南海某油田輕型直流輸電系統(tǒng)調(diào)試

駱金龍

摘 ? 要：輕型直流輸電作為新一代直流輸電技術，其在結構上與高壓直流輸電類似，仍是由換流站和直流輸電線路構成。本文介紹了南海某油田輕型直流輸電系統(tǒng)的基本情況，敘述了柔性直流輸電系統(tǒng)的工作原理，重點總結了此次直流輸電系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試的經(jīng)驗，完善了現(xiàn)場調(diào)試步驟及注意事項，提煉了總結過程中問題的解決方法。

關鍵詞：直流輸電系統(tǒng) ?現(xiàn)場調(diào)試 ?解決方法

中圖分類號：TE95 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（a）-0035-02

南海某油田使用榮信HVDC系列輕型直流系統(tǒng)作為平臺之間的電力輸送，項目進入設備調(diào)試階段。工程調(diào)試分為前期準備、調(diào)試、試運行。前期準備階段主要是對該系統(tǒng)一次設備、二次設備進行校核;調(diào)試階段對該系統(tǒng)進行全面試驗;試運行階段即在所有一、二次設備帶電、全部功能均投入運行的情況下，檢驗系統(tǒng)的合理性。

1 ?前期準備

1.1 輕型直流輸電系統(tǒng)

高壓直流輸電（HVDC）技術始于20世紀60年代，隨著電力電子器件和控制技術的飛速發(fā)展，采用IGBT、IGCT等元件構成電壓源型換流站（VSC）來進行直流輸電成為可能。由于這種方式的功能強，體積小，可以減少換流站的濾波系統(tǒng)，省去換流變壓器，簡化換流站結構，而稱之為輕型直流輸電（HVDC Light）。

榮信HVDC系列輕型直流系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡化控制，采用光纖通訊技術，系統(tǒng)抗電磁干擾能力強，運行更加安全可靠，和用戶現(xiàn)場靈活接口，滿足用戶的不同需求。

1.2 前期的準備情況

調(diào)試人員對所有一次設備進行絕緣檢查，根據(jù)設計對所有保護系統(tǒng)的參數(shù)重新校核;檢查所有開關、單元的位置和狀態(tài)，進行一次、二次設備外觀;檢查一次、二次回路與接線圖是否一致;檢查各個接地點是否牢固。

2 ?系統(tǒng)調(diào)試

2.1 整流站調(diào)試

2.1.1 控制柜電源檢測

調(diào)試目的：確保設備電源工作良好。試驗步驟：控制系統(tǒng)上電，用萬用表測試線號為A、B、C相間的交流電壓;用萬用表分別測量插座口的電壓為220V、直流電源輸出的電壓為±15V、直流電源輸出電壓為±5V、直流電源輸出的電壓24V。如測量值不符合，則進行調(diào)整。

2.1.2 接觸器功能試驗

調(diào)試目的：確保設備接觸器工作良好。試驗步驟：分別檢查高壓真空接觸器、KM11、KM12、KM13分合閘功能是否正常，其反饋信號燈是否正常。

2.1.3 急停動作檢測

調(diào)試目的：確保設備急停按鈕工作良好。試驗步驟：拍下急停，其對應的繼電器將由亮變滅，否則急停信號存在故障，并可從觸摸屏查看到相應急停故障信息。復查后，重新測試并做好記錄。

2.1.4 觸摸屏檢測

調(diào)試目的：確保觸摸屏工作正常。試驗步驟：控制系統(tǒng)上電，所有功率單元板卡供低壓電;從觸摸屏設置參數(shù)并確認顯示參數(shù)與設置參數(shù)一致。

2.1.5 低壓充電合閘實驗

調(diào)試目的：確認設備低壓充電邏輯正常。試驗步驟：控制系統(tǒng)上電，從觸摸屏選擇低壓調(diào)試選項;給所有功率單元板卡供低壓電，觀察接觸器動作順序;充電接觸器吸合30s后進線接觸器合閘，則表示充電邏輯正常。

2.1.6 變壓器超溫保護試驗

調(diào)試目的：確保設備保護系統(tǒng)運行正常。試驗步驟：給控制系統(tǒng)上電，從變壓器溫度檢測儀給入超溫跳閘信號，查看觸摸屏故障信息顯示是否正確，復位以后重復上面步驟。

2.1.7 低壓反充電試驗

調(diào)試目的：確認設備低壓反充電工作正常。試驗步驟：給控制系統(tǒng)上電，確認直流輸出隔離開關QS1處于斷開狀態(tài)，從觸摸屏選擇“調(diào)試”功能選項，觀察接觸器動作順序以及合閘時功率單元電壓顯示。

2.1.8 高壓同步相位校驗

調(diào)試目的：確認設備高壓輸入與低壓控制電相位同步。試驗步驟：給控制系統(tǒng)上電，確認直流輸出隔離開關QS1處于斷開狀態(tài)，拍下柜內(nèi)急停按鈕，送10kV電源，確認高壓輸入系統(tǒng)與低壓交流供電系統(tǒng)相序一致。

2.1.9 高壓充電合閘試驗

調(diào)試目的：確認設備高壓充電合閘正常。試驗步驟：給控制系統(tǒng)上電，確認直流輸出隔離開關QS1處于斷開狀態(tài);拍下控制柜內(nèi)的急停按鈕，送10kV電源;解開急停按鈕，觸摸屏上選擇復位，單元開始充電約30s后高壓輸入接觸器閉合，此時在觸摸屏上的單元狀態(tài)中可以看到單元電壓在770V左右;拍下急停按鈕，斷開10kV電源。

2.1.10 高壓空載運行試驗

調(diào)試目的：考核設備高壓空載運行效果。試驗步驟：給控制系統(tǒng)上電，確認直流輸出隔離開關QS1處于斷開狀態(tài)，拍下控制柜內(nèi)的急停按鈕;送10kV電源，解開急停按鈕，功率單元反充電，等待整流側就緒（觸摸屏上顯示“輕型直流輸電設備已就緒”）;觸摸屏上點擊“起動”，整流運行。

2.2 逆變站調(diào)試

和整流站調(diào)試相同，對逆變站控制柜電源、急停動作檢測、觸摸屏檢測、變壓器超溫保護等進行調(diào)試，符合要求后，系統(tǒng)進入聯(lián)調(diào)階段。

2.3 直流輸電系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

2.3.1 高壓充電合閘試驗

整流站送10kV電源，設備進行低壓反充電;低壓反充電結束后，高壓進線接觸器合閘，設備顯示已就緒;啟動整流模塊，進入下一步試驗。

2.3.2 直流輸電設備空載運行

啟動整流站，低壓反充電達到6200V后，KM1自動閉合，給移相變壓器供電，設備正常后啟動整流單元，給海纜和逆變單元送電;啟動逆變柜，系統(tǒng)輸出設定值為400VAC;持續(xù)10min后停機，斷開整流站10kV電源，系統(tǒng)放電后，則可進入下一步試驗。

2.3.3 直流輸電設備輕載運行

將逆變柜接入輕載系統(tǒng)（電阻箱1000kW），整流站送10kV電源，等待整流站及逆變站就緒;啟動整流柜，監(jiān)控現(xiàn)場參數(shù);啟動逆變柜，監(jiān)控現(xiàn)場參數(shù)，逐步提高負載;持續(xù)10min后停機，斷開整流站10kV電源，系統(tǒng)放電后，則可進入下一步試驗。

2.3.4 直流輸電設備全載運行

將逆變柜接入全載系統(tǒng)（電阻箱2000kW）;整流站送10kV電源，等待整流站及逆變站就緒;啟動整流柜，監(jiān)測運行數(shù)據(jù)是否正常;啟動逆變柜，監(jiān)測運行數(shù)據(jù)是否正常，逐步提高負載;持續(xù)10min后停機，斷開整流站10kV電源，系統(tǒng)放電后，則可進入下一步試驗。

2.3.5 直流輸電設備半容量運行

將逆變柜接入輕載系統(tǒng)（電阻箱1000kW）;整流站送10kV電源，等待整流站及逆變站就緒;啟動整流柜，監(jiān)測運行數(shù)據(jù);啟動逆變柜，監(jiān)測運行數(shù)據(jù);隨機拔掉逆變柜上正極或負極功率單元所對應的任意一根光纖，檢查是否進入系統(tǒng)負極或正極半容量運行狀態(tài);持續(xù)10min后停機，斷開整流站10kV電源，等待系統(tǒng)放電完成，進入下一步試驗。

2.3.6 直流輸電系統(tǒng)與應急發(fā)電機并網(wǎng)調(diào)試

事前完成逆變站輸出的三相電源與平臺應急發(fā)電機輸出的三相電源進行電壓值、相序、頻率等進行校核，具備并網(wǎng)調(diào)試。調(diào)試步驟：檢查直流輸電系統(tǒng)逆變站輸出400VAC正常，啟動平臺應急發(fā)電機，帶上應急母排負荷;直流輸電系統(tǒng)給正常母排供電，應急發(fā)電機與正常母排進行并車，直流輸電帶載試運行。

3 ?故障排查

3.1 整流側帶電纜充電試驗故障排除

整流站先采用380V繞組給整流器預充電，待電壓上升到最高值后（設定值為6800V），由于帶40km海纜后，預充直流電壓達不到6800V，將設定值更改為6200V，充電成功。

3.2 整流站和逆變站功率元件柜故障排除

（1）整流站和逆變站兩邊重新對模塊各個接點進行檢查和加固，排除接線、插槽等松動影響。

（2）逆變站下載IGBT模塊過流保護程序，增加環(huán)流控制。

（3）IGBT為英菲琳和富士兩個品牌，但1200V/450A量級的IGBT沒有單獨檢測，IGBT老化不夠。

（4）逆變器各個模塊的電容電壓比較均衡，但每個逆變單元輸出的三相空載電流值差異較大，最大為28A，最小9A。從仿真的情況看，此時電流是非正弦電流，會存在差異。在帶載調(diào)試時，隨著負載的增加，空載狀態(tài)下電流大的模塊其電流值上升的慢，空載電流值小的模塊電流增加較快，且各個逆變單元的輸出電流逐漸平均，與理論基本相符。

3.3 中控操作站畫面信息和操控功能與現(xiàn)場操作站不統(tǒng)一

主要包括不能顯示功率單元的狀態(tài)和運行情況，如模塊的電壓，電流，功率，報警信息，故障代碼，IGBT溫度等;直流母排的電流在觸摸屏和上位機均無法顯示，另外接地極沒有裝設電流互感器，半容量運行時接地極的電流無法讀取，僅依靠單極的互感器顯示電流。

3.4 海纜保護

海上平臺海底電纜是相對比較脆弱的環(huán)節(jié)。為了保護海纜，防止短路電流對海底電纜造成不可逆的損害，建議在海纜兩端各增加一套限流電抗器和直流熔斷器，以消除電流的突變。

4 ?調(diào)試結果概述

本輪調(diào)試完成了輕型直流輸電系統(tǒng)啟動和停止實驗、輕載和全載試驗、單極帶載試驗;與應急發(fā)電機并車試驗等，驗證了該系統(tǒng)的可用性和可靠性，完成了不同功率控制方式下系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了預期的目標。

該系統(tǒng)開發(fā)尚不夠完善，數(shù)據(jù)錄取不全，響應速度不快，配件兼容性較差;作為一個新系統(tǒng)，油田現(xiàn)場缺少相應的技能人才，需要加強培養(yǎng);設備運行管理方面經(jīng)驗缺少，需進一步完善監(jiān)控系統(tǒng)，完善各項規(guī)程。

5 ?結語

該油田采用的輕型直流輸電系統(tǒng)作為一種新型的輸電方式，具有反應速度快、可控性好、體積小、線路輸電能力強、損耗小、兩側交流系統(tǒng)不需同步運行、發(fā)生故障時對電網(wǎng)造成的損失小、運行方式靈活、并能消除長距離海纜輸送交流電帶來的巨大容性無功等優(yōu)點。該系統(tǒng)的調(diào)試成功，積極推動了海上油田田大膽采用新技術的決心，特別適合用于長距離點對點大功率輸電，為海上油氣田電力輸送方式提供了一種全新的借鑒。

參考文獻

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