舟山多端柔性直流輸電示范工程零起升壓方案研究

李 晨，谷小博，楊 智，毛航銀

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

舟山多端柔性直流輸電示范工程零起升壓方案研究

李 晨，谷小博，楊 智，毛航銀

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

柔性直流輸電是新一代的直流輸電技術，對海島電網的發展有著重要的意義。因受海島電網的特點所限，無法使用常規方式對聯結變等柔性直流輸電設備進行零起升壓，需要研究一種新的試驗方式。通過對比各種傳統試驗方式的優劣后，提出了一種適于海島電網的零起升壓方案，并對相關參數進行了核算，實踐證明新的零起升壓方案能夠很好地結合海島特有的情況，取得了較好的試驗效果。

柔性直流；聯結變；零起升壓；方式

0 引言

作為新一代輸電技術，柔性直流輸電能較好地解決各類電源接入電網的問題，提高了輸電可靠性，對海島電網的發展具有重大意義[1-3]。浙江舟山多端柔性直流輸電示范工程，是世界首個五端供電的柔性直流輸電系統。它的啟動和投產不但促進了海洋經濟建設及相關產業發展，還具有良好的科技示范效應。

對換流站系統相關設備進行零起升壓試驗是系統啟動的重要環節，是系統啟動的充分條件，是判斷被試設備經過運輸和安裝后絕緣狀態的手段之一，能有效地驗證系統接線狀態是否正確，更可以消除變壓器鐵心內剩磁，是控制變壓器啟動中暫態勵磁涌流有效方法。由于海島電網有其自身特點，傳統零起升壓方式不能滿足啟動要求，因此提出了一種適于海島電網的零起升壓方案，并首次對洋山換流站連同其交流送出配套工程的相關設備進行了零起升壓試驗。

1 多端直流系統概況

舟山多端柔性直流輸電示范工程新建定海換流站（舟山本島）、岱山換流站（岱山島）、衢山換流站（衢山島）、洋山換流站（洋山島）、泗礁換流站（泗礁島）共計5座±200 kV換流站，換流站直流額定容量分別為400 MW，300 MW，100 MW，100 MW，100 MW。

其五端柔性直流輸電采用并聯放射型網絡。新建 4回±200 kV柔性直流輸電線路，包括定海—岱山1回，輸送容量400 MW；岱山—衢山1回，輸送容量100 MW；岱山—洋山1回，輸送容量200 MW；洋山—泗礁1回，輸送容量100 MW。定海及岱山換流站網側接入交流220 kV系統，衢山、洋山及嵊泗換流站網側接入交流110 kV系統[4]，直流線路如圖1所示。

要求對洋山換流站設備進行零起升壓。洋山換流站聯結變壓器（簡稱聯結變）采用三相一體，三繞組結構，閥側額定電壓205 kV，網側額定電壓115 kV，投運后網側接入110 kV沈家灣變電所，距洋山換流站約0.5 km，110 kV出線為電纜。

圖1 五端直流輸電線路

2 零起升壓試驗

2.1 試驗方式及試驗范圍

零起升壓試驗方式的不同主要體現在試驗電源和加壓方式的不同，以往現場調試中常用的試驗方式有[5-7]：

（1）使用發電廠的發電機組作為試驗電源通過系統連接至被試變壓器，在遠方加壓進行試驗。

（2）使用可運輸的調壓器—變壓器組接用所在變電站的所用電系統作為電源，在就地加壓進行試驗。

2種方式的比較如表1所示。

表1 常用零起升壓方式的對比

洋山島電網原為孤島電網，島上主要電源僅有2臺5 000 kW柴油發電機組。若要采用系統電源作為試驗電源，則有且只有柴油發電機組可選擇。該容量柴油發電機組的無功進相能力差，難以完全吸收試驗時系統線路產生的大量容性無功，且調壓過程中的諧波較大，不利于監測零起升壓過程中電壓、電流和功率等技術參數。

若就地使用運輸的調壓器—變壓器組作為試驗電源，雖可以滿足試驗容量和電源品質的需要，但換流站站用電系統本身設計容量較小，容量無法達到試驗要求。

綜合上述2種方式的優缺點，在制定試驗方案過程中提出了一種適于海島電網的零起升壓方案：將調壓器—變壓器組布置在換流站對側的110 kV沈家灣變電站，通過其主變壓器（簡稱主變）再次升壓，最后經過沈家灣變電站110 kV出線加壓至聯結變網側，進行零起升壓試驗。這樣最大程度上保證了試驗電源的安全性，搭建試驗平臺相對便捷，還達到了對試驗范圍內所有設備進行零起升壓考核的目的。

零起升壓系統的范圍將不僅限于換流站內的設備，還包括洋山換流站網側即將接入的110 kV沈家灣變電站內1臺110 kV主變、兩站之間一段長約0.45 km的110 kV陸地電纜和相關間隔的電壓互感器、電流互感器、母線及避雷器等設備。試驗范圍示意如圖2所示。

圖2 試驗范圍示意

2.2 系統參數計算

根據圖2所示，試驗系統內其他相關設備主要參數如表2所列。參考現場設備實際情況，其系統接線原理如圖3所示。結合變壓器等效電氣模型，可推得試驗系統電氣原理圖，如圖4所示。

圖4中R1與X1和R2與X2分別是沈家灣主變37 kV與110 kV側（折算到37 kV）繞組的阻抗，X10為其勵磁阻抗。R3與X3和R4與X4分別是聯結變壓器110 kV和208 kV（折算到110 kV）繞組的阻抗，X20為其勵磁阻抗。C1為高壓電纜對地電容，C2為其他所有一次設備的對地電容。

考慮聯結變為空載狀態，因此流經R3，X3，X20的電流約為該臺變壓器的空載電流，根據表1可得其額定電壓下110 kV側（網側）的空載電流I20為：

式中：S為聯結變容量；U2n為變壓器相對地額定電壓；I20%為變壓器空載電流百分比。

表2 相關設備主要參數

圖3 零起升壓試驗接線

圖4 系統電氣原理

由于C2?C1，Ic2可忽略不計，而流經C1的電流Ic1為：

式中：f為系統頻率，50 Hz。

I20與Ic1分別為感性和容性，推知試驗時沈家灣主變負荷呈容性，等效電氣原理如圖5所示。110 kV側容性電流Ict為：

根據表3可進一步折算沈家灣主變37 kV側的容性電流為4.225 A。

同理，流經R2，X2，X10的電流約為該臺變壓器的空載電流，根據表3可得其額定電壓下37 kV側的空載電流I10為0.936 A。因此試驗系統在100%額定電壓下的電流呈容性，大小預計在3.3 A以上。

由此可計算得到試驗系統所需無功容量Q為：

試驗系統有功損耗主要包括2臺變壓器和電壓互感器的空載損耗，電壓互感器空載損耗很小可以忽略，因此系統有功損耗是2臺變壓器空載損耗P為126.6 kW。

最后得到系統需要的總容量S為：

圖5 主變等效電路

3 現場試驗情況

為確保容升效應不影響系統安全，電壓以洋山站聯結變110 kV側的電壓互感器二次電壓為準，沈家灣站37 kV及110 kV側的相關電壓互感器進行輔助驗證，同時在沈家灣站37 kV側對系統無功電流及容量進行監視。在聯結變110 kV側，其對應的電壓值約為0.6 p.u.，0.7 p.u.，0.8 p.u.，0.9 p.u.和1.0 p.u.（p.u.為聯結變網側電壓的標幺值）時記錄相關數據如表3。

線路首端與末端電壓變化如圖6所示。

表3 升壓試驗值

圖6 線路首端與末端電壓變化

對比試驗參數的估計值和實測值發現，系統視在容量計算值和實測值偏差為1.5%，系統有功損耗偏差約12%，均比較接近，說明使用該方式對換流站設備進行零起升壓是可行有效的。與此同時，通過上述分析得出，在系統電壓較低的情況下，試驗系統負荷較小，因此在較低電壓下電纜末端電壓抬升約2.7%，存在容升現象；而隨著電壓繼續增加，系統負荷增長，容升現象越來越小，直至達到最高電壓時，電纜末端電壓較首端下降了約1.7%。總體上，在零起升壓期間，電纜首末端電壓波動不大，對整個試驗系統的影響微乎其微。

4 結語

對舟山多端柔性直流輸電示范工程進行的零起升壓試驗在國內尚屬首次開展。根據工程實際狀況，提出了零起升壓試驗方案。工程實踐證明這種新的零起升壓試驗方式方便、靈活，能夠較好地適應海島電網的特點，設備相關參數完全滿足需要，為今后類似的工程調試提供了借鑒。

[1]LAMONT L A.Fast VSC transmission control[C]//PES Power System Conference and Exposition，IEEE.2004.

[2]翁利民.工業企業供電系統的電壓波動及其抑制[J].電器工業，2003（7）∶38-41.

[3]韓民曉，文俊，徐永海.高壓直流輸電原理與運行[M].北京：機械工業出版社，2009.

[4]國網浙江省電力公司.浙江舟山多端柔性直流輸電示范工程建設管理綱要[G].2013.

[5]吳錦華，谷小博.500 kV變電所零起升壓試驗方法的研究應用[J].變壓器，2005，42（2）∶5-10.

[6]王曉剛，李儒，蟻松.大型電力變壓器空載試驗電源問題淺探[J].變壓器，2003，40（6）∶29-31.

[7]劉進強，勾忠.500 kV方正變零起升壓試驗電壓迅速上升原因分析[J].黑龍江電力，2000，22（3）∶46-48.

（本文編輯：楊 勇）

Study of Raising Voltage from Zero for Zhoushan Flexible DC Power Transmission Pilot Project

LI Chen，GU Xiaobo，YANG Zhi，MAO Hangyin
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310004，China）

HVDC（high-voltage direct current）Flexible system is the latest technology for DC power transmission，which is also meaningful for the development of offshore power grid.With the limitations of the offshore power grid，it is obstacle for the regular solutions to commencing raising voltage from zero（RVFZ）under insular conditions.Therefore a novel solution is introduced after comparing the advantages and disadvantages of the existing RVFZ solutions，and relevant parameters are calculated and determined.It is finally proved the new solution can well combine special condition of islands，which achieves favorable test results.

flexible DC；linking transformer；raising voltage from zero;mode

TM866

B

1007-1881（2015）07-0016-04

2015-01-12

李 晨（1986），男，工程師，從事變壓器高壓試驗及研究工作。