gto元件的硬件互锁装置
最后为防止干扰脉冲进入gto的门极，在2台gto柜的三级逆变器的同一相gto及其互补的元件的门极间加装了硬件互锁装置。
图5a表示了一只硬件互锁装置的工作原理图。
gto元件的驱动单元gdu有2只光电隔离器op。一只op1是gdu1用以输入pwm脉冲d1到gto1的门极，另一只op1'是用于gdu1输出返回信号r1，以通知控制器gto1已经开通或关断。控制器只有收到gto1已关断的返回信号r1，才能给它的互补gto，即gto3发pwm的控制信号d3。
图5b表示了gto在开通和关断时间内驱动信号d和返回信号r的电平。
图5 gto门极互锁原理（a）及驱动（b）
*r低电平意味着光隔op1'导通
可以看出，当驱动信号d到达后，到gto真正开通，有t1的延时，另一方面对gto关断也一样，但t2的延时要大得多，它还取决于关断瞬刻的电流大小。
在理论上，控制器不可能产生误脉冲，使gto及其互补元件同时开通。但它也无法防止干扰脉冲沿着控制器到门控驱动单元的传输线进入。
从图5a知gto1的门控驱动单元gdu1的驱动信号d1，这里和它的互补gto3的gdu3的返回信号r3串联。所以当驱动信号d1高电平时光隔op1开通，经t1延时后，用于返回信号r1的光隔op1'断开。因为gdu3的光隔op3和gdu1的光隔op1'串联，没有任何脉冲，包括干扰脉冲能够进入gto3的门极。
当驱动信号d1变低，op1断开，gto1在gdu1产生的负脉冲下关断，经过t2延时，op1'开通，使得gto3有可能导通。如gto3导通，gdu3的op3'关断。这时，没有任何脉冲，包括干扰脉冲能进gdu1。这样就使得干扰脉冲被关在gdu外面。
当然，实际的硬件互锁装置比图5a的要复杂些，反正在gto柜中装了这些硬件互锁装置后，vs2开关切、合时，svg都能安全运行。
如果一只gto导通，它的互补元件的门极是断开的，没有脉冲包括emi引起的干扰脉冲能够通过，所以svg的逆变器同一相的gto间直通短路可以避免。
3.2 硬件过电流保护（hocp）动作的补救
hocp经常动作的原因被查明，在svg正常运行时，有一个过电流限制的软件程序，除此之外，在每台gto柜内，均装有hocp，以保护三级逆变器不被过电流损坏。显然过电流的软件限制值是小于hocp的动作值。以避免hocp频繁动作。
vs2合闸时，测到的10.5kv专用i号线电压降可以大到10%，例如有一次在2000年12月22日上午10：45当vs2合闸时i号线电压从10.8kv降至9.77kv，而pt的电压输出幅值从162v降至132v。（△u=19.8%）但是svg输出电压，因其三级逆变器直流侧有很大电容器，无法突然变化。
现在来作一个简单的估算。分裂变压器spt的基准值电抗为
，
，
是分裂变额定电压，额定电流
分裂变压器的短路阻抗是14%，如果忽略变压器绕组电阻，则分裂变压器的短路电抗
对应的电感
假定电压降
，则
由
引起的稳定附加电流
如计入瞬态非周期分量，
的最大值可达到
电流的上升率可如下计算
， 如
，
则
500kvar svg的采样频率是每秒300次，即每周波6次，采样周期是3.3ms，软件最快的调节要3.3ms，最慢的靠近6.6 ms。
在上述情况下，在3.3ms内，电流上升可达
，大于svg的额定值（28a）。
这就是软件过电流限制不起作用的原因。上述估计没有计及svg原有的电流，否则情况还要严重些，此外vs2合闸时电压降还可能大于10%。
图6表示了vs2合闸时两台三级逆变器直流侧的总电流（a）和一台三级逆变器输出线电压（b）。
从图6可看出，直流电流（a）在1.9ms内从130a升到385a，hocp动作，直流电流由正变负，是因为此时三级逆变器的全部gto关断，但是svg的感性电流在此瞬刻必须继续流动，所以它们流经有关的续流2极管，因而改变了直流电流的方向。
为了解决由hocp引起的svg频繁跳闸的问题，令svg从电网上跳闸的hocp的一个功能被禁止，只保持了封锁三级逆变器的全部gto的驱动脉冲和发出过流信号。与此同时，为svg增加一个新程序，使vs2合闸时，svg能继续在电网上。
主要考虑是当hocp动作，封锁脉冲后，由控制器来确认三级逆变器中所有gto元件是好的，以及电网电压已恢复。如果确是这样，尽快开放所有gto驱动脉冲。但要避免引起电流冲击，这个过程总共要持续2秒左右。
图6 vs2合闸时，三级逆变器直流侧总电流（a）
一台三级逆变器的输出线电压（b）
图7表示了这个新程序的流程图
图7 “自动重合闸”流程图
如（1）hocp动作后，（2）封锁所有gto门极脉冲，（3）检查三级逆变器中所有gto是否正常，（4）如果否，则（5）立即停机，否则（6）要查出hocp动作前svg运行方式（恒电压或恒无功），如果是恒电压运行，电压给定值
跟踪电网电压
，否则，令无功给定
，（7）重给所有gto驱动脉冲，（8）在脉冲重给后，进一步将给定值逐步恢复到hocp动作前的值。所有这些过程全是自动完成的，它有点类似于
电网中的自动重合闸。
图8 表示了两台三级逆变器输出电压在“自动重合闸”过程的示波图。
4 结 论
500kvar svg从2001年2月14日起在克服了许多困难后已经平稳和满意运行了。
主要问题是在svg设计中，对电磁兼容emc能力设计的重要性低估了，严格地说，为对抗电磁干扰，在设备已安装后，采取补救的措施通常是很难见效的。
500kvar svg的最终成功的运行要归功于采用了硬件互锁装置和“自动重合闸”。
此外，如果svg容量相对#2电弧炉的5mva的变压器足够大，也无须用“自动重合闸”。另一件事，就是应该使采样频率大于每秒300次，加快软件过电流限制的动作速度，这是值得进一步探讨的。
| 图8 在“自动重合闸”过程三级逆变器1（a）和三级逆变器2（b）输出电压示波图 |
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参考文献：
[1]陈贤明，许和平，王小红等“±500kvar静止无功发生器研制”。
电力系统自动化，2001，25(24):54～57页。
[2] chen xianming et al “design considerations and test results of a new 500 kvar static var generator” proceedings of international conference on power systems,(icps’2001) cigre pp202-207.sept. 3-5,2001 wuhan, china
[3] njils hardt et al ”overvoltages in secondary circuits of medium-voltage switchgear generated by multiple reignitions of circuit breakers” pp510-515 ieee transactions on emc
vol.41 no.4, november 1999
