陳湘龍

(廣州供電局有限公司,廣東 廣州 510000)

南方電網(wǎng)±200 Mvar鏈?zhǔn)絊TATCOM設(shè)備常見(jiàn)故障及其應(yīng)對(duì)措施

陳湘龍

(廣州供電局有限公司,廣東 廣州 510000)

為了提高南方電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性,保證主網(wǎng)穩(wěn)定,在交直流落點(diǎn)的樞紐變電站配置靜態(tài)無(wú)功發(fā)生器--STATCOM,可以在電網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)提供動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐,提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性.本文以500kV北郊站為主,介紹南方電網(wǎng)典型配置的±200Mvar鏈?zhǔn)絊TATCOM系統(tǒng)的情況,對(duì)投產(chǎn)至今設(shè)備異常及故障情況,進(jìn)行歸類與分析,并且從變電站運(yùn)維人員的角度提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施及運(yùn)維建議.

靜止同步補(bǔ)償器;設(shè)備故障;措施及建議

±200Mvar 鏈?zhǔn)絊TATCOM是目前南方電網(wǎng)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的典型設(shè)計(jì)方案,截至2017年已經(jīng)應(yīng)用在東莞站、水鄉(xiāng)站、北郊站以及木棉站等500kV樞紐變電站.目前針對(duì)STATCOM的系統(tǒng)研究多數(shù)為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真、系統(tǒng)控制策略、故障情況動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償分析等,針對(duì)裝置硬件的研究主要為水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)、漏水檢測(cè)裝置實(shí)驗(yàn)等方面,本文將以500kV北郊站為主,從變電運(yùn)行的角度,總結(jié)南方電網(wǎng)STATCOM裝置實(shí)際運(yùn)行的常見(jiàn)異常及故障案例,并由此對(duì)運(yùn)行人員提出建議及應(yīng)對(duì)措施.

1 南方電網(wǎng)現(xiàn)狀分析

南方電網(wǎng)是我國(guó)目前唯一的交直流并聯(lián)運(yùn)行的超高壓、遠(yuǎn)距離、大容量互聯(lián)電網(wǎng),未來(lái)將達(dá)到"八直八交"的電網(wǎng)規(guī)模.目前,南方電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償和電壓穩(wěn)定方面存在以下問(wèn)題.

1.1 受端電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償不足

南方電網(wǎng)交直流重要落點(diǎn)--廣東省珠三角區(qū)域電網(wǎng),多回直流集中饋入,城市群負(fù)荷高度密集.目前,珠三角電網(wǎng)廣泛采用電容器、電抗器投切的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù).以500kV北郊站為例,35kV母線配置的電抗器及電容器,由變電站值班員控制投切,響應(yīng)速度較慢.即使變電站配置快速電容電抗投切裝置,其動(dòng)態(tài)響應(yīng)也是秒(s)級(jí)別,不能滿足系統(tǒng)暫態(tài)無(wú)功需求.

1.2 受端電網(wǎng)本地電源支撐不足

珠三角地區(qū)高度城鎮(zhèn)化,寸土寸金,建設(shè)本地電源日漸困難.隨著社會(huì)用電負(fù)荷進(jìn)一步發(fā)展,本地電源的發(fā)電機(jī)無(wú)功容量將不足.電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),負(fù)荷中心地區(qū)劇增的動(dòng)態(tài)無(wú)功需求不能由區(qū)外的直流輸電通道送入,系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償不足,有可能造成電網(wǎng)失穩(wěn).

1.3 西電東送電壓調(diào)控困難

南方電網(wǎng)西電東送的各種運(yùn)行方式下電網(wǎng)潮流變化較大.隨著負(fù)荷發(fā)展,峰谷負(fù)荷差距日漸增大.負(fù)荷高峰時(shí)段容性無(wú)功功率需求大,電壓偏低;負(fù)荷低谷時(shí)段充電功率過(guò)剩,電壓過(guò)高,各級(jí)電網(wǎng)無(wú)功分層平衡困難.

基于目前的現(xiàn)狀,南方電網(wǎng)引入靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù).以廣州電網(wǎng)為例,2013年起,廣州電網(wǎng)北郊站與木棉站相繼配置了±200MVar鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器STATCOM裝置,其暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間為20ms,遠(yuǎn)低于其他無(wú)功補(bǔ)償技術(shù),滿足了電網(wǎng)暫態(tài)無(wú)功補(bǔ)償需求.

2 STATCOM原理介紹

STATCOM即靜止同步補(bǔ)償器(即靜止無(wú)功發(fā)生器),指由IEGT等全控型電力電子器件來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置.其基本原理就是將自換相橋式電路通過(guò)電抗器及專用變壓器連接在電網(wǎng),在控制策略的調(diào)控下,STATCOM調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值,使得STATCOM吸收或發(fā)出相應(yīng)的無(wú)功功率,從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償.

若不計(jì)損耗,電網(wǎng)和STATCOM輸出的交流電壓分別用相量Us 和Ustatcom表示,連接電抗器X上的電壓UL即為Us和Ustatcom之間的相量差.如圖1中I 表示電流,改變STATCOM 交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對(duì)Us 的相位,就可以改變連接電抗上的電壓UL,從而控制STATCOM 從電網(wǎng)吸收的電流和幅值,即無(wú)功功率的性質(zhì)和大小.當(dāng)Ustatcom> Us 時(shí),電流超前電壓90°,STATCOM 吸收容性無(wú)功功率(圖2a);當(dāng)Ustatcom< Us時(shí),電流滯后電壓90°,STATCOM 吸收感性無(wú)功功率(圖2b),從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償.

圖1 STATCOM原理示意圖

圖2 STATCOM工作原理矢量圖

3 常見(jiàn)故障類型

以北郊站STATCOM為例分析其常見(jiàn)故障類型,該站的基本配置情況如下:配置兩套35kV 電壓等級(jí)±100Mvar鏈?zhǔn)絊TATCOM裝置,整組容量±200Mvar,通過(guò)專用#8主變連接至220kV 5M、6M母線.它主要由換流鏈、連接電抗器、專用變壓器及其他輔助設(shè)備、繼電保護(hù)、控制與監(jiān)測(cè)設(shè)備、交直流及UPS電源、水冷系統(tǒng)等組成.該站投運(yùn)至今4年,設(shè)備異常及跳閘發(fā)生率較高.從運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)分析,設(shè)備常見(jiàn)故障可以歸結(jié)為三大類:一是換流鏈閥組故障;二是水冷系統(tǒng)故障;三是交直流系統(tǒng)故障.

3.1 換流鏈閥組故障

北郊站STATCOM系統(tǒng)采用角形接線,AB、BC、CA相間各自級(jí)聯(lián)27個(gè)功率單元,采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)串聯(lián),見(jiàn)圖3所示.每個(gè)功率單元由4個(gè)IEGT(見(jiàn)圖4)、電容器、放電電阻、旁路裝置、控制板卡、通信光纖等設(shè)備構(gòu)成.換流鏈閥組故障是STATCOM系統(tǒng)最常見(jiàn)、最復(fù)雜的故障類型.

圖3 功率單元之間級(jí)聯(lián)情況示意圖

換流鏈閥組故障可以分為以下幾種:脈沖閉鎖、單元旁路、充電異常等故障類型,這三大類型中還包含了電壓采樣錯(cuò)誤、各類芯片故障、IEGT損壞、光纖通信故障等等.

圖4 功率單元的4個(gè)IEGT工作示意圖

3.1.1 脈沖閉鎖

STATCOM系統(tǒng)的脈沖信號(hào)如果無(wú)法到達(dá)單元主控板,則反饋信號(hào)不正常,此時(shí)會(huì)發(fā)出脈沖閉鎖信號(hào).一般該故障的原因?yàn)?(1)光纖損壞.(2)單元主控板光纖座損壞.(3)單元主控板受干擾.

解決方法為:(1)更換損壞的過(guò)流光纖,并對(duì)光纖進(jìn)行功率衰減測(cè)試.(2)更換光纖頭.(3)更換單元主控板.(4)單元主控板電源防干擾處理.

3.1.2 單元旁路

每一個(gè)功率單元都設(shè)置有旁路回路,當(dāng)該單元發(fā)生故障時(shí),STATCOM系統(tǒng)允許單元在線旁路,不影響整套系統(tǒng)運(yùn)行.單元旁路的主要原因有:IEGT故障(需要排查IEGT是否真實(shí)故障)、主控板卡故障、電源芯片故障等.

正常情況下,每個(gè)IEGT有一個(gè)反饋脈沖信號(hào),當(dāng)給IEGT發(fā)出脈沖序列時(shí),IEGT都會(huì)給出反饋脈沖信號(hào),根據(jù)IEGT的反饋信號(hào)檢測(cè)IEGT是否真實(shí)故障.

解決方法為:(1)更換IEGT.(2)根據(jù)實(shí)際檢查結(jié)果更換單元主控板、IEGT驅(qū)動(dòng)板、命令光纖或反饋光纖等.

3.1.3 充電異常

一般充電異常會(huì)發(fā)脈沖閉鎖,STATCOM系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng).原因主要為電壓采樣異常(涉及到單元主控板、電壓采樣板),或者充電回路異常(涉及到隔離電源、充電板等設(shè)備).

解決方法為:(1)更換電壓采樣板或單元主控板;(2)更換隔離電源或充電板.(3)檢查電壓采樣或充電回路接線端子并進(jìn)行緊固.

3.2 水冷系統(tǒng)故障

在STATCOM系統(tǒng)中,水冷是非常重要的輔助系統(tǒng).水冷系統(tǒng)故障.,STATCOM將退出運(yùn)行.而水冷系統(tǒng)故障也存在故障誤報(bào)的可能.

3.2.1 漏水檢測(cè)故障

在STATCOM閥組中引入了漏水檢測(cè)裝置,可以及時(shí)檢測(cè)漏水情況并發(fā)出信號(hào).而檢測(cè)裝置存在以下可能.(1)模塊真實(shí)漏水.(2)傳感器異常(或傳感器安裝位置過(guò)低).(3)漏水檢測(cè)板損壞.(4)單元主控板損壞.(5)裝置受干擾而誤報(bào).

解決方法:(1)更換相模塊.(2)更換傳感器(調(diào)整傳感器安裝位置).(3)更換漏水檢測(cè)板.(4)更換單元主控板.(5)軟硬件抗干擾處理.

3.2.2 電纜短路

水冷系統(tǒng)的整個(gè)回路需要大量的風(fēng)機(jī)、水泵、閥門等,這些電纜在敷設(shè)過(guò)程中,有可能因?yàn)榻^緣老化或者損壞,導(dǎo)致電纜間線路短路,進(jìn)而跳開(kāi)上一級(jí)空氣開(kāi)關(guān),導(dǎo)致水冷退出運(yùn)行.

解決方法:結(jié)合停電檢修計(jì)劃,對(duì)水冷系統(tǒng)的電纜線路進(jìn)行重新敷設(shè),確保線路不交叉,不容易發(fā)生短路故障.

3.2.3 風(fēng)機(jī)故障

水冷系統(tǒng)的冷卻水需要冷卻循環(huán),從閥組室出來(lái)的冷卻水經(jīng)過(guò)室外的散熱片,降低溫度后再次進(jìn)入水冷系統(tǒng).戶外散熱風(fēng)機(jī)由于環(huán)境的考驗(yàn),故障率較高.

解決方法:對(duì)風(fēng)機(jī)的戶外控制裝置采取加裝防雨防塵等措施,確保風(fēng)機(jī)可以最大程度安全運(yùn)行.

3.3 交直流供電系統(tǒng)故障

STATCOM系統(tǒng)的交流供電系統(tǒng)采用ATS自動(dòng)切換裝置;直流供電系統(tǒng)采用專用蓄電池組,并加裝了UPS不間斷電源.交直流供電系統(tǒng)均采用雙回路供電,因此,STATCOM系統(tǒng)的交直流供電可靠性較高.主要故障集中在站用電失壓、直流系統(tǒng)絕緣降低、蓄電池故障、UPS控制板故障等.

解決方法:(1)提高本站的站用電以及外來(lái)電源的可靠性.(2)提高直流系統(tǒng)絕緣性能,定期清掃端子排,防止相關(guān)直流回路受潮等.(3)更換蓄電池,對(duì)蓄電池進(jìn)行定期維護(hù)工作.(4)定期進(jìn)行UPS切換試驗(yàn).

4 應(yīng)對(duì)措施及建議

針對(duì)STATCOM系統(tǒng)主要故障的原因及分析,從變電運(yùn)行人員的角度,提出如下運(yùn)維建議.

4.1 換流鏈運(yùn)行維護(hù)管理

4.1.1 日常巡視項(xiàng)目

(1)在換流鏈?zhǔn)彝?檢查振動(dòng)、聲響、異味、冒煙等情況.(2)通過(guò)STATCOM視頻監(jiān)控系統(tǒng)觀察換流鏈?zhǔn)覂?nèi)的情況.檢查照明、地面積水及異物、設(shè)備放電、冒煙、過(guò)熱等情況.(3)通過(guò)上位機(jī),查看換流鏈?zhǔn)颐總€(gè)功率單元的狀態(tài),檢查直流電壓正常,設(shè)備狀態(tài)正常,無(wú)報(bào)警和故障信號(hào).(4)通過(guò)上位機(jī)觀察水冷系統(tǒng)進(jìn)閥溫度、出閥溫度、供水壓力、水位、電導(dǎo)率以及流量應(yīng)正常.(5)系統(tǒng)監(jiān)控屏、系統(tǒng)控制屏和裝置控制屏的交直流電源指示燈正常、電壓電流正常.

4.1.2 特殊巡視項(xiàng)目

(1)更換單元后,24小時(shí)內(nèi)應(yīng)注意更換單元的狀態(tài),以及水冷系統(tǒng)壓力是否正常.(2)滿容量運(yùn)行時(shí),水冷系統(tǒng)水溫是否異常,室外引線接頭有無(wú)過(guò)熱、變色.(3)檢修、改造、試驗(yàn)或半年以上的停用后重新投入時(shí),檢查冷卻水電導(dǎo)率值有無(wú)異常,是否滲漏;對(duì)換流鏈進(jìn)行試驗(yàn)充電正常.

4.1.3 定期維護(hù)項(xiàng)目

(1)進(jìn)行換流鏈?zhǔn)铱照{(diào)系統(tǒng)的檢查.(2)進(jìn)行換流鏈的維護(hù)檢查.(3)內(nèi)部結(jié)構(gòu)定期檢測(cè).(4)換流鏈的電容進(jìn)行充電試驗(yàn)、放電電阻的放電試驗(yàn).(5)STATCOM輸出電壓波形進(jìn)行測(cè)試.

4.2 水冷系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理

4.2.1 日常巡檢項(xiàng)目

(1)控制屏面板的信號(hào)指示正確.(2)檢查去離子水流量正常.(3)氮?dú)馄繅毫z查正常.(4)檢查水泵及風(fēng)機(jī)的電機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪聲、溫度等正常.(5)緩沖灌液位檢查正常.

4.2.2 特殊巡檢項(xiàng)目

(1)水冷系統(tǒng)發(fā)生泄漏恢復(fù)后,水冷系統(tǒng)是否還要漏水現(xiàn)象.(2)大風(fēng)天氣過(guò)后,觀察風(fēng)機(jī)上方是否有覆蓋物.(3)水冷系統(tǒng)檢修后,應(yīng)在24小時(shí)內(nèi)加強(qiáng)巡視.

4.2.3 定期維護(hù)項(xiàng)目

(1)啟動(dòng)補(bǔ)水泵補(bǔ)水,檢查補(bǔ)水泵是否有異常振動(dòng)、噪聲,壓力、流量是否正常.(2)對(duì)主循環(huán)泵、風(fēng)機(jī)電機(jī)的軸承進(jìn)行潤(rùn)滑.(3)安排廠家人員對(duì)水冷系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和檢修.

4.3 交直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理

對(duì)于STATCOM的交直流系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)要求,與變電站自身的交直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理要求一致,即對(duì)站用電、ATS裝置、直流充電機(jī)、絕緣監(jiān)測(cè)裝置、蓄電池等,開(kāi)展日常的維護(hù)和特巡.

5 結(jié)語(yǔ)

本文首先介紹了南方電網(wǎng)±200Mvar鏈?zhǔn)絊TATCOM系統(tǒng)的基本情況,并簡(jiǎn)要介紹了STATCOM的原理.結(jié)合榮信電力電子公司提供的相關(guān)資料,以北郊站STATCOM運(yùn)行情況為例分析了常見(jiàn)故障類型及原因,并提出了解決方法.通過(guò)分析可知,為了使STATCOM系統(tǒng)更好地發(fā)揮實(shí)際作用,有效提高南方電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備以及暫態(tài)無(wú)功補(bǔ)償能力,STATCOM的設(shè)備制造和維護(hù)水平有待進(jìn)一步提高,變電站運(yùn)行人員運(yùn)維技術(shù)也需要不斷積累和提升.本文提出的故障應(yīng)對(duì)措施及運(yùn)維建議,對(duì)變電站人員進(jìn)行STATCOM的運(yùn)維和研究,也具有一定的參考意義.

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