直流融冰裝置在500 kV 變電站的應(yīng)用

陳鑫

(南方電網(wǎng)超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖 655000)

0 前言

隨著電網(wǎng)迅速發(fā)展，連接覆冰地區(qū)的高壓、超高壓輸電線路的范圍越來越廣，覆冰造成地區(qū)電網(wǎng)受災(zāi)的可能性越大，冬春季的覆冰已對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響［1－3］。為解決輸電線路覆冰給電網(wǎng)帶來的嚴(yán)重影響，對(duì)輸電線路融冰進(jìn)行了大量的仿真分析研究，并在主網(wǎng)架通道上變電站加裝直流融冰裝置，通過線路帶大電流等現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期的融冰效果，解除了線路的覆冰影響，在變電站具有廣泛的應(yīng)用空間［4］。本文主要對(duì)直流融冰裝置在500 kV 變電站的實(shí)際應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行分析，并提出整改防范措施。

1 直流融冰裝置配置

直流融冰裝置利用直流短路電流在導(dǎo)線電阻中產(chǎn)生熱量使覆冰融化。其能夠調(diào)節(jié)直流電流輸出大小，對(duì)不同線徑和長(zhǎng)度的線路采用不同融冰電流，融冰時(shí)對(duì)系統(tǒng)沖擊要小。直流融冰裝置的電源經(jīng)2 臺(tái)135 MVA 容量的換流變?nèi)∽宰冸娬?20 kV 系統(tǒng)。濾波支路接入換流變中壓繞組35 kV 側(cè)，濾波電容器6 組，總基波補(bǔ)償容量180 Mvar。

2 直流融冰裝置的融冰接線方式

方式一:每次對(duì)三相交流線路的其中兩相進(jìn)行融冰。一相與融冰裝置直流電壓的正極相連接，另外一相與融冰裝置直流電壓的負(fù)極相連接［5］。對(duì)A、B 相融冰時(shí)合上極隔離開關(guān)DC4501、DC4503。(以圖1 接線為例)

方式二:每次對(duì)三相交流線路的三相進(jìn)行融冰。一相與融冰裝置直流電壓的正極相連接，另外兩相與融冰裝置直流電壓的負(fù)極相連接［5］。對(duì)A－BC 三相融冰時(shí)合上極隔離開關(guān)DC4501、DC4503、DC4504，見圖1.

圖1 500 kV 變電站直流融冰裝置接線示意圖

3 應(yīng)用中出現(xiàn)的問題

冬季主網(wǎng)架經(jīng)受低溫冰凍極端天氣考驗(yàn)，融冰裝置發(fā)揮了重要的抗冰作用。個(gè)別變電站一天之內(nèi)可能需要對(duì)多條交流線路進(jìn)行直流融冰，以保證線路在冰期的安全。融冰裝置運(yùn)行方式和運(yùn)行工況復(fù)雜，頻繁啟動(dòng)導(dǎo)致融冰裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)更高。

1)直流選相刀閘是線路融冰過程中操作最頻繁的設(shè)備，不僅需要承受高達(dá)4 500 A 的融冰電流，而且在對(duì)不同交流線路融冰過程中需要多次頻繁切換相別。對(duì)于一條覆冰線路的融冰需要2－4 小時(shí)，融冰選相刀閘發(fā)熱較為嚴(yán)重。

2)在直流融冰的零功率升流試驗(yàn)、線路融冰過程中，由于頻繁承受諧波和操作過電壓，而且運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，換流變閥側(cè)交流PT、CT 存在損壞的風(fēng)險(xiǎn)，目前為止羅平站閥側(cè)交流PT、桂林站閥側(cè)交流CT 出現(xiàn)過設(shè)備損壞。

3)線路融冰過程中，由于解閉鎖次數(shù)多，承受融冰額定電流的時(shí)間長(zhǎng)，連續(xù)大電流運(yùn)行中晶閘管的電壓耐受能力降低，容易出現(xiàn)損壞，若無足夠備件，將影響線路融冰工作，導(dǎo)致線路長(zhǎng)時(shí)間無法正常運(yùn)行，需要被迫改變運(yùn)行方式及潮流。

4)直流融冰裝置運(yùn)行中，會(huì)產(chǎn)生大量奇次諧波，尤其是5、7 次諧波，需要在解鎖前投入5、7 次濾波電容器組，解鎖后隨電流上升需視諧波狀況再投入11 次諧波，因此大量無功的涌入會(huì)對(duì)站內(nèi)500 kV、200 kV 母線電壓造成影響，在提前投入抵抗的情況下，仍容易出現(xiàn)母線越限情況。

5)融冰裝置對(duì)某些特定參數(shù)的線路融冰時(shí)出現(xiàn)諧振過電壓損壞設(shè)備。黎平融冰裝置在對(duì)500 kV 施黎甲乙線采用1－1 方式融冰過程中，發(fā)生6 次諧振過電壓，損壞直流側(cè)刀閘、分壓器及避雷器。

4 直流融冰裝置運(yùn)行優(yōu)化

1)優(yōu)化融冰啟動(dòng)操作流程，減少對(duì)直流選相刀閘的切換次數(shù)，優(yōu)先采用1－1 方式融冰，并使三相直流融冰選相刀閘動(dòng)作次數(shù)基本相等;在線路融冰過程中，尤其是長(zhǎng)時(shí)間保持大電流流過刀閘時(shí)，需加強(qiáng)對(duì)融冰選相刀閘的紅外測(cè)溫工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常發(fā)熱。

2)按照線路融冰要求的投切策略進(jìn)行投切，需手動(dòng)投入的濾波器應(yīng)嚴(yán)格按運(yùn)行規(guī)程執(zhí)行(投入時(shí)先投低次濾波器，退出時(shí)先退高次濾波器)，防止諧波過大損壞PT 和CT 等設(shè)備;緊急情況下可以拆除閥側(cè)交流PT 的電氣連線、閥側(cè)交流CT的電氣連線。大電流(50%額定電流以上)線路融冰時(shí)應(yīng)監(jiān)測(cè)PT 電壓、CT 電流，分析諧波的影響。必要時(shí)更換抗諧波能力強(qiáng)的PT、CT 設(shè)備。

3)檢查并確保閥組晶閘管擊穿檢測(cè)回路正常、晶閘管冗余數(shù)足夠。

4)在投入濾波電容器組前，對(duì)于母線電壓偏高的送端變電站，投入母線上所有低壓電抗器，切除所有低壓電容器;對(duì)于母線電壓偏低的受端變電站，在投入濾波電容器組后視母線電壓升高情況合理投入低壓電抗器。

5)對(duì)發(fā)生過諧振過電壓的線路采用1－2 方式融冰，或者1－1 方式融冰時(shí)操作對(duì)站線路融冰短接刀閘使非融冰的懸空相斷開。

5 結(jié)束語

隨著電網(wǎng)建設(shè)的大力發(fā)展，冬季發(fā)生低溫冰凍極端氣候時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的危害就顯得更加嚴(yán)重。直流融冰裝置已在現(xiàn)實(shí)中得到廣泛的應(yīng)用，并取得了較好的融冰效果，保障了線路在冰期的安全，起到了穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)行的作用。本文對(duì)直流融冰裝置在500 kV 變電站實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題情況進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的預(yù)防改進(jìn)措施。

［1］馬曉紅，趙立進(jìn)，等，直流融冰技術(shù)在貴州電網(wǎng)的應(yīng)用［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，3 (5):107－110。

［2］趙國(guó)帥，李興源，傅闖，等.線路交直流融冰技術(shù)綜述［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39 (14):148－152.

［3］傅闖，饒宏，黎小林，等.直流融冰裝置的研制與應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33 (11):53－56.

［4］陳彥州，王奇，蔡延雷，等，南方電網(wǎng)主網(wǎng)架直流融冰工作流程與融冰效率研究［J］.高壓電器，2013，49 (6):86－91.

［5］姚志清，劉濤，張愛玲，等.直流融冰技術(shù)的研究及應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38 (21):57－62.