1000kV分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器在特高壓變電站的應(yīng)用

1000kV分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器在特高壓

變電站的應(yīng)用摘要：可控并聯(lián)電抗器(CSR)是一種可調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)功功率、抑制工頻過(guò)電壓和潛供電流、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的無(wú)功調(diào)節(jié)裝置，主要用于解決長(zhǎng)距離重載線路限制過(guò)電壓和無(wú)功補(bǔ)償?shù)拿?。可控并?lián)電抗器能夠在最大程度上保持電壓的穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)在工頻過(guò)電壓情況下的安全性；能夠減少系統(tǒng)網(wǎng)損，對(duì)電網(wǎng)的弱阻尼動(dòng)態(tài)穩(wěn)定也有一定的改善作用，可提高電網(wǎng)的輸送能力；同時(shí)它作為系統(tǒng)無(wú)功的靈活調(diào)節(jié)手段也發(fā)揮著重要作用。關(guān)鍵詞：特高壓變電站；分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器；星形接線；布置方案引言近年來(lái)，新能源行業(yè)發(fā)展迅速，以太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能為主的新能源并網(wǎng)容量正在逐年攀升，但是風(fēng)力具有波動(dòng)性、隨機(jī)性等特點(diǎn)，其可控性與可調(diào)度性與傳統(tǒng)的火電、水電相比較都較差，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性造成很大的影響。因此，根據(jù)電網(wǎng)容量輸送情況來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)功容量，滿(mǎn)足系統(tǒng)的無(wú)功需求，進(jìn)而使系統(tǒng)電壓保持在正常范圍之內(nèi)，是當(dāng)今一項(xiàng)研究的重點(diǎn)。分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器(HierarchicalControllableShuntReactor，HCSR)是一種直接接入超/特高壓電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，它不僅具有傳統(tǒng)并聯(lián)電抗器改善系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高輸電能力、抑制過(guò)電壓等功能，同時(shí)又具有補(bǔ)償容量可調(diào)、運(yùn)行損耗小等優(yōu)點(diǎn)，很好地解決了系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償與限制過(guò)電壓對(duì)電抗器容量反向需求的矛盾，可有效提高無(wú)功調(diào)節(jié)的靈活性。國(guó)家電網(wǎng)有限公司建設(shè)的張北至雄安1000kV特高壓交流輸變電工程將分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器在特高壓輸變電工程中進(jìn)行了首次應(yīng)用，為張家口地區(qū)新能源送出創(chuàng)造了有利條件。1低壓電抗器故障診斷方法綜述目前，針對(duì)低壓干式電抗器的常見(jiàn)故障，診斷方法可概括分為停電診斷方法和帶電檢測(cè)方法。停電診斷方法屬于變壓器類(lèi)設(shè)備常規(guī)試驗(yàn)方法，經(jīng)過(guò)不間斷的理論及實(shí)踐研究已經(jīng)基本趨于成熟，主要包括外部檢查、絕緣電阻測(cè)試、直阻測(cè)量、電容電感測(cè)試、匝間絕緣試驗(yàn)等。通過(guò)外觀檢查，可查找發(fā)現(xiàn)低壓干式電抗器外部特征的異常變化，進(jìn)而初步判斷千式電抗器故障部位、故障類(lèi)型。通過(guò)借助絕緣電阻測(cè)試，可判斷干式電抗器支撐件、絕緣件的絕緣性能是否良好，發(fā)現(xiàn)絕緣類(lèi)故障。通過(guò)直阻、電感綜合測(cè)試并與線圈原始量進(jìn)行具體縱向橫向分析比對(duì)，可發(fā)現(xiàn)線圈阻性和感性量的變化，初步判斷低抗繞組的電氣性能。匝間絕緣測(cè)試脈沖振蕩電壓試驗(yàn)是目前診斷低壓電抗器匝間絕緣非常有效的方法，該診斷方法在國(guó)內(nèi)外諸多文獻(xiàn)中已得到全面深入闡述，其有效性也已經(jīng)得到大量理論與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的證明。21000kV分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器在特高壓變電站的應(yīng)用2.1OOOkV分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器主要設(shè)備選擇1OOOkV分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器本體及各部件設(shè)備的選擇，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)條件、裝置的額定容量、分級(jí)數(shù)和設(shè)備制造能力等綜合條件確定?？煽夭⒙?lián)電抗器本體參數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮其低壓側(cè)繞組額定電壓的選擇，考慮絕緣成本，低壓側(cè)繞組額定電壓不宜過(guò)高；考慮晶閘管及旁路斷路器等設(shè)備的通流能力，低壓側(cè)電流也不宜過(guò)大；電壓要盡量與現(xiàn)有電壓等級(jí)一致，電流的大小不應(yīng)使晶閘管、斷路器及隔離開(kāi)關(guān)等電氣設(shè)備選擇成為困難。因此，本工程方案低壓側(cè)相一地額定電壓選擇63kV，絕緣可以按11OkV電壓等級(jí)設(shè)計(jì)；低壓側(cè)額定電流為3 175A，從而為晶閘管和旁路斷路器選型提供方便。當(dāng)以67%和33%額定容量狀態(tài)工作時(shí)，低壓側(cè)電流分別為2 127A和1O59A。根據(jù)前面所述的主要設(shè)計(jì)原則，本方案分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器本體選擇為戶(hù)外、單相、油浸、高阻抗變壓器式，冷卻方式為油浸自冷/油浸風(fēng)冷。晶閘管閥、輔助電抗器及旁路斷路器等主要部件的選擇應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行條件及成套裝置性能進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。考慮到晶閘管閥組僅為短時(shí)工作，旁路斷路器承擔(dān)長(zhǎng)期工作電流，晶閘管應(yīng)采用自冷式閥組，無(wú)需水冷系統(tǒng)，可靠性較高。輔助電抗器可選用干式空心或油浸式鐵心電抗器，當(dāng)占地受限時(shí)，宜優(yōu)先采用油浸鐵心式；電抗器間的耦合系數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足容量輸出偏差要求。旁路斷路器宜采用合閘優(yōu)先型斷路器，合閘速度應(yīng)滿(mǎn)足整體性能要求；考慮到斷路器需要頻繁操作，在選擇操作機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選擇適合頻繁操作、長(zhǎng)壽命的機(jī)構(gòu)型式。2.2控制策略層間切換結(jié)合上文內(nèi)容，分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器控制策略分為內(nèi)層無(wú)功優(yōu)化平衡控制、外層邊界電壓緊急控制、最外層電磁暫態(tài)控制3種。為確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)確保各控制策略執(zhí)行有序，將3種控制策略的優(yōu)先級(jí)定義為：最外層控制〉外層控制〉內(nèi)層控制。當(dāng)線路保護(hù)動(dòng)作后，分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器隨即進(jìn)入暫態(tài)控制方式，控制系統(tǒng)將閉鎖內(nèi)外層控制，將可控并聯(lián)電抗器容量調(diào)至最大?？紤]到線路保護(hù)動(dòng)作可能導(dǎo)致外層邊界電壓緊急控制層的低電壓越限控制動(dòng)作，控制系統(tǒng)將低電壓越限控制啟動(dòng)時(shí)間延時(shí)了100ms，確保最外層暫態(tài)控制準(zhǔn)確動(dòng)作。2.3傳統(tǒng)控制策略傳統(tǒng)的分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器穩(wěn)態(tài)控制策略主要采用電壓/無(wú)功控制。以電壓控制為例，基于電壓變化的控制方法以分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器所掛線路或母線的電壓為控制目標(biāo)，預(yù)先設(shè)定電壓上下限，實(shí)時(shí)檢測(cè)電壓值，當(dāng)電壓值在設(shè)定時(shí)間內(nèi)持續(xù)高于上限，則上調(diào)一定容量，計(jì)時(shí)清零；如調(diào)擋后電壓仍然高于上限，則重新計(jì)時(shí)直到超過(guò)設(shè)定時(shí)間，繼續(xù)上調(diào)容量，以此類(lèi)推。當(dāng)電壓值低于下限時(shí)，控制策略同上，只是將動(dòng)作改為下調(diào)一定容量。2.4外部檢查低壓電抗器停電以后，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)程檢查電抗器表面是否存在燒灼痕跡、絕緣開(kāi)裂，電抗器外部絕緣材料與支柱瓷瓶有無(wú)顯著的閃絡(luò)放電痕跡、包封撐條是否存在松脫下墜情況、通風(fēng)槽有無(wú)異物堵塞等情況，必要時(shí)采用內(nèi)窺鏡檢查電抗器各層的包封外表及接線頭是否良好。通過(guò)電抗器外表面檢查情況，粗略診斷電抗器的狀態(tài)是否良好。2.5與主變低壓側(cè)無(wú)功設(shè)備的協(xié)調(diào)配合特高壓變電站內(nèi)低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置為110kV設(shè)備，其投入與退出受到電壓無(wú)功優(yōu)化控制(AVC)系統(tǒng)的控制，而目前分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器并未納入AVC系統(tǒng)控制范圍。為避免分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器動(dòng)作與變壓器低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置動(dòng)作沖突，對(duì)分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器動(dòng)作采取了“后投后退”的配合策略。當(dāng)變壓器低壓側(cè)無(wú)功調(diào)節(jié)能力滿(mǎn)足系統(tǒng)無(wú)功需求時(shí)，可控并聯(lián)電抗器內(nèi)層無(wú)功優(yōu)化平衡控制不動(dòng)作，當(dāng)變壓器低壓側(cè)無(wú)功調(diào)節(jié)能力不滿(mǎn)足系統(tǒng)無(wú)功需求時(shí)，內(nèi)層無(wú)功優(yōu)化平衡控制啟動(dòng)，發(fā)出容量調(diào)節(jié)指令。結(jié)語(yǔ)a.本文通過(guò)磁控式可控電抗器、TCT型可控并聯(lián)電抗器和分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)的研究分析，結(jié)合系統(tǒng)功能需求和現(xiàn)有新技術(shù)裝備的制造能力，提出現(xiàn)階段特高壓變電站采用分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器方案°b.lOOOkV分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器由于其額定容量大，為降低低壓側(cè)設(shè)備絕緣水平以減少設(shè)備投資，電抗器低壓側(cè)三相繞組宜采用星形連接，中性點(diǎn)直接接地；低壓繞組額定電壓的確定應(yīng)重點(diǎn)考慮其回路工作電流不大于現(xiàn)有開(kāi)關(guān)設(shè)備的制造能力。c.本文提出的特高壓變電站1 OOOkV分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器設(shè)計(jì)方案，電氣接線形式的確定