300MVar新型空冷調(diào)相機(jī)在雙極閉鎖過(guò)程中無(wú)功出力過(guò)程分析

朱鵬飛，閻乃臣，張沖，王群鋒

（1.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450000；2.國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力公司檢修公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

0 引言

目前我國(guó)電網(wǎng)“強(qiáng)直弱交”特性明顯，強(qiáng)直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)失穩(wěn)，其核心仍為交流電網(wǎng)失去穩(wěn)定，表現(xiàn)為故障沖擊下交流電網(wǎng)的有功、無(wú)功不能達(dá)到平衡，電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)功角、母線(xiàn)電壓、系統(tǒng)頻率等關(guān)鍵電氣量大幅變化，且無(wú)法恢復(fù)至新的運(yùn)行狀態(tài)[1-6]。在眾多的無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備中，指出新型大容量調(diào)相機(jī)由于其在電網(wǎng)故障時(shí)電壓快速調(diào)節(jié)能力而受到越來(lái)越多的關(guān)注[7-10]。

本文結(jié)合近期魯固直流輸電線(xiàn)路故障，線(xiàn)路重啟不成功后雙極相繼閉鎖的案例，分析了直流輸電線(xiàn)路雙極相繼閉鎖電壓無(wú)功變化情況，驗(yàn)證調(diào)相機(jī)在直流輸電過(guò)程中的作用。

1 事故簡(jiǎn)介

2018-03-24，魯固直流雙極大地回線(xiàn)1454MW運(yùn)行，#1調(diào)相機(jī)運(yùn)行，#2調(diào)相機(jī)檢修；額定容量為295MVar的交流濾波器投入3組，90MVar低壓電抗器投入5組，其它設(shè)備運(yùn)行正常。17:31:12:165極2行波保護(hù)動(dòng)作，線(xiàn)路故障第一次移相重啟不成功，線(xiàn)路電壓低于低電壓定值，線(xiàn)路低電壓保護(hù)動(dòng)作線(xiàn)路第二次移相重啟，重啟失敗極2閥控閉鎖直流系統(tǒng)，功率轉(zhuǎn)帶至極1成功。17:57:39:310極1保護(hù)線(xiàn)路低電壓動(dòng)作，第一次移相重啟成功。5s后再次發(fā)生故障，即17:57:44:372線(xiàn)路低電壓保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)控制系統(tǒng)第二次移相重啟，第二次重啟過(guò)程中再次發(fā)生故障，線(xiàn)路低電壓保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)控制系統(tǒng)第三次重啟，控制系統(tǒng)閉鎖本極，功率損失1454MW，隨后3組交流濾波器切除。

直流線(xiàn)路發(fā)生故障，按照設(shè)計(jì)需要重啟兩次。線(xiàn)路發(fā)生故障瞬間，直流線(xiàn)路電壓快速降低，500kV交流系統(tǒng)電壓也隨之受到影響，調(diào)相機(jī)的并網(wǎng)使得在電壓跌落瞬間以強(qiáng)大的爆發(fā)力瞬間為系統(tǒng)提供無(wú)功以緩解電壓的過(guò)幅波動(dòng)。若是故障消除，系統(tǒng)恢復(fù)正常，若是故障未消除，兩次重啟失敗后Y閉鎖，在無(wú)功策略未切除交流濾波器組前，大量的無(wú)功結(jié)余使得交流系統(tǒng)電壓瞬間提升。調(diào)相機(jī)的“進(jìn)相”運(yùn)行在一定程度上能夠降低電壓的大幅波動(dòng)。

2 事故過(guò)程分析

2.1 事故第一階段過(guò)程分析（極2閉鎖）

17:31:12:165極2保護(hù)行波保護(hù)動(dòng)作，4ms后極2控系統(tǒng)報(bào)線(xiàn)路故障重啟動(dòng)作，17:31:12:601極2極保護(hù)報(bào)線(xiàn)路低電壓保護(hù)動(dòng)作。17:31:12:609極2控系統(tǒng)報(bào)：線(xiàn)路故障再啟動(dòng)動(dòng)作，17:31:13:002極2極控系統(tǒng)報(bào)：直流線(xiàn)路故障再啟動(dòng)不成功閉鎖直流系統(tǒng)，17:31:13:011極2低端閥組控制系統(tǒng)報(bào)：Y閉鎖動(dòng)作，17:31:13:013極2高端閥組控制系統(tǒng)報(bào)：Y閉鎖動(dòng)作，極2閉鎖，極2功率正確轉(zhuǎn)帶至極1，功率未損失。查看內(nèi)置錄波（見(jiàn)圖1）及故障錄波（見(jiàn)圖2）可知：直流線(xiàn)路發(fā)生故障，直流系統(tǒng)電壓速降，從而導(dǎo)致500kV交流系統(tǒng)電壓速降，下降幅值大概為15%；從波形圖可以看出交流系統(tǒng)電壓有三個(gè)明顯的跌落點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的開(kāi)始時(shí)刻、最值時(shí)刻、結(jié)束時(shí)刻對(duì)對(duì)應(yīng)的電壓值（相電壓）統(tǒng)計(jì)如下表1。

圖1 故障時(shí)保護(hù)內(nèi)置錄波Fig.1 Fault protection built-in recording wave

圖2 極2閉鎖故障錄波Fig.2 Pole 2 lockout fault recording wave

事故前，#1調(diào)相機(jī)正常運(yùn)行，按照-80MVar無(wú)功出力進(jìn)行控制。直流線(xiàn)路發(fā)生故障電壓降低時(shí)兩次線(xiàn)路電壓降低及閉鎖對(duì)應(yīng)三個(gè)波峰，閉鎖后調(diào)相機(jī)出力最大為203.19Mvar，此次閉鎖調(diào)相機(jī)相當(dāng)于貢獻(xiàn)出差額為280MVar的無(wú)功，用于補(bǔ)償電壓的變化。該過(guò)程調(diào)相機(jī)無(wú)功出力即發(fā)生時(shí)間統(tǒng)計(jì)如下表2。

表1 故障過(guò)程中500kV母線(xiàn)電壓變化情況Tab.1 500kV bus voltage change during failure process

表2 1調(diào)相機(jī)無(wú)功出力情況統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistical table of reactive power output of #1 phase modifier

通過(guò)表1系統(tǒng)電壓及調(diào)相機(jī)無(wú)功出力統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析可知：在故障過(guò)程中調(diào)相機(jī)無(wú)功出力基本上滯后于電壓變化20ms，期間無(wú)功貢獻(xiàn)最大差值為293Mvar，500kV交流系統(tǒng)電壓每變化1kV，對(duì)應(yīng)的無(wú)功變化情況基本在9Mvar，對(duì)500kV母線(xiàn)的過(guò)電壓及低電壓具有一定的抑制作用，調(diào)相機(jī)的瞬態(tài)特性也得到較好的體現(xiàn)。

2.2 事故第二階段過(guò)程分析（極1閉鎖）

17:57:39:307極1保護(hù)報(bào)：線(xiàn)路低電壓保護(hù)動(dòng)作，17:31:12:169極1控系統(tǒng)報(bào)：線(xiàn)路故障再啟動(dòng)動(dòng)作，17:57:39:310極1控系統(tǒng)報(bào)：線(xiàn)路故障再啟動(dòng)動(dòng)作，17:57:44:372極1保護(hù)報(bào)：線(xiàn)路低電壓保護(hù)動(dòng)作，17:57:44:378極1控系統(tǒng)報(bào)：線(xiàn)路故障再啟動(dòng)動(dòng)作，17:57:44:915極1保護(hù)報(bào)：線(xiàn)路低電壓保護(hù)動(dòng)作，17:57:44:922極1控系統(tǒng)報(bào)：線(xiàn)路故障再啟動(dòng)動(dòng)作，17:57:44:927極1控系統(tǒng)報(bào)：直流線(xiàn)路故障再啟動(dòng)不成功閉鎖直流系統(tǒng)，17:57:44:939極1高端閥組控制系統(tǒng)報(bào)：Y閉鎖動(dòng)作，17:57:44:941極1低端閥組控制系統(tǒng)報(bào)：Y閉鎖動(dòng)作，極1系統(tǒng)閉鎖，功率損失1454MW。

此次故障過(guò)程中，線(xiàn)路第一次重啟成功。5s后再次發(fā)生故障，重啟兩次失敗直流閉鎖，損失負(fù)荷1454MW，隨后切除三組交流濾波器。500kV交流系統(tǒng)電壓有三次明顯的速降：第一次直流線(xiàn)路故障重啟過(guò)程中；第二次電壓速降對(duì)應(yīng)第二次直流線(xiàn)路重啟；第三次對(duì)應(yīng)重啟及閉鎖過(guò)程中，統(tǒng)計(jì)過(guò)程中500kV交流系統(tǒng)電壓及調(diào)相機(jī)無(wú)功出力情況如下表：

表3 線(xiàn)路故障重啟成功過(guò)程電壓變化情況Tab.3 Voltage change during line fault successful restart

表4 線(xiàn)路故障重啟成功過(guò)程無(wú)功變化情況Tab.4 Reactive power changes during line fault successful restart

表5 線(xiàn)路故障重啟不成功過(guò)程電壓變化情況Tab.5 Voltage changes during line fault unsuccessful restart

表6 線(xiàn)路故障重啟不成功過(guò)程無(wú)功變化情況Tab.6 Reactive power variation during line fault unsuccessful restart

從以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表可知：第一次線(xiàn)路故障重啟成功過(guò)程中，調(diào)相機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間大概為0.02s，第二次及第三次重啟過(guò)程無(wú)功變化和電壓變化情況趨勢(shì)上是等同的，時(shí)間上稍有差別。

下面三幅圖分別為故障發(fā)生時(shí)極保護(hù)內(nèi)置錄波、極1閉鎖時(shí)故障錄波及#1調(diào)相機(jī)的PMU錄波，見(jiàn)下圖：

圖3 極保護(hù)內(nèi)置錄波Fig.3 Pole valve protection built-in recorded wave

圖4 極1低換流變內(nèi)置錄波Fig.4 Pole 1 low rheology built-in recording wave

圖5 1調(diào)相機(jī)出力PMU錄波圖Fig.5 Output PMU recorded diagram of #1 phase modifier

此次直流系統(tǒng)閉鎖100ms后，三組交流濾波器相繼切除，500kV交流母線(xiàn)電壓恢復(fù)正常，在未切除前調(diào)相機(jī)比正常進(jìn)相運(yùn)行時(shí)多吸收50MVar無(wú)功用于補(bǔ)償電壓。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)魯固直流系統(tǒng)線(xiàn)路發(fā)生故障后再重啟過(guò)程的解析，分析了整流側(cè)在直流輸電線(xiàn)路雙極相繼閉鎖電壓無(wú)功變化情況，驗(yàn)證了調(diào)相機(jī)在交流系統(tǒng)電壓出現(xiàn)大幅波動(dòng)后的瞬態(tài)響應(yīng)特性。

扎魯特部署新一代調(diào)相機(jī)的主要目的是提供動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，提高近區(qū)電壓穩(wěn)定水平，抑制暫態(tài)過(guò)電壓與電壓跌落。鑒于魯固直流當(dāng)前輸送功率的情況，調(diào)相機(jī)運(yùn)行于進(jìn)相模式，以保證更多的無(wú)功儲(chǔ)備以抑制暫態(tài)電壓的跌落。隨著更多交流線(xiàn)路的接入以及魯固直流輸送功率的增大，作為直流輸電的送端，扎魯特配置的調(diào)相機(jī)將會(huì)運(yùn)行于遲相狀態(tài)，抑制直流故障期間的過(guò)電壓。