SVC 兼直流融冰模式的試驗研究

田茂城 王飛義

（1.中國南方電網超高壓輸電公司貴陽局，貴陽 550003；2.榮信電力電子股份有限公司，遼寧 鞍山 114051）

2008年冰凍災害給南方電力系統(tǒng)造成的危害，引起人們對除冰和融冰技術的重視。國內第一批自主研發(fā)的大功率直流融冰裝置得到了廣泛應用，并取得了良好效果。大范圍直流融冰裝置的投運，也帶來了一系列需要解決的問題，一些標準還有待完善。其中，新設備投運前，進行現場可靠和有效性試驗是必須開展的一項工作，而目前沒有可供參考的文獻資料。本文對500kV獨山變電站的SVC兼直流融冰裝置的融冰模式下的系統(tǒng)調試進行探討，從試驗的一般原則出發(fā)，結合現場實際，討論裝置直流融冰模式下的試驗方法和要求，并給出相關試驗數據，可供相關工程技術人員參考。

1 SVC兼直流融冰裝置介紹

1.1 基本配置

獨山站 SVC兼直流融冰裝置是采用可控晶閘管技術具有無功補償和直流融冰雙重復合功能的電力電子設備。在一般情況下， SVC主要用于無功補償，根據電力系統(tǒng)需要自動提供連續(xù)可調無功，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)效率，達到節(jié)能目的。當線路發(fā)生冰凍災害時，裝置轉換為融冰模式，采用可控硅整流的直流融冰裝置具有輸出直流電壓電流可控和可連續(xù)調節(jié)的特點，具有良好的融冰效果。獨山站SVC兼直流融冰裝置采用12脈光控晶閘管全控整流電路，同時設計配備了5次、7次、11次、13次濾波器。

1.2 裝置參數

獨山SVC兼直流融冰裝置在融冰和SVC兩種模式下參數見表1。

1.3 濾波支路參數

濾波支路用以吸收系統(tǒng)或負載的諧波電流，同時提供容性感性無功，實現動態(tài)雙向無功調節(jié)。獨山站各濾波支路參數見表2。

圖1 500kV獨山站直流融冰兼SVC裝置主接線圖

表1 SVC兼直流融冰裝置參數

表2 濾波支路參數

2 融冰模式試驗

現場試驗是為了驗證新增設備的性能及其動作行為的正確性，以及新設備運行對電網的穩(wěn)定性的影響，以下主要討論融冰模式下的現場試驗。

2.1 試驗準備

1）融冰線路引接

目前常用的接線方式為，融冰線路一端由引流線短接，另一端直接與融冰管母線相連，通過直流融冰裝置對線路施加直流電壓。通過線路選擇隔離開關，直流融冰裝置可以選擇如圖2所示的兩種線路連接模式：1-1融冰模式接線和1-2融冰模式接線。

2）一次設備充電試驗

圖2 兩種融冰線路連接模式

試驗開始須具備以下兩個條件：①試驗前30min啟動水冷及空調系統(tǒng)，確認水冷、空調系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)；②由于現場一次設備均屬于新安裝設備，試驗之前應對所有一次設備進行充電試驗，驗證設備的完整性、交流電壓承受能力以及設備施工安裝的正確性。試驗方法按標準進行。

2.2 融冰裝置起/停試驗

裝置起/停試驗是指以約為額定電流 10%的小電流進行的融冰裝置解鎖和閉鎖試驗。目的為檢驗直流融冰裝置的解鎖和閉鎖功能，同時校核控制和測量信號的正確性。

以獨山站為例，在最小直流電流定值360A下解鎖換流器。電流升至目標電流后，保持10min，在此期間，校核控制保護系統(tǒng)中各交/直流電壓信號和各交/直流電流信號，核實工作站上顯示的交流和直流電壓、直流電流以及觸發(fā)角信號和換相角，同時記錄500kV和35kV母線諧波電壓和電流、無功功率、各換流變中性點電流、SVC裝置接地點電流及線路各測溫點溫度。最后，閉鎖換流器，試驗結束。

圖3為裝置起/停試驗解鎖狀態(tài)下換流變閥側電壓和電流?？梢钥闯觯b置在直流融冰模式下可以正常起動，操作功能正常，在換流變閥側他和35kV側均未出現過電壓。裝置閉鎖后，操作功能正常。圖4為裝置起/停試驗閉鎖狀態(tài)下換流變閥側電壓、320開關電流、35kV側電壓。裝置閉鎖后，操作功能正常，在換流變閥側和35kV側均未出現過電壓。

圖3 裝置起/停試驗換流變閥側解鎖狀態(tài)電壓和閉鎖狀態(tài)電流

圖4 裝置起/停試驗閉鎖狀態(tài)下換流變閥側電壓，320開關電流，35kV側電壓

2.3 手動緊急停運試驗

在融冰裝置運行過程中可能出現緊急情況，為了不造成事故，需要緊急停運融冰裝置。緊急停運試驗是驗證在帶電情況下裝置緊急停運動作順序及動作邏輯的正確性及可靠性。

試驗在最小直流電流定值下解鎖換流器，將電流逐步升至目標電流后，停留一定時間，按下緊急停運按鈕，啟動直流融冰模式緊急停運程序，裝置先閉鎖換流閥，后跳開交流側開關。試驗后檢查緊急停運順序執(zhí)行是否正確；檢查融冰裝置閥體、開關、刀閘等一次設備。圖5為換流變閥側電流和35kV側電壓及 320 開關電流。圖6所示為換流變閥側電壓和中性線電流及中性點接地電流。由圖 5和圖 6所示可以看出，電流和電壓變化正常，顯示其緊急停運功能完善。

圖5 換流變閥側電流和35kV側電壓及320開關電流

圖6 換流變閥側電壓和中性線電流及中性點接地電流

2.4 空載升壓試驗

空載升試驗時融冰裝置直流側在不帶負載情況下解鎖，直流電壓上升至預設目標電壓。目的是檢查融冰裝置閥的觸發(fā)能力、直流電壓耐受和控制能力，以及直流測量系統(tǒng)的正確性。12脈動直流融冰裝置在觸發(fā)角大于60°時，直流側理想開路電壓為

式中，Udop為融冰裝置正負極間直流電壓差；Udio為融冰裝置無相控理想空載直流電壓，Udio= 3E /π ，E為交流線電壓有效值；a為觸發(fā)角。當觸發(fā)角為 60°時融冰裝置直流直流開路電壓達到最大值 Udioc，在觸發(fā)角小于 60°時開路電壓與觸發(fā)角無關均為最大值。

試驗步驟：①試驗前，檢查確認直流融冰兼SVC裝置控制系統(tǒng)為“融冰”狀態(tài)，選擇“電壓控制方式”；②設定目標電壓值為16kV，合上融冰裝置交流320斷路器；③點擊直流融冰兼SVC裝置監(jiān)控界面的“融冰解鎖”操作鍵解鎖換流器，保持10min。

試驗期間，需要密切監(jiān)視閥體、融冰管母線、接頭、金具等。試驗結束后，運行人員通過設定目標電壓下降直流電壓后，閉鎖融冰裝置。

圖7所示額定電壓16kV，1B-2AC模式下自動觸發(fā)方式解鎖和閉鎖換流器#1換流變閥側及 35kV側電壓波形。在空載升壓試驗中，35kV母線電壓、換流變閥側電壓及直流電壓均未出現過電壓，后臺監(jiān)控設備顯示數據均相符。閉鎖過程中，設備電壓變化正常。

圖7 額定電壓16kV，1B-2AC模式下自動觸發(fā)方式解鎖和閉鎖換流器#1換流變閥側及35kV側電壓

2.5 保護跳閘試驗

保護跳閘試驗是為了驗證裝置的融冰模式的閥短路、水冷故障保護均能正常動作。

在解鎖狀態(tài)下，模擬閥短路保護和直流差動保護動作跳閘，記錄順序事件（SER）及保護動作報文，核實保護跳閘是否正確。

在解鎖狀態(tài)下，停留5min后進行閥冷卻系統(tǒng)故障報警試驗。斷開水冷系統(tǒng)第一路工作電源，模擬水冷運行工作電源故障，確認水冷系統(tǒng)工作正常，直流融冰兼 SVC裝置運行不受到影響， SER 報警正確，自動投入第二路電源閥冷卻系統(tǒng)裝置電源，記錄和分析告警啟動 DFR，記錄順序事件（SER）。記錄順序事件（SER）如圖8所示。

圖8 水冷系統(tǒng)故障保護的SER

圖9 閥短路保護動作的SER

通過SER圖形可知，閥短路保護、水冷系統(tǒng)保護功能具備，延時定值滿足系統(tǒng)要求，保護功能具備投入運行條件。

2.6 帶融冰線路大電流試驗

大電流試驗是為了檢驗裝置直流融冰電流升/降功能及融冰裝置在較大負荷下的運行特性。大電流試驗完全模擬融冰時的實際工況，考核融冰裝置在最大設計容量運行的效果。試驗時，在最小解鎖電流下解鎖。在試驗允許最大電流上停留時間大于30min，測量線路溫升驗證裝置融冰效果。試驗后，設定目標電流為最小解鎖電流，待電流降至最小解鎖電流后閉鎖裝置。更換另一種融冰模式，重復試驗過程，驗證裝置在不同融冰模式下能否滿足融冰要求。

試驗核實對應接地電流、35kV側諧振電壓、320開關側諧波電壓及諧波電流，部分波形記錄如圖10所示。

圖10 1B-2AC模式直流電流3600A時交流側電壓電流

圖11 1B-2AC模式直流電流3600A時直流側電壓電流

圖12 1B-2AC模式下線路監(jiān)測點溫度測量值

根據紅外測溫記錄可知：試驗按照階梯升流至3600A后，線路最大溫升達 3.5K。在融冰兼 SVC裝置融冰模式裝置大電流試驗中，每個升流過程均未出現過電壓或涌流過大的現象，每個穩(wěn)定階段中中性線電流均達到設定值，最大直流電流能順利升到 3600A。500kV獨山變電站SVC兼直流融冰工程在所測工況下，計及背景諧波情況下，諧波值均在國際標準值規(guī)定以內。

表3 1A-2C、1B-2AC模式電流階梯升至3600A時線路紅外測溫記錄表

3 結論

獨山站SVC兼直流融冰裝置的現場試驗，全面檢驗了設備的可靠性，有效確保設備的直流融冰功能。在2012年冰災前，對獨山站500kV青山雙回線、山河雙回線進行直流融冰，融冰效果明顯。當冰凍災害來襲時，直流融冰裝置能有效對站內 500kV及220kV六條線路進行直流融冰。

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