吳江變STATCOM保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

錢偉 張赟 瞿峰 周強(qiáng) 鄧凱

摘要：STATCOM裝置可提供快速無(wú)功控制，能解決無(wú)功不足引起的多種問(wèn)題?，F(xiàn)以蘇州南部電網(wǎng)吳江變STATCOM裝置為背景，介紹主設(shè)備概況并詳細(xì)闡述保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，可為今后更高電壓等級(jí)、更大容量STATCOM裝置工程化提供設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）;主設(shè)備;保護(hù)配置

0 ? ?引言

江蘇吳江地域電源數(shù)目較負(fù)荷需求量的缺口大，需要外部潮流輸送來(lái)彌補(bǔ)，但存在以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）有功和無(wú)功電力缺乏，易發(fā)生電壓崩潰或動(dòng)態(tài)失穩(wěn);（2）交流系統(tǒng)故障易造成錦蘇直流換相失敗導(dǎo)致閉鎖;（3）吳江區(qū)域再次接入?yún)^(qū)外來(lái)電將進(jìn)一步增加電網(wǎng)安全隱患[1-2]。在蘇州南部電網(wǎng)加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）提供快速無(wú)功控制，可在防止系統(tǒng)電壓崩潰、提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性、抑制直流換相失敗等方面起到顯著作用[3-5]。

1 ? ?吳江STATCOM基本結(jié)構(gòu)

吳江STATCOM裝置主設(shè)備包括連接變、啟動(dòng)裝置、換流閥、水冷系統(tǒng)等。換流閥是STATCOM核心部件，通過(guò)35/220 kV連接變壓器接入220 kV母線，單個(gè)橋臂由多個(gè)基于IGBT的全橋結(jié)構(gòu)子模塊而級(jí)聯(lián)輸出額定電壓。啟動(dòng)裝置包括啟動(dòng)電阻、旁路刀閘、連接開(kāi)關(guān)等，可以降低換流閥啟動(dòng)電流沖擊。連接變是換流閥與交流母線之間的連接器，用于向交流系統(tǒng)輸出或吸收可調(diào)無(wú)功功率。水冷系統(tǒng)利用冷卻水強(qiáng)流循環(huán)帶走IGBT正常運(yùn)行中散發(fā)出的熱量，采用內(nèi)水冷、外風(fēng)冷的冷卻方式。

2 ? ?吳江變STATCOM保護(hù)配置方案

為保證STATCOM設(shè)備安全可靠運(yùn)行，保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足繼保四性的要求，吳江變STATCOM保護(hù)系統(tǒng)采用分區(qū)配置原則，如圖1所示，包括交流保護(hù)區(qū)、直流保護(hù)區(qū)及水冷保護(hù)區(qū)，其中交流保護(hù)又包括變壓器保護(hù)及35 kV母線保護(hù)，直流保護(hù)包括3組換流閥及電抗器保護(hù)。

2.1 ? ?變壓器保護(hù)

220 kV專用變壓器配置2套電氣量保護(hù)和1套非電量保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)跳開(kāi)變壓器高、低壓側(cè)4臺(tái)斷路器的同時(shí)，需將3臺(tái)STATCOM系統(tǒng)閉鎖。220 kV斷路器的失靈由變壓器保護(hù)和35 kV母差保護(hù)共同啟動(dòng)。

2.2 ? ?35 kV母差保護(hù)

35 kV母差保護(hù)雙套配置，保護(hù)動(dòng)作時(shí)跳開(kāi)3條支路斷路器及220 kV側(cè)斷路器，閉鎖換流閥觸發(fā)脈沖，35 kV斷路器失靈保護(hù)及STATCOM控制保護(hù)系統(tǒng)的無(wú)流判據(jù)都會(huì)啟動(dòng)35 kV母差保護(hù)。

2.3 ? ?STATCOM直流保護(hù)

STATCOM直流保護(hù)設(shè)置了三層，主要針對(duì)閥組和系統(tǒng)故障提供有效的保護(hù)功能，分為器件級(jí)保護(hù)、閥組級(jí)保護(hù)和系統(tǒng)級(jí)保護(hù)。器件級(jí)保護(hù)會(huì)檢測(cè)閥組內(nèi)部器件級(jí)的故障，閥組級(jí)保護(hù)包含閥組內(nèi)元器件的保護(hù)及通信故障保護(hù)等，這兩層保護(hù)只旁路單個(gè)閥模塊，模塊冗余不足時(shí)跳閘。系統(tǒng)級(jí)保護(hù)主要針對(duì)STATCOM系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，故障時(shí)延時(shí)保護(hù)跳閘或單獨(dú)閉鎖脈沖。STATCOM直流保護(hù)方案如圖2所示。

閥組內(nèi)的電抗器保護(hù)由STATCOM的角內(nèi)、角外差流驅(qū)動(dòng)其出口，電抗器保護(hù)動(dòng)作會(huì)閉鎖相應(yīng)支路換流閥并跳開(kāi)35 kV斷路器，同時(shí)啟動(dòng)該斷路器的失靈保護(hù)。

2.4 ? ?閥冷控制保護(hù)

閥冷控制保護(hù)雙套配置，方案如圖3所示，通過(guò)對(duì)循環(huán)水的溫度、電導(dǎo)率、壓力、液位和流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，同時(shí)根據(jù)各在線參數(shù)及機(jī)電單元狀態(tài)和故障情況輸出報(bào)警信號(hào)和跳閘信號(hào)，并將在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)PC機(jī)，完成水冷系統(tǒng)控制與保護(hù)功能。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

本文介紹了蘇州南部電網(wǎng)500 kV吳江變STATCOM裝置基本結(jié)構(gòu)及主設(shè)備情況，詳細(xì)闡述了保護(hù)系統(tǒng)配置情況，其能夠保證工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也為后續(xù)柔性交直流輸電工程的保護(hù)系統(tǒng)研究提供了參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 蔡暉，張文嘉，萬(wàn)振東，等.蘇州南部電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定問(wèn)題及無(wú)功補(bǔ)償策略研究[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2017，38（1）：110-116.

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收稿日期：2020-07-08

作者簡(jiǎn)介：錢偉（1993—），男，江蘇吳江人，助理工程師，研究方向：柔性交直流系統(tǒng)控制與保護(hù)。