田茂城 王飛義

（1.中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司貴陽局，貴陽 550003；2.榮信電力電子股份有限公司，遼寧 鞍山 114051）

2008年冰凍災(zāi)害給南方電力系統(tǒng)造成的危害，引起人們對(duì)除冰和融冰技術(shù)的重視。國(guó)內(nèi)第一批自主研發(fā)的大功率直流融冰裝置得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好效果。大范圍直流融冰裝置的投運(yùn)，也帶來了一系列需要解決的問題，一些標(biāo)準(zhǔn)還有待完善。其中，新設(shè)備投運(yùn)前，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)可靠和有效性試驗(yàn)是必須開展的一項(xiàng)工作，而目前沒有可供參考的文獻(xiàn)資料。本文對(duì)500kV獨(dú)山變電站的SVC兼直流融冰裝置的融冰模式下的系統(tǒng)調(diào)試進(jìn)行探討，從試驗(yàn)的一般原則出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，討論裝置直流融冰模式下的試驗(yàn)方法和要求，并給出相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可供相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

1 SVC兼直流融冰裝置介紹

1.1 基本配置

獨(dú)山站 SVC兼直流融冰裝置是采用可控晶閘管技術(shù)具有無功補(bǔ)償和直流融冰雙重復(fù)合功能的電力電子設(shè)備。在一般情況下， SVC主要用于無功補(bǔ)償，根據(jù)電力系統(tǒng)需要自動(dòng)提供連續(xù)可調(diào)無功，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)效率，達(dá)到節(jié)能目的。當(dāng)線路發(fā)生冰凍災(zāi)害時(shí)，裝置轉(zhuǎn)換為融冰模式，采用可控硅整流的直流融冰裝置具有輸出直流電壓電流可控和可連續(xù)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，具有良好的融冰效果。獨(dú)山站SVC兼直流融冰裝置采用12脈光控晶閘管全控整流電路，同時(shí)設(shè)計(jì)配備了5次、7次、11次、13次濾波器。

1.2 裝置參數(shù)

獨(dú)山SVC兼直流融冰裝置在融冰和SVC兩種模式下參數(shù)見表1。

1.3 濾波支路參數(shù)

濾波支路用以吸收系統(tǒng)或負(fù)載的諧波電流，同時(shí)提供容性感性無功，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)雙向無功調(diào)節(jié)。獨(dú)山站各濾波支路參數(shù)見表2。

圖1 500kV獨(dú)山站直流融冰兼SVC裝置主接線圖

表1 SVC兼直流融冰裝置參數(shù)

表2 濾波支路參數(shù)

2 融冰模式試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是為了驗(yàn)證新增設(shè)備的性能及其動(dòng)作行為的正確性，以及新設(shè)備運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性的影響，以下主要討論融冰模式下的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1）融冰線路引接

目前常用的接線方式為，融冰線路一端由引流線短接，另一端直接與融冰管母線相連，通過直流融冰裝置對(duì)線路施加直流電壓。通過線路選擇隔離開關(guān)，直流融冰裝置可以選擇如圖2所示的兩種線路連接模式：1-1融冰模式接線和1-2融冰模式接線。

2）一次設(shè)備充電試驗(yàn)

圖2 兩種融冰線路連接模式

試驗(yàn)開始須具備以下兩個(gè)條件：①試驗(yàn)前30min啟動(dòng)水冷及空調(diào)系統(tǒng)，確認(rèn)水冷、空調(diào)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)；②由于現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備均屬于新安裝設(shè)備，試驗(yàn)之前應(yīng)對(duì)所有一次設(shè)備進(jìn)行充電試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)備的完整性、交流電壓承受能力以及設(shè)備施工安裝的正確性。試驗(yàn)方法按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2.2 融冰裝置起/停試驗(yàn)

裝置起/停試驗(yàn)是指以約為額定電流 10%的小電流進(jìn)行的融冰裝置解鎖和閉鎖試驗(yàn)。目的為檢驗(yàn)直流融冰裝置的解鎖和閉鎖功能，同時(shí)校核控制和測(cè)量信號(hào)的正確性。

以獨(dú)山站為例，在最小直流電流定值360A下解鎖換流器。電流升至目標(biāo)電流后，保持10min，在此期間，校核控制保護(hù)系統(tǒng)中各交/直流電壓信號(hào)和各交/直流電流信號(hào)，核實(shí)工作站上顯示的交流和直流電壓、直流電流以及觸發(fā)角信號(hào)和換相角，同時(shí)記錄500kV和35kV母線諧波電壓和電流、無功功率、各換流變中性點(diǎn)電流、SVC裝置接地點(diǎn)電流及線路各測(cè)溫點(diǎn)溫度。最后，閉鎖換流器，試驗(yàn)結(jié)束。

圖3為裝置起/停試驗(yàn)解鎖狀態(tài)下?lián)Q流變閥側(cè)電壓和電流?？梢钥闯?，裝置在直流融冰模式下可以正常起動(dòng)，操作功能正常，在換流變閥側(cè)他和35kV側(cè)均未出現(xiàn)過電壓。裝置閉鎖后，操作功能正常。圖4為裝置起/停試驗(yàn)閉鎖狀態(tài)下?lián)Q流變閥側(cè)電壓、320開關(guān)電流、35kV側(cè)電壓。裝置閉鎖后，操作功能正常，在換流變閥側(cè)和35kV側(cè)均未出現(xiàn)過電壓。

圖3 裝置起/停試驗(yàn)換流變閥側(cè)解鎖狀態(tài)電壓和閉鎖狀態(tài)電流

圖4 裝置起/停試驗(yàn)閉鎖狀態(tài)下?lián)Q流變閥側(cè)電壓，320開關(guān)電流，35kV側(cè)電壓

2.3 手動(dòng)緊急停運(yùn)試驗(yàn)

在融冰裝置運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)緊急情況，為了不造成事故，需要緊急停運(yùn)融冰裝置。緊急停運(yùn)試驗(yàn)是驗(yàn)證在帶電情況下裝置緊急停運(yùn)動(dòng)作順序及動(dòng)作邏輯的正確性及可靠性。

試驗(yàn)在最小直流電流定值下解鎖換流器，將電流逐步升至目標(biāo)電流后，停留一定時(shí)間，按下緊急停運(yùn)按鈕，啟動(dòng)直流融冰模式緊急停運(yùn)程序，裝置先閉鎖換流閥，后跳開交流側(cè)開關(guān)。試驗(yàn)后檢查緊急停運(yùn)順序執(zhí)行是否正確；檢查融冰裝置閥體、開關(guān)、刀閘等一次設(shè)備。圖5為換流變閥側(cè)電流和35kV側(cè)電壓及 320 開關(guān)電流。圖6所示為換流變閥側(cè)電壓和中性線電流及中性點(diǎn)接地電流。由圖 5和圖 6所示可以看出，電流和電壓變化正常，顯示其緊急停運(yùn)功能完善。

圖5 換流變閥側(cè)電流和35kV側(cè)電壓及320開關(guān)電流

圖6 換流變閥側(cè)電壓和中性線電流及中性點(diǎn)接地電流

2.4 空載升壓試驗(yàn)

空載升試驗(yàn)時(shí)融冰裝置直流側(cè)在不帶負(fù)載情況下解鎖，直流電壓上升至預(yù)設(shè)目標(biāo)電壓。目的是檢查融冰裝置閥的觸發(fā)能力、直流電壓耐受和控制能力，以及直流測(cè)量系統(tǒng)的正確性。12脈動(dòng)直流融冰裝置在觸發(fā)角大于60°時(shí)，直流側(cè)理想開路電壓為

式中，Udop為融冰裝置正負(fù)極間直流電壓差；Udio為融冰裝置無相控理想空載直流電壓，Udio= 3E /π ，E為交流線電壓有效值；a為觸發(fā)角。當(dāng)觸發(fā)角為 60°時(shí)融冰裝置直流直流開路電壓達(dá)到最大值 Udioc，在觸發(fā)角小于 60°時(shí)開路電壓與觸發(fā)角無關(guān)均為最大值。

試驗(yàn)步驟：①試驗(yàn)前，檢查確認(rèn)直流融冰兼SVC裝置控制系統(tǒng)為“融冰”狀態(tài)，選擇“電壓控制方式”；②設(shè)定目標(biāo)電壓值為16kV，合上融冰裝置交流320斷路器；③點(diǎn)擊直流融冰兼SVC裝置監(jiān)控界面的“融冰解鎖”操作鍵解鎖換流器，保持10min。

試驗(yàn)期間，需要密切監(jiān)視閥體、融冰管母線、接頭、金具等。試驗(yàn)結(jié)束后，運(yùn)行人員通過設(shè)定目標(biāo)電壓下降直流電壓后，閉鎖融冰裝置。

圖7所示額定電壓16kV，1B-2AC模式下自動(dòng)觸發(fā)方式解鎖和閉鎖換流器#1換流變閥側(cè)及 35kV側(cè)電壓波形。在空載升壓試驗(yàn)中，35kV母線電壓、換流變閥側(cè)電壓及直流電壓均未出現(xiàn)過電壓，后臺(tái)監(jiān)控設(shè)備顯示數(shù)據(jù)均相符。閉鎖過程中，設(shè)備電壓變化正常。

圖7 額定電壓16kV，1B-2AC模式下自動(dòng)觸發(fā)方式解鎖和閉鎖換流器#1換流變閥側(cè)及35kV側(cè)電壓

2.5 保護(hù)跳閘試驗(yàn)

保護(hù)跳閘試驗(yàn)是為了驗(yàn)證裝置的融冰模式的閥短路、水冷故障保護(hù)均能正常動(dòng)作。

在解鎖狀態(tài)下，模擬閥短路保護(hù)和直流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，記錄順序事件（SER）及保護(hù)動(dòng)作報(bào)文，核實(shí)保護(hù)跳閘是否正確。

在解鎖狀態(tài)下，停留5min后進(jìn)行閥冷卻系統(tǒng)故障報(bào)警試驗(yàn)。斷開水冷系統(tǒng)第一路工作電源，模擬水冷運(yùn)行工作電源故障，確認(rèn)水冷系統(tǒng)工作正常，直流融冰兼 SVC裝置運(yùn)行不受到影響， SER 報(bào)警正確，自動(dòng)投入第二路電源閥冷卻系統(tǒng)裝置電源，記錄和分析告警啟動(dòng) DFR，記錄順序事件（SER）。記錄順序事件（SER）如圖8所示。

圖8 水冷系統(tǒng)故障保護(hù)的SER

圖9 閥短路保護(hù)動(dòng)作的SER

通過SER圖形可知，閥短路保護(hù)、水冷系統(tǒng)保護(hù)功能具備，延時(shí)定值滿足系統(tǒng)要求，保護(hù)功能具備投入運(yùn)行條件。

2.6 帶融冰線路大電流試驗(yàn)

大電流試驗(yàn)是為了檢驗(yàn)裝置直流融冰電流升/降功能及融冰裝置在較大負(fù)荷下的運(yùn)行特性。大電流試驗(yàn)完全模擬融冰時(shí)的實(shí)際工況，考核融冰裝置在最大設(shè)計(jì)容量運(yùn)行的效果。試驗(yàn)時(shí)，在最小解鎖電流下解鎖。在試驗(yàn)允許最大電流上停留時(shí)間大于30min，測(cè)量線路溫升驗(yàn)證裝置融冰效果。試驗(yàn)后，設(shè)定目標(biāo)電流為最小解鎖電流，待電流降至最小解鎖電流后閉鎖裝置。更換另一種融冰模式，重復(fù)試驗(yàn)過程，驗(yàn)證裝置在不同融冰模式下能否滿足融冰要求。

試驗(yàn)核實(shí)對(duì)應(yīng)接地電流、35kV側(cè)諧振電壓、320開關(guān)側(cè)諧波電壓及諧波電流，部分波形記錄如圖10所示。

圖10 1B-2AC模式直流電流3600A時(shí)交流側(cè)電壓電流

圖11 1B-2AC模式直流電流3600A時(shí)直流側(cè)電壓電流

圖12 1B-2AC模式下線路監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度測(cè)量值

根據(jù)紅外測(cè)溫記錄可知：試驗(yàn)按照階梯升流至3600A后，線路最大溫升達(dá) 3.5K。在融冰兼 SVC裝置融冰模式裝置大電流試驗(yàn)中，每個(gè)升流過程均未出現(xiàn)過電壓或涌流過大的現(xiàn)象，每個(gè)穩(wěn)定階段中中性線電流均達(dá)到設(shè)定值，最大直流電流能順利升到 3600A。500kV獨(dú)山變電站SVC兼直流融冰工程在所測(cè)工況下，計(jì)及背景諧波情況下，諧波值均在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)值規(guī)定以內(nèi)。

表3 1A-2C、1B-2AC模式電流階梯升至3600A時(shí)線路紅外測(cè)溫記錄表

3 結(jié)論

獨(dú)山站SVC兼直流融冰裝置的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，全面檢驗(yàn)了設(shè)備的可靠性，有效確保設(shè)備的直流融冰功能。在2012年冰災(zāi)前，對(duì)獨(dú)山站500kV青山雙回線、山河雙回線進(jìn)行直流融冰，融冰效果明顯。當(dāng)冰凍災(zāi)害來襲時(shí)，直流融冰裝置能有效對(duì)站內(nèi) 500kV及220kV六條線路進(jìn)行直流融冰。

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