SVC 兼直流融冰模式的试验研究

2012-09-22田茂城王飞义

电气技术 2012年11期

田茂城王飞义

（1.中国南方电网超高压输电公司贵阳局，贵阳 550003；2.荣信电力电子股份有限公司，辽宁鞍山 114051）

2008年冰冻灾害给南方电力系统造成的危害，引起人们对除冰和融冰技术的重视。国内第一批自主研发的大功率直流融冰装置得到了广泛应用，并取得了良好效果。大范围直流融冰装置的投运，也带来了一系列需要解决的问题，一些标准还有待完善。其中，新设备投运前，进行现场可靠和有效性试验是必须开展的一项工作，而目前没有可供参考的文献资料。本文对500kV独山变电站的SVC兼直流融冰装置的融冰模式下的系统调试进行探讨，从试验的一般原则出发，结合现场实际，讨论装置直流融冰模式下的试验方法和要求，并给出相关试验数据，可供相关工程技术人员参考。

1 SVC兼直流融冰装置介绍

1.1 基本配置

独山站 SVC兼直流融冰装置是采用可控晶闸管技术具有无功补偿和直流融冰双重复合功能的电力电子设备。在一般情况下， SVC主要用于无功补偿，根据电力系统需要自动提供连续可调无功，稳定系统电压，提高系统效率，达到节能目的。当线路发生冰冻灾害时，装置转换为融冰模式，采用可控硅整流的直流融冰装置具有输出直流电压电流可控和可连续调节的特点，具有良好的融冰效果。独山站SVC兼直流融冰装置采用12脉光控晶闸管全控整流电路，同时设计配备了5次、7次、11次、13次滤波器。

1.2 装置参数

独山SVC兼直流融冰装置在融冰和SVC两种模式下参数见表1。

1.3 滤波支路参数

滤波支路用以吸收系统或负载的谐波电流，同时提供容性感性无功，实现动态双向无功调节。独山站各滤波支路参数见表2。

图1 500kV独山站直流融冰兼SVC装置主接线图

表1 SVC兼直流融冰装置参数

表2 滤波支路参数

2 融冰模式试验

现场试验是为了验证新增设备的性能及其动作行为的正确性，以及新设备运行对电网的稳定性的影响，以下主要讨论融冰模式下的现场试验。

2.1 试验准备

1）融冰线路引接

目前常用的接线方式为，融冰线路一端由引流线短接，另一端直接与融冰管母线相连，通过直流融冰装置对线路施加直流电压。通过线路选择隔离开关，直流融冰装置可以选择如图2所示的两种线路连接模式：1-1融冰模式接线和1-2融冰模式接线。

2）一次设备充电试验

图2 两种融冰线路连接模式

试验开始须具备以下两个条件：①试验前30min启动水冷及空调系统，确认水冷、空调系统处于正常运行状态；②由于现场一次设备均属于新安装设备，试验之前应对所有一次设备进行充电试验，验证设备的完整性、交流电压承受能力以及设备施工安装的正确性。试验方法按标准进行。

2.2 融冰装置起/停试验

装置起/停试验是指以约为额定电流 10%的小电流进行的融冰装置解锁和闭锁试验。目的为检验直流融冰装置的解锁和闭锁功能，同时校核控制和测量信号的正确性。

以独山站为例，在最小直流电流定值360A下解锁换流器。电流升至目标电流后，保持10min，在此期间，校核控制保护系统中各交/直流电压信号和各交/直流电流信号，核实工作站上显示的交流和直流电压、直流电流以及触发角信号和换相角，同时记录500kV和35kV母线谐波电压和电流、无功功率、各换流变中性点电流、SVC装置接地点电流及线路各测温点温度。最后，闭锁换流器，试验结束。

图3为装置起/停试验解锁状态下换流变阀侧电压和电流。可以看出，装置在直流融冰模式下可以正常起动，操作功能正常，在换流变阀侧他和35kV侧均未出现过电压。装置闭锁后，操作功能正常。图4为装置起/停试验闭锁状态下换流变阀侧电压、320开关电流、35kV侧电压。装置闭锁后，操作功能正常，在换流变阀侧和35kV侧均未出现过电压。

图3 装置起/停试验换流变阀侧解锁状态电压和闭锁状态电流

图4 装置起/停试验闭锁状态下换流变阀侧电压，320开关电流，35kV侧电压

2.3 手动紧急停运试验

在融冰装置运行过程中可能出现紧急情况，为了不造成事故，需要紧急停运融冰装置。紧急停运试验是验证在带电情况下装置紧急停运动作顺序及动作逻辑的正确性及可靠性。

试验在最小直流电流定值下解锁换流器，将电流逐步升至目标电流后，停留一定时间，按下紧急停运按钮，启动直流融冰模式紧急停运程序，装置先闭锁换流阀，后跳开交流侧开关。试验后检查紧急停运顺序执行是否正确；检查融冰装置阀体、开关、刀闸等一次设备。图5为换流变阀侧电流和35kV侧电压及 320 开关电流。图6所示为换流变阀侧电压和中性线电流及中性点接地电流。由图 5和图 6所示可以看出，电流和电压变化正常，显示其紧急停运功能完善。

图5 换流变阀侧电流和35kV侧电压及320开关电流

图6 换流变阀侧电压和中性线电流及中性点接地电流

2.4 空载升压试验

空载升试验时融冰装置直流侧在不带负载情况下解锁，直流电压上升至预设目标电压。目的是检查融冰装置阀的触发能力、直流电压耐受和控制能力，以及直流测量系统的正确性。12脉动直流融冰装置在触发角大于60°时，直流侧理想开路电压为

式中，Udop为融冰装置正负极间直流电压差；Udio为融冰装置无相控理想空载直流电压，Udio= 3E /π ，E为交流线电压有效值；a为触发角。当触发角为 60°时融冰装置直流直流开路电压达到最大值 Udioc，在触发角小于 60°时开路电压与触发角无关均为最大值。

试验步骤：①试验前，检查确认直流融冰兼SVC装置控制系统为“融冰”状态，选择“电压控制方式”；②设定目标电压值为16kV，合上融冰装置交流320断路器；③点击直流融冰兼SVC装置监控界面的“融冰解锁”操作键解锁换流器，保持10min。

试验期间，需要密切监视阀体、融冰管母线、接头、金具等。试验结束后，运行人员通过设定目标电压下降直流电压后，闭锁融冰装置。

图7所示额定电压16kV，1B-2AC模式下自动触发方式解锁和闭锁换流器#1换流变阀侧及 35kV侧电压波形。在空载升压试验中，35kV母线电压、换流变阀侧电压及直流电压均未出现过电压，后台监控设备显示数据均相符。闭锁过程中，设备电压变化正常。

图7 额定电压16kV，1B-2AC模式下自动触发方式解锁和闭锁换流器#1换流变阀侧及35kV侧电压

2.5 保护跳闸试验

保护跳闸试验是为了验证装置的融冰模式的阀短路、水冷故障保护均能正常动作。

在解锁状态下，模拟阀短路保护和直流差动保护动作跳闸，记录顺序事件（SER）及保护动作报文，核实保护跳闸是否正确。

在解锁状态下，停留5min后进行阀冷却系统故障报警试验。断开水冷系统第一路工作电源，模拟水冷运行工作电源故障，确认水冷系统工作正常，直流融冰兼 SVC装置运行不受到影响， SER 报警正确，自动投入第二路电源阀冷却系统装置电源，记录和分析告警启动 DFR，记录顺序事件（SER）。记录顺序事件（SER）如图8所示。

图8 水冷系统故障保护的SER

图9 阀短路保护动作的SER

通过SER图形可知，阀短路保护、水冷系统保护功能具备，延时定值满足系统要求，保护功能具备投入运行条件。

2.6 带融冰线路大电流试验

大电流试验是为了检验装置直流融冰电流升/降功能及融冰装置在较大负荷下的运行特性。大电流试验完全模拟融冰时的实际工况，考核融冰装置在最大设计容量运行的效果。试验时，在最小解锁电流下解锁。在试验允许最大电流上停留时间大于30min，测量线路温升验证装置融冰效果。试验后，设定目标电流为最小解锁电流，待电流降至最小解锁电流后闭锁装置。更换另一种融冰模式，重复试验过程，验证装置在不同融冰模式下能否满足融冰要求。

试验核实对应接地电流、35kV侧谐振电压、320开关侧谐波电压及谐波电流，部分波形记录如图10所示。

图10 1B-2AC模式直流电流3600A时交流侧电压电流

图11 1B-2AC模式直流电流3600A时直流侧电压电流

图12 1B-2AC模式下线路监测点温度测量值

根据红外测温记录可知：试验按照阶梯升流至3600A后，线路最大温升达 3.5K。在融冰兼 SVC装置融冰模式装置大电流试验中，每个升流过程均未出现过电压或涌流过大的现象，每个稳定阶段中中性线电流均达到设定值，最大直流电流能顺利升到 3600A。500kV独山变电站SVC兼直流融冰工程在所测工况下，计及背景谐波情况下，谐波值均在国际标准值规定以内。