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        南方電網(wǎng)直流輸電工程的交流濾波器保護(hù)

        2011-03-04 12:07:52朱韜析郭衛(wèi)明何杰
        電力建設(shè) 2011年1期
        關(guān)鍵詞:交流系統(tǒng)

        朱韜析,郭衛(wèi)明,何杰

        (南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局,廣州市,510405)

        0 引言

        直流輸電具有傳送功率大、線路造價(jià)低、控制性能好等優(yōu)點(diǎn),是目前發(fā)達(dá)國(guó)家作為高電壓、大容量、長(zhǎng)距離送電和異步聯(lián)網(wǎng)的重要手段[1-2],而我國(guó)要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的西電東送,高壓直流輸電的大規(guī)模應(yīng)用是必然選擇。1996年以前我國(guó)直流輸電工程技術(shù)基本上完全依賴國(guó)外,三峽工程建設(shè)及“西電東送”戰(zhàn)略部署實(shí)施后,我國(guó)直流輸電工程規(guī)模不斷擴(kuò)大,為了迅速提升包括直流輸電設(shè)備制造業(yè)在內(nèi)的國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)技術(shù)水平,我國(guó)采取了引進(jìn)技術(shù)、不斷消化吸收、逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的發(fā)展戰(zhàn)略[3]。

        本文以我國(guó)南方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)為例,從最初的天廣直流輸電系統(tǒng)中由外方設(shè)計(jì)、制造,到現(xiàn)在的±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)中完全實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,概述了我國(guó)南方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)不斷完善和發(fā)展的歷程。

        1 交流濾波器的常見(jiàn)接線方式及保護(hù)的構(gòu)成

        交流濾波器是直流輸電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一,不僅提供換流所需的無(wú)功,還可以濾除諧波[1-2]。因此,為交流濾波器配置合理的保護(hù)系統(tǒng),不但可以保證設(shè)備的安全,對(duì)交直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也有很大的益處。換流站內(nèi)往往有多組交流濾波器,如圖1所示,一般分為若干大組,分別連接在交流母線上;每大組交流濾波器又由若干小組交流濾波器組成。

        因此,交流濾波器的保護(hù)系統(tǒng)主要由2部分組成,即各小組交流濾波器的保護(hù)以及各大組交流濾波器母線的保護(hù)[4]。

        2 天廣直流輸電系統(tǒng)采用的交流濾波器保護(hù)

        2.1 天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)

        天廣直流輸電系統(tǒng)于2001年6月雙極投入運(yùn)行,工程設(shè)計(jì)和設(shè)備制造基本由德國(guó)SIMENSE公司承擔(dān)。

        天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)采用冗余配置,各母線保護(hù)配置相同,保護(hù)系統(tǒng)1中設(shè)置的保護(hù)功能、采用裝置及動(dòng)作如表1所示。

        保護(hù)系統(tǒng)2中設(shè)置的保護(hù)功能、采用裝置及動(dòng)作如表2所示。

        2.2 天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)

        天廣直流輸電系統(tǒng)內(nèi)交流濾波器小組主保護(hù)通過(guò)SIMADYN D高速數(shù)字式控制系統(tǒng)[5-6]實(shí)現(xiàn),同類型的交流濾波器組小組主保護(hù)配置相同,保護(hù)功能如表3所示。

        各小組交流濾波器還設(shè)有后備保護(hù),保護(hù)配置均相同,每1大組交流濾波器的各小組后備保護(hù)安裝在同一保護(hù)屏內(nèi),保護(hù)功能如表4所示。

        表1 天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)系統(tǒng)Tab.1 The protection system 11 of AC filterbususe din Tian-Guang HVDC system

        表2 天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)系統(tǒng)Tab.2 The protection systemof AC filterbusus sedin Tian-Guang HVDC system

        表3 天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組主保護(hù)Tab.3 Themain protectionsofAC filterus sedin Tian-Guang HVDC system

        表4 天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組后備保護(hù)Tab.4 The backup protection of AC filterus sedin Tian-Guang HVDC system

        2.3 天廣直流輸電系統(tǒng)采用的交流濾波器保護(hù)存在的主要問(wèn)題

        運(yùn)行中,天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)暴露出了一些設(shè)計(jì)上的問(wèn)題,主要包括:

        (1)交流濾波器小組保護(hù)無(wú)冗余配置,增加了小組保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

        (2)交流濾波器小組主保護(hù)組屏方式存在較大問(wèn)題。以逆變側(cè)廣州換流站為例,站內(nèi)共有11小組交流濾波器,分為3大組,每1大組各有2面小組主保護(hù)屏,即除了1面屏外,其他各屏內(nèi)均安裝了2小組交流濾波器主保護(hù)。顯然,這給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)了更多的困難。

        2010年3月,對(duì)天廣直流輸電系統(tǒng)的控制保護(hù)進(jìn)行了改造,采用SDZ-100A、SDR-100A微機(jī)型成套保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)交流濾波器保護(hù)功能。

        3 貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)采用的交流濾波器保護(hù)

        3.1 貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)

        貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)分別于2004年和2007年雙極投入運(yùn)行,其交流濾波器保護(hù)配置基本相同。

        貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)大組母線保護(hù)采用冗余配置,各母線保護(hù)配置相同,保護(hù)系統(tǒng)1內(nèi)的保護(hù)功能、采用裝置及動(dòng)作如表5所示。

        保護(hù)系統(tǒng)2內(nèi)的保護(hù)功能、采用裝置及動(dòng)作如表6所示。

        對(duì)比貴廣I、II回和天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù),可知貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)采用交流濾波器大組母線保護(hù),不僅保護(hù)裝置有所更新,而且保護(hù)功能更加完善。

        表5 貴廣i、i i回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)系統(tǒng)Tab.5 The protection systyem 11 ofAC filterbusus sedin Gui-Guang Iand IIHVDC systyem

        表6 貴廣i、i i回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)系統(tǒng)Tab.6 The protection systyem of AC filterbusus sedin Gui-Guang Iand IIHVDC systyem

        3.2 貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)

        貴廣I回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)功能通過(guò)SIMADYN D和CPR97繼電裝置實(shí)現(xiàn),貴廣II回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)功能通過(guò)SIMADYN D和CPR04繼電裝置實(shí)現(xiàn),每種類型的交流濾波器小組保護(hù)配置相同,每1小組各有2套保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成冗余配置。

        貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)的功能基本相同,如表7所示。

        表7 貴廣I 、Ⅱ 回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)Tab.7 The protection of AC filterusedin Gui-Guang Iand IIHVDC systyem

        對(duì)比貴廣I、II回和天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù),可知其保護(hù)功能基本相同,只是在貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)中,交流濾波器小組保護(hù)實(shí)現(xiàn)了冗余配置,提高了保護(hù)的可靠性。

        但是,貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)的冗余配置仍存在這樣的問(wèn)題:每1大組交流濾波器的各小組交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)1的SIMADYN D裝置統(tǒng)一安裝在同一屏內(nèi),CPR97(CPR04)裝置統(tǒng)一安裝在另一面屏內(nèi);保護(hù)系統(tǒng)2的SIMADYN D裝置再統(tǒng)一安裝在同一屏內(nèi),CPR97(CPR04)裝置統(tǒng)一安裝在另一面屏內(nèi)。這同樣給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)了一定的困難。

        4 ±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)采用的交流濾波器保護(hù)

        4.1 ±800kV云廣直流輸電系統(tǒng)穗東換流站交流濾波器大組母線保護(hù)

        ±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器及相關(guān)保護(hù)已于2009年6月調(diào)試完畢并投入運(yùn)行。以逆變側(cè)穗東換流站為例,其交流濾波器保護(hù)均采用了微機(jī)型保護(hù)裝置。

        ±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)穗東換流站交流濾波器大組母線保護(hù)采用完全冗余的配置方案,每大組母線保護(hù)均配有2套保護(hù)系統(tǒng),各大組母線保護(hù)配置相同,使用了許繼電氣股份有限公司研制生產(chǎn)的SDZ-101A微機(jī)型交流濾波器大組成套保護(hù)裝置。交流濾波器大組母線保護(hù)功能及動(dòng)作后果如表8所示。

        表8 云廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)系統(tǒng)Tab.8 The protection system of AC filterbusus sedin Yun-Guang HVDC systyem

        4.2 ±800kV云廣直流輸電系統(tǒng)穗東換流站交流濾波器小組保護(hù)

        ±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)穗東換流站交流濾波器小組保護(hù)均通過(guò)許繼電氣股份有限公司研制生產(chǎn)的SDR-101A微機(jī)型交流濾波器成套保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn),同類型的交流濾波器小組保護(hù)配置相同,每1小組交流濾波器保護(hù)均由2套保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成冗余配置,2套保護(hù)系統(tǒng)在物理和電氣上完全獨(dú)立。交流濾波器小組保護(hù)功能及動(dòng)作后果如表9所示。

        表9 云廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組主保護(hù)Tab.9 Themain protection of AC filterus sedin Yun-Guang HVDC systyem

        顯然,±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)穗東換流站采用的交流濾波器大組母線保護(hù)及小組保護(hù)功能,相對(duì)貴廣I、II回并無(wú)實(shí)質(zhì)性改進(jìn),但是存在以下優(yōu)越性:

        (1)全部采用了微機(jī)型保護(hù)裝置,不僅使用方便,還有助于改善保護(hù)的動(dòng)作特性和性能,提高可靠性。

        (2)完全實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,采用全漢化技術(shù),調(diào)試、打印報(bào)告全漢化輸出,同時(shí)還提供了調(diào)試分析軟件,便于調(diào)試和事故分析,相對(duì)其他直流輸電系統(tǒng)采用的全外文保護(hù)系統(tǒng),這給運(yùn)行維護(hù)提供了相當(dāng)?shù)谋憷?/p>

        (3)交流濾波器小組保護(hù)實(shí)現(xiàn)了真正的冗余配置,這不僅有助于運(yùn)行維護(hù)人員開(kāi)展工作,還大大提高了保護(hù)的可靠性。

        5 結(jié)語(yǔ)

        天廣、貴廣I、II回、云廣直流輸電系統(tǒng)所采用的交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)中,保護(hù)原理并沒(méi)有大的變化,但是,早期由外方總承包的天廣直流輸電系統(tǒng)中,交流濾波器保護(hù)不僅沒(méi)有冗余配置,組屏方式也存在較大缺陷;隨后仍由外方負(fù)責(zé)的貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)所采用的交流濾波器保護(hù),只是對(duì)天廣直流輸電系統(tǒng)采用的交流濾波器保護(hù)進(jìn)行了一定的改進(jìn);而近期投產(chǎn)的云廣直流輸電系統(tǒng),則完全實(shí)現(xiàn)了交流濾波器保護(hù)國(guó)產(chǎn)化、微機(jī)化,這不僅提高了保護(hù)的可靠性,也更有利于運(yùn)行維護(hù)工作。

        根據(jù)我國(guó)南方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)交流濾波器保護(hù)的發(fā)展歷程中可以看出,從外方總承包的天廣直流輸電工程,到“中外合作、外方負(fù)責(zé)、中方為主工作”的貴廣I回直流工程,再到貴廣II回直流輸電工程和±800 kV云廣直流輸電工程,我國(guó)直流輸電技術(shù)走了一條“引進(jìn)技術(shù)—消化吸收—國(guó)產(chǎn)化”的發(fā)展道路,這促使我國(guó)直流輸電技術(shù)在短短10年間得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,同時(shí)還有效降低了工程造價(jià)、擺脫了技術(shù)依賴、促進(jìn)了我國(guó)民族工業(yè)快速發(fā)展[7-10]。

        [1]浙江大學(xué)發(fā)電教研組直流輸電科研組.直流輸電[M].北京:水利電力出版社,1985.

        [2]趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2004:218-219.

        [3]常浩.我國(guó)高壓直流輸電工程國(guó)產(chǎn)化回顧及現(xiàn)狀[J].高電壓技術(shù),2004,30(11):3-4,36.

        [4]文繼鋒,陳松林,李海英,等.交流濾波器保護(hù)配置和實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2006,30(2):109-112.

        [5]賀智.高壓直流輸電工程西門(mén)子直流保護(hù)硬件分析[J].中國(guó)電動(dòng)車,2006(10):69-70.

        [6]丁揚(yáng).基于SIMADYN D的FSC和TCSC串聯(lián)補(bǔ)償控制技術(shù)[J].中國(guó)電力,2001,34(3):39-41.

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        [8]尚春.特高壓輸電技術(shù)在南方電網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用[J].高電壓技術(shù),2006,32(1):35-37.

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        [10]常浩,樊紀(jì)超.特高壓直流輸電系統(tǒng)成套設(shè)計(jì)及其國(guó)產(chǎn)化[J].電網(wǎng)技術(shù),2006,30(16):1-5.

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