根据南方电网实际需要，研制了12脉波直流融冰兼SVC系统。基于电力电子整流技术的直流融冰装置，兼具静止无功补偿(StaticVarCompensation，简称SVC)功能，应用前景广阔。以贵州电网kV变电站直流融冰兼SVC工程为例，对系统功能、切换方案、控制系统、晶闸管阀组和现场应用进行了分析，论证了采用12脉波直流融冰兼SVC系统的必要性和优点。在南方电网区域的贵州大部分地区、广西桂北地区、广东粤北等地区冬季经常有低温雨雪冰冻灾害，导致电网设施遭受到严重破坏，西气东输也受到严重影响，而且一些输电线路经常跨越高山，容易形成大规模的覆冰，造成输电线路倒塌、变形等事故，严重的影响了输电线路的正常运行,也危害了电网的安全稳定运行。目前国内的直流融冰装置，多采用6脉直流融冰，通过6脉直流融冰系统将覆冰线路作为负载，施加直流电源，用较低电压提供直流电流来加热导线使覆冰融化，具有适应性强、融冰速度快等优点。但如果融冰装置只用于融冰，在一年内的大多少时间处于闲置状态，造成了设备不能充分利用，给用户造成很大的资源浪费，为了保证设备能够充分利用，在国内我们最先采用6脉直流融冰兼SVC系统，在贵州电网变电站投入运行，根据电网的电压等级不同，采用不同的设计方案，在kV及以上电压等级输电线路中，6脉直流融冰兼SVC已经不能满足用户的要求，因此开发研制了12脉波直流融冰兼SVC系统，以满足高电压等级输电线路融冰的需求。1.系统概述1.1.系统组成由于整流器与SVC装置的主要元器件都为晶闸管，同时在结构上有一定的相似性，因此通过切换装置来控制SVC装置与直流融冰装置的转换，实现装置具有直流融冰和SVC双重功能。12脉波直流融冰兼SVC系统的实现是通过控制系统和晶闸管阀组共同完成的。控制系统根据选择的功能（SVC功能和融冰功能）不同，设置不同的窗口来完成相应的功能。控制系统采集现场的电流、电压信号，以同步电压信号为基准来控制晶闸管阀组上的晶闸管触发角度，同时接收晶闸管阀组的回报信号，通过回报信号实时监测和显示晶闸管阀组上的各个晶闸管的状态。1.2.系统功能本系统具有直流融冰功能和SVC双重功能。直流融冰功能：在遭遇冰雪灾害的情况下，通过对系统进行切换、重构，可以快速构建成为输电线路直流融冰装置，直流融冰装置是通过整流器将交流电流转换为直流电流对覆冰输电线路进行加热以实现融冰的装置。在贵州电网kV变电站直流融冰工程中，直流融冰装置接入变电站35kV系统，利用直流短路电流在导线电阻中产生热量使覆冰融化，对输电线路进行快速融冰，保证电网安全运行，提高输电线路渡越冰雪灾害的能力。SVC功能：考虑到直流融冰装置每年只工作有限的天数，在其余时间就可以将可控整流直流融冰装置扩展成无功补偿装置（SVC），经过扩展一次设备，用可控电抗器TCR、滤波装置FC和固定电容器组，提供系统需要的感性及容性无功功率的功能。系统控制阀组触发角在-度范围内调节无功输出，和电抗器、转换开关刀闸等，可作为动态调节的无功静止补偿，提供系统需要的无功功率的功能。1.3.系统直流融冰方式直流融冰时的线路组合形成有多种，主要融冰方式有融冰方式A和融冰方式B，但由于大多数现场没有专用的整流变压器，所以一般采用融冰方式A。融冰方式A是指三相输电线路中的两相构成电流回路，每次融冰需要两次操作。如图1所示。图1融冰方式A融冰方式B是指三相输电线路同时进行融冰，每次融冰需要一次操作即可。如图2所示。图2融冰方式B2.系统切换方案2.1.系统总体电气图设计本系统包括整流变压器、切换装置、检测装置、电抗器、35kV滤波支路、直流融冰兼SVC的晶闸管阀组及冷却水系统等。整流变压器的接线依次是Δ/Δ、Δ/Ｙ，整流变压器设计成不同的连接组别，使整流变压器原、副边电压形成不同的相位移，从而使两台六脉冲整流器串联构成12脉冲整流器，以减小交流侧的谐波电流，系统总体电气图如图3：图3系统总体电气图2.2.系统重构方案根据贵州电网kV变电站的kV线路融冰功能要求，选定12脉波直流融冰兼SVC系统。12脉波直流融冰兼SVC系统的实现，通过切换功能装置实现对融冰功能和SVC功能的切换。两种功能切换后，融冰功能的平波电抗器转换成SVC功能时的相控电抗器；融冰功能的晶闸管整流转换成SVC功能的阀组晶闸管反并联串；融冰功能的两个6脉波整流装置转换成SVC功能两套TCR系统；融冰功能的整流器会消耗无功并产生谐波，所以在母线侧配有滤波器，SVC功能时，滤波器滤除TCR产生的谐波，并提供容性无功。通过控制切换功能装置，系统的融冰功能重构图如图4所示：图4直流融冰重构图在融冰功能下，经过两个6脉波整流桥串联而成12脉波整流桥，接入系统后采用中性点接地方式，保证12脉波直流融冰稳态运行时正负极对称运行，进而满足安全要求。12脉波直流融冰的额定输出电流为A，控制系统根据站内不同线路的融冰需求，来输出不同的晶闸管触发角，输出不同的直流电流，为融冰线路提供直流电源，实现融冰功能。同时经过切换融冰方式装置，选择合适的融冰方式，对覆冰输电线路实现融冰。系统的SVC功能重构图如图5所示：图5SVC重构图在SVC功能时，控制系统采集现场的同步电压、相控电流信号、电网电流，计算处理后给晶闸管发出触发脉冲，实现SVC功能。3.控制系统控制系统在通常情况下，为SVC控制功能界面，实现无功补偿功能；在需要融冰时，把控制系统的界面调到融冰控制功能界面，实现融冰。3.1.控制系统组成控制系统包括SVC控制柜、融冰控制柜、开关控制柜、脉冲切换柜。其控制系统框图如图6所示。图6控制系统框图SVC控制柜采集交流电压、交流电流与同步电压信号，通过SVC控制策略，计算出补偿导纳和相应的触发角，并以同步电压为基准发出此角度的触发脉冲给脉冲切换柜，通过光纤传送到晶闸管阀组上的触发板上，触发相应的晶闸管，同时触发板上产生回报信号，通过光纤传送到SVC控制柜，使SVC控制柜实时监视晶闸管的击穿状态。融冰控制柜采集直流电压、直流电流信号和同步电压信号，通过融冰控制策略，计算出晶闸管触发角大小，并以同步电压为基准发出触发脉冲给脉冲切换柜，通过光纤传送到晶闸管阀组上的触发板上，触发相应的晶闸管，同时触发板上产生回报信号，通过光纤传送到融冰控制柜，使融冰控制柜也实时监视晶闸管的击穿状态。开关控制柜采集系统的切换功能装置的开关状态，实现SVC功能与融冰功能的切换。脉冲切换柜接收SVC控制柜、融冰控制柜和开关控制柜的命令，然后发出相应命令的触发脉冲，控制相应功能的晶闸管触发，使晶闸管阀组完成SVC功能或融冰功能；同时将晶闸管阀组的回报信号输出给SVC控制柜的回报信号接收板，或者融冰控制柜的回报信号接收板。3.2保护策略本系统保护策略均按双重化配置，每一重保护具有全部的保护功能，同时每重保护具有独立的、完整的硬件配置和软件配置，并与另一重保护之间在物理上和电气上完全独立[3]。本系统的融冰模式的时间较短，如果产生误动也不会对系统产生大的影响，但一旦拒动，就会对设备造成很大的损坏，因此在设计本系统保护时，优先考虑保护的灵敏性，本系统设计了阀短路保护、桥差动保护、直流过流保护、接地过流保护、谐波保护、交流过电压保护、交流欠压保护等。4.晶闸管阀组晶闸管阀组包括两个6脉的晶闸管阀组，每个6脉晶闸管阀组由三个单相晶闸管阀组单元组成，6脉晶闸管阀组图见图7。图76脉晶闸管阀组图每相阀组分为上下两层，上下两层阀组通过铜排连接。每层为一个阀组单元，为了方便电气接线，每个阀组单元设计成相同的结构。每个阀组单元均由晶闸管单元、触发板单元、阻容保护单元以及框架单元、均压单元、水管单元、走线槽单元等组成。通过切换装置切换到SVC模式时，单相阀组的上下两层阀组为正负晶闸管串，实现SVC功能；当融冰模式时，上层阀组单元为正向桥臂，下层阀组单元为负向桥臂，来实现融冰功能。5.现场应用分析本系统应用于贵州电网kV变电站中，直流融冰装置容量见表1：表1kV变电站直流融冰装置容量根据表1对贵州电网kV变电站的kV线路融冰的进行详细的分析和计算，则融冰装置的主要技术参数为：阀侧额定电压35kV、额定输出直流电流A、额定输出直流电压±10kV、额定直流容量88MW。由于6脉波的直流融冰系统不能满足以上参数，因此选用了12脉波直流融冰兼SVC系统，12脉波是指在原有6脉波整流的基础上，在输入端、增加移相变压器后再增加一组6脉波整流器，使直流母线电流由12组晶闸管整流完成，因此又称为12脉波整流，它把整流器的一个周期内脉波数从6提高到12，从而改善了输出的直流波形，降低了输出谐波电流。贵州电网kV变电站融冰兼SVC系统已经安装并调试完成，在现场低压调试的过程中，用示波器测试的直流融冰方式下的输出波形如图8：图8直流融冰方式下的输出波形12脉波直流融冰兼SVC系统的实际输出就是在一个周波（20mS）内产生12个脉波，使输出的电压连续平稳。6.结论12脉波直流融冰兼SVC系统通过切换重构实现融冰功能与SVC功能，采用了国内先进的整流技术，在技术上达到了国内先进水平。该系统首次应用在贵州电网kV变电站直流融冰兼SVC工程，提高了抗冰保障能力，又提高线路送电能力、改善电网质量。本文对系统功能、切换方案、控制系统和晶闸管阀组做了详细分析，总结了6脉波直流融冰与12脉波直流融冰的异同，对12脉波直流融冰兼SVC系统的应用进行了有益的实现。（编自《电气技术》，标题为“12脉波直流融冰兼SVC系统的实现”，作者为胡建华、司明起等。）
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