直流融冰兼SVC装置阀组检修作业方法研究

曾智翔，王贵山，何学敏，袁新星

(1.中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局，广西 柳州 545006;2.武汉科迪奥电力科技有限公司，湖北 武汉 430223)

1 引言

鉴于输电线路覆冰的重大危害性，采取机械除冰、热力融冰等多种措施进行输电线路融冰已成为保证电网安全稳定、提高供电可靠性的重要方法和手段。其中，直流融冰技术具有实现简单、通用性强、适用性广、融冰效果好等特点，被广泛应用于输电线路融冰作业中。我局500kV桂林变电站直流融冰兼SVC装置已多次应用于融冰作业，取得了较为显著的效果。但是，该装置技术先进、系统集成度较高、关键零部件检修缺乏相关标准，导致检修工作进展缓慢，影响了设备的可使用率，因此，开展直流融冰兼SVC装置关键部件检修作业方法研究具有重要意义。

2 直流融冰兼SVC装置简介

直流融冰兼SVC装置同时具有直流融冰和动态无功补偿功能(SVC)，通过直流融冰兼SVC装置的后台操作相应的转换刀闸实现融冰回路与SVC功能的切换。

直流融冰装置一般采用两台整流变压器带12脉动换流器方式，利用直流短路电流在导线电阻中产生热量使覆冰融化。采用可控整流方式可实现零起升压和升流，对系统冲击小;配置自动控制和保护设备，通过对晶闸管阀组触发角的控制，结合现场的线路类型、覆冰状况、气象条件等因素，控制直流融冰电流，以达到线路稳定的最佳融冰温度，适用于不同长度、不同类型线路。

SVC是一个动态的无功源，在换流变阀侧加装一组电抗器与阀形成阀控电抗器TCR与滤波电容组成TCR型SVC，平衡系统无功，起到平抑系统电压、提高功率因数的作用。

3 直流融冰兼SVC装置阀组检修作业方法研究

3.1 晶闸管检修作业

晶闸管是直流融冰兼SVC装置晶闸管整流器(兼TCR阀组)的重要组成部分。在融冰模式下，晶闸管作为整流器使用;在SVC模式下，作为TCR阀组使用，TCR阀组通过控制晶闸管的导通角可改变电抗器支路的电流。当直流融冰兼SVC装置晶闸管发生故障的时候，后台监控系统将会自动发出故障报警信号，自动显示发生故障的晶闸管的位置及编号，已经损坏的晶闸管元件，通常情况下，其阳极和阴极之间总是处于导通状态;而未发生故障的晶闸管元件，若其门极未得到触发信号，两极之间的电阻应大于100kΩ。根据上述故障状态可制订如图1所示的检修作业流程。

图1 晶闸管检修作业流程

3.2 晶闸管控制单元检修作业

晶闸管控制单元(TCU)是直流融冰兼SVC装置阀组的核心控制部件，基于光电触发控制技术设计，其主要具备如下基本功能:(1)接受后台监控系统命令，触发晶闸管;(2)实现晶闸管过电压保护;(3)监视晶闸管的状态，并回送相应的光脉冲信号IP;(4)具备保护性触发功能;(5)具备反向恢复保护功能。

当TCU发生故障的时候，系统施加触发脉冲后，晶闸管无法导通，致使送往晶闸管的触发信号无法正常发出或者触发信号丢失，后台监控上阀控制单元(VCU)指示灯不能正确显示，系统将会自动发出故障报警信号，自动显示发生故障的TCU位置及编号。TCU检修作业流程如图2所示。

3.3 阻尼电阻检修作业

直流融冰兼SVC装置阀组中的阻尼电阻为直接水冷电阻，当其发生故障的时候，后台监控系统将会自动发出故障报警信号，自动显示发生故障的阻尼电阻的位置及编号。此时，检查阻尼电阻表面是否存在损伤、变形等情况，通常情况下，损坏的阻尼电阻元件电阻都会发生很大的变化或者表面会烧黑、漏水，一个正常的阻尼电阻元件阻值在40Ω左右，如果该阻尼电阻阻值是无穷大，那证明该阻尼电阻已经烧坏，或者该阻尼电阻已经漏水，说明该阻尼电阻也已经无法使用了。阻尼电阻检修作业基本流程图如图3所示。

图2 TCU检修作业流程

图3 阻尼电阻基本检修流程

3.4 阻尼电容器检修作业

阻尼电容器采用圆形外壳密封结构，主要用于阀组晶闸管阻尼回路中，作为晶闸管元件开断过电压震荡的阻尼。当阻尼电容器发生故障的时候，后台监控系统将会自动发出故障报警信号，自动显示发生故障的阻尼电容器的位置及编号。已经损坏的阻尼电容，通常情况下都会表面鼓起或者表面破裂，且电容的容值会发生较大改变，用电容表来测试其实际容值会跟其设计容值相差超过±2%。根据故障特征，对阻尼电容器进行检修作业的流程如图4所示。

图4 阻尼电容器基本检修流程

4 直流融冰兼SVC装置阀组检修作业仿真系统研究

为了进一步提升直流融冰兼SVC装置阀组检修作业培训效果，提高作业人员的作业技能，采用虚拟现实技术，以形象直观的方式展现标准作业方法，以虚拟互动的形式模拟检修作业实操过程，使作业人员掌握直流融冰兼SVC装置阀组检修作业方法，我们研究开发了冰兼SVC装置阀组检修作业仿真系统。

(1)底层设计

整个系统的底层平台基于Quest3D平台开发包。采用成熟的开放源代码，搭建起层次清晰、性能稳定的系统架构，并通过层与层之间的松散耦合，增加代码重用率，提高开发效率，保证了业务的扩展性。

(2)软件功能设计

仿真操作功能基于标准化作业方法设计，模拟直流融冰兼SVC装置阀组检修作业典型项目中的真实环境、操作流程、作业方法，可对晶闸管、晶闸管控制单元(TCU)、阻尼电阻、阻尼电容器等典型检修作业项目进行仿真操作，对检修作业工况进行三维展示，并对重点操作环节进行细致演示，仿真效果真实直观，培训学员可通过鼠标、键盘灯虚拟外设与虚拟环境发生交互，操作虚拟电工完成整个检修作业的各个环节，并可利用虚拟环境提供的视觉、听觉反馈，获得到几近真实的虚拟培训感受。

(3)软件支撑平台

软件开发用到了如下开发软件:VC++6.0、Quest3D、3Dmax8.0。其中，VC++是开发程序非常常用的软件，具有稳定性好，完全支持面向对象编程的特点;Quest3d是虚拟现实基础开发平台，与其类似的软件有OGRE和VIRtools。和OGRE相比，Quest3d具有开发速度快、应用程序稳定的优势;与VIRtools相比，Quest3d具有开发成本低、周期更短优势。

(4)软件设计

软件设计主要包括检修作业中的模型与场景设计、建模，动画制作及程序设计等。

图5 作业场景及设备人物模型

(5)典型作业项目开发

针对第2章所述的作业流程，开发典型作业项目，展示其标准化仿真作业流程。

(6)仿真动画录制

利用FRAPS V3.3.9软件对直流融冰兼SVC装置阀组检修仿真系统进行视频录制，形成阀组检修作业视频，涵盖晶闸管、晶闸管控制单元(TCU)、阻尼电阻、阻尼电容器等检修作业过程，仿真系统界面如图6所示。

图6 仿真系统界面

5 结束语

直流融冰兼SVC装置在融冰抗冰及提高系统输电能力中发挥了越来越大的作用，针对直流融冰兼SVC装置的检修工作的紧迫性也日益凸显。文章对直流融冰兼SVC装置进行了介绍，针对晶闸管、晶闸管控制单元、阻尼电阻及阻尼电容器检修作业编制了标准化作业流程，并直流融冰兼SVC装置阀组检修作业仿真系统设计进行了概述，对提高检修作业技能水平具有一定的实际应用价值。

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