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±800kV云廣直流輸電工程平波電抗器參數選擇和布置

作者: 時(shí)間:2012-08-28 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

±800kV云廣直流輸電工程平波電抗器參數選擇和布置方案 智能電網(wǎng) www.21ic.com

另1 種方案為平波電抗器分成2 部分,分別裝設在極母線(xiàn)上和2 個(gè)12 脈動(dòng)換流器中間的聯(lián)絡(luò )線(xiàn)上(以下簡(jiǎn)稱(chēng)方案3),見(jiàn)圖3。

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運行特性包括穩態(tài)特性和暫態(tài)特性,筆者針對不同的平抗布置方案,主要研究反映其穩態(tài)特性的最大持續運行電壓峰值,即PCOV,和反映暫態(tài)特性的換流器交叉閥組解鎖直流操作過(guò)電壓,來(lái)揭示布置方案對特高壓運行特性的影響。

目 前過(guò)電壓絕緣配合的方法主要是在可能出現較大過(guò)電壓的關(guān)鍵點(diǎn)增加避雷器配置。不同于交流避雷器,直流避雷器的保護水平取決于裝設點(diǎn)包括換相過(guò)沖電壓的最大持續運行電壓峰值(PCOV)[11]。因此,關(guān)鍵測點(diǎn)PCOV 的大小是評估3 種平抗布置方案對系統過(guò)電壓絕緣水平的影響的重要依據。

如圖1-3 所示,Uv為高端閥組Y-Y 換流變閥側A 相電壓,Udh為極母線(xiàn)出口直流電壓,Udm是2 個(gè)12 脈動(dòng)換流器中間聯(lián)絡(luò )母線(xiàn)的電壓,Udv為下12 脈動(dòng)換流器的2 個(gè)6 脈動(dòng)橋中點(diǎn)的直流電壓。根據特高壓直流換流站的避雷器配置方案,上述4 個(gè)電壓測量點(diǎn)均裝設相應的避雷器,避雷器額定電壓和保護水平由該點(diǎn)的運行電壓和PCOV 決定。當平抗布置采用第2 種和第3 種方案時(shí), 由于上下雙12 脈動(dòng)換流器結構基本對稱(chēng),其2 部分電抗器產(chǎn)生的諧波電壓降大小相等,方向相反,因此Udm近似于純直流電壓,而方案1 的Udm諧波含量較大,輸出為脈動(dòng)較大的直流電壓。Udh為12 脈動(dòng)換流器各點(diǎn)對地PCOV 與Udm之和,因此方案1 的Udh諧波含量大于方案2、3 的諧波含量,其PCOV 也大于另外2 個(gè)方案中的PCOV, 這也將提高換流變壓器高端閥組側電壓Uv處的運行峰值和避雷器保護水平,增大相應設備的穩態(tài)應力,不利于系統安全經(jīng)濟運行。此外,Udm的諧波含量太大導致數值波動(dòng)較大, 將造成以Udm為輸入參考電壓的整流側定電壓控制器不能起到穩定的控制作用。

特高壓直流輸電采用單極雙12 脈動(dòng)換流閥串聯(lián)的接線(xiàn)形式,每個(gè)閥組都并聯(lián)了旁路斷路器和旁路隔離開(kāi)關(guān),使得每個(gè)閥組可以單獨的投運或者退出,運行方式和操作種類(lèi)數量大大增加[12]。典型的操作包括在單極低端12 脈動(dòng)換流器解鎖的情況下,解鎖高端閥組,根據云廣直流調試過(guò)程中的記錄, 該操作多次造成Udv過(guò)電壓太大,Udv處避雷器動(dòng)作。經(jīng)初步分析,該避雷器動(dòng)作原因與平波電抗器布置在中性母線(xiàn)上有關(guān)。

3 3 種平波電抗器布置方案的仿真研究

在實(shí)際中改變平波電抗器布置方案進(jìn)行試驗研究,由于其涉及到的工程復雜,成本太高,難以實(shí)施,不具有操作性。因此,利用電磁暫態(tài)軟件建模仿真是1 種簡(jiǎn)捷、方便、有效的途徑。

PSCAD/EMTDC 是目前世界上被廣泛使用的1種電力系統分析軟件,其主功能包括電力系統時(shí)域和頻域計算仿真,典型應用是計算電力系統遭受擾動(dòng)或參數變化時(shí),電參數隨時(shí)間變化的規律。其在高壓直流輸電系統領(lǐng)域的仿真研究具有較高的權威性。筆者利用PSCAD/EMTDC 軟件搭建了±800 云廣特高壓直流輸電工程模型,并針對應用3 種不同的平抗布置方案的特高壓直流輸電系統進(jìn)行仿真研究,對比其穩態(tài)和暫態(tài)運行特性,揭示各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

特高壓直流輸電模型中,交流系統采用無(wú)窮大等值電源模擬,換流變、交直流濾波器等一次設備均采用實(shí)際參數,平波電抗器總電感值取上文中計算得到的300 mH, 直流架空線(xiàn)路采用軟件自帶的貝杰龍線(xiàn)路模型,參數均為實(shí)測所得??刂品绞綖镃IGRE HVDC 標準模型的控制模式?;诓煌桨傅? 種模型整流側單極接線(xiàn)圖分別為圖1-3, 由于另一極以及逆變側的接線(xiàn)方式具有高度對稱(chēng)性,限于篇幅不再給出。

當云廣特高壓直流輸電系統運行在額定工況時(shí),Uv、Udh、Udm的仿真波形分別見(jiàn)圖4-6。

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雙12 脈動(dòng)換流器中間聯(lián)絡(luò )線(xiàn)電壓Udm的諧波含量取決于上下兩組12 脈動(dòng)換流器參數的對稱(chēng)度,包括上下兩閥組換流變基本參數、觸發(fā)角、對地雜散電容、平波電抗器的電感值等。在仿真中忽略了雜散電容的影響,換流變、觸發(fā)角等參數一致,因此,Udm的諧波含量取決于平抗的布置方式。見(jiàn)圖6,由于方案2、3 的平波電抗器分開(kāi)布置在極母線(xiàn)和中性線(xiàn)或中間聯(lián)絡(luò )線(xiàn)上, 其對稱(chēng)度遠高于方案1,Udm近似為純直流電壓,而方案1 中Udm的5、7 次諧波含量明顯較大。

單個(gè)12 脈動(dòng)換流器各處對地PCOV 可以按傳統500 的12 脈動(dòng)換流器各點(diǎn)對地PCOV 的公式計算, 然后加上中間聯(lián)絡(luò )母線(xiàn)的直流電壓或者PCOV。因此Udm的大小和波形直接影響到Uv、Udh,如圖4、5 所示,方案1 中的換流變閥側PCOV 和極母線(xiàn)PCOV 明顯大于方案2、3 中相應的PCOV,因此,采用方案2、3 時(shí),可以有效降低安裝在換流變閥側和極母線(xiàn)處的避雷器的額定電壓,降低避雷器保護水平, 也可降低上組12 脈動(dòng)換流器各點(diǎn)的絕緣水平、減小穩態(tài)應力[13]。其中,方案3 中換流變閥側PCOV 要略高于方案2, 是因為平波電抗器裝設在中性母線(xiàn)時(shí),雙脈動(dòng)換流器結構對稱(chēng)度更高。

直流操作過(guò)電壓是直流輸電工程較為常見(jiàn)的過(guò)電壓現象,云廣特高壓直流工程在調試過(guò)程中出現過(guò)因直流過(guò)電壓太大造成避雷器動(dòng)作的事例:2010 年1 月7 日11:38, 楚雄換流站在極2 低端閥組帶功率運行的情況下,解鎖極2 高端閥組的操作時(shí), 低端閥組2 個(gè)6 脈動(dòng)換流器中點(diǎn)瞬時(shí)電壓Udv過(guò)大,導致該處避雷器動(dòng)作。文中對該操作過(guò)程進(jìn)行模擬仿真, 在不裝設避雷器的情況下觀(guān)察Udv的暫態(tài)波形,結果見(jiàn)圖7-9(為了便于觀(guān)察,輸出結果設置為正極性)。

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