先進(jìn)電力電子技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

先進(jìn)電力電子技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

0fact技術(shù)電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于高壓直接供電（hvdc）和坎斷補(bǔ)償（svc）等領(lǐng)域。上世紀(jì)80年代后期,為了充分利用已有的輸電設(shè)備、有效地控制系統(tǒng)潮流分布、提高對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制能力,提出了“柔性交流輸電(FACTS)”技術(shù),并得到了快速的發(fā)展。FACTS技術(shù)利用大功率電力電子器件的快速響應(yīng)能力,實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、有功潮流、無功潮流等的平滑控制,在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下,提高系統(tǒng)傳輸功率能力,改善電壓質(zhì)量?？煽卮?lián)補(bǔ)償器(TCSC)、靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)等樣機(jī)相繼投運(yùn)。上世紀(jì)90年代中期,為解決日益突出的電能質(zhì)量問題,國(guó)外又提出了“定制電力(CustomPower)”技術(shù),即把電力電子技術(shù)用于配電領(lǐng)域。屬于這類技術(shù)的新型電力設(shè)備,如新型配電用靜止無功補(bǔ)償器(DSTATCOM)、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、靜止開關(guān)(SSB)等也陸續(xù)投入實(shí)際應(yīng)用。我國(guó)對(duì)電力電子技術(shù)的研究已有40多年的歷史,特別是近10多年來研究工作有很大的進(jìn)展,在部分領(lǐng)域已經(jīng)初步具備了分析研究、試驗(yàn)仿真、設(shè)備制造和系統(tǒng)集成的能力,但整體技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有較大的差距。1內(nèi)網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性有待提高隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對(duì)電力的需求迅速增加,電力工業(yè)增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛。然而,我國(guó)各大區(qū)域裝機(jī)容量和電力消耗嚴(yán)重不匹配,這種情況下,國(guó)家提出了“西電東送”的戰(zhàn)略決策。2005年已初步形成全國(guó)跨大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng),至2020年我國(guó)西電東送的總裝機(jī)容量將達(dá)到1.2億kW,主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)距離(1500～2000km)交直流混合輸電上。當(dāng)前,我國(guó)電網(wǎng)的主要特點(diǎn)是:電網(wǎng)容量增大、遠(yuǎn)距離輸電增多;單位走廊的輸電能力和經(jīng)濟(jì)性有待提高;穩(wěn)定特性發(fā)生變化,一些斷面穩(wěn)定水平亟待提高,可能存在動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題;潮流變化大,需要加強(qiáng)潮流控制手段;加強(qiáng)電壓支撐,提高系統(tǒng)電壓控制能力。1.1電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性計(jì)算公式與電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)不穩(wěn)定不適應(yīng)性的矛盾我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展面臨的主要問題是:電網(wǎng)的輸電能力亟待大幅提高,以滿足大容量、遠(yuǎn)距離送電的需要;要在提高輸電能力的同時(shí)增強(qiáng)電網(wǎng)的安全可靠性并改善電能質(zhì)量;關(guān)注經(jīng)濟(jì)和環(huán)境問題。然而,要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模輸電,當(dāng)前面臨諸多技術(shù)困難:大區(qū)電網(wǎng)強(qiáng)強(qiáng)互聯(lián)的格局尚未形成,電網(wǎng)建設(shè)滯后,瓶頸增多,威脅電網(wǎng)的安全;獲取線路走廊和變電站站址日益困難。因此,在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí),如何大幅度提高電網(wǎng)資源的使用效率、克服輸配電的瓶頸、實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)資源的優(yōu)化配置,成為當(dāng)前急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。目前電力系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定問題日益突出,功角穩(wěn)定已不是研究重點(diǎn)。以京滬穗電網(wǎng)為例,我國(guó)大型負(fù)荷中心存在的問題主要是:負(fù)荷中心有功熱備用減少(電廠少),使得動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償日益不足;調(diào)相機(jī)由于維護(hù)不便及擾民等原因逐漸退出運(yùn)行;負(fù)荷中心的空調(diào)等突增負(fù)荷所占比例越來越大;常規(guī)電容補(bǔ)償裝置不能適應(yīng)突增負(fù)荷的需要;恒定功率負(fù)荷遞增,不利于電壓的恢復(fù)。這樣的系統(tǒng)一旦受到干擾,易出現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功不足,引起電壓不穩(wěn)定。全國(guó)電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后,形成總裝機(jī)容量超過1.4億kW、南北距離超過4600km的超大規(guī)模同步交流系統(tǒng)。目前,各區(qū)域電網(wǎng)500kV主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)尚不十分健全,區(qū)域電網(wǎng)間僅通過單回500kV線路弱聯(lián)系。因此,整個(gè)互聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定問題比較突出。聯(lián)網(wǎng)后局部故障影響范圍擴(kuò)大,局部電網(wǎng)的故障可能波及鄰近電網(wǎng),在某些情況下可能誘發(fā)惡性連鎖反應(yīng)。影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素多元化,大型互聯(lián)電網(wǎng)中一個(gè)斷面潮流的增加,可能造成整個(gè)電網(wǎng)電能動(dòng)態(tài)品質(zhì)的惡化。區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部的安全穩(wěn)定控制可能與相鄰電網(wǎng)的某些運(yùn)行條件及因素有較強(qiáng)的相關(guān)性,由此增加了電網(wǎng)運(yùn)行安全控制的復(fù)雜程度。1.2電壓損失(1)北京線路上電壓設(shè)備假定華北系統(tǒng)大房線雙回?cái)嚅_,功率轉(zhuǎn)移到神頭一保北單回線路,北京環(huán)線上電壓降到0.7p.u.,將造成大面積停電。假定上海電網(wǎng)500kV黃渡至石牌線路中一回停運(yùn),另一回短路斷開,也會(huì)出現(xiàn)電壓崩潰。(2)黃渡區(qū)12條線路電壓失穩(wěn)假定上海地區(qū)各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)按照突增模型負(fù)荷突增8%,黃渡區(qū)12條220kV母線中的9條其電壓將降低到0.8p.u.以下,會(huì)造成電壓失穩(wěn)。(3)hvdc線路雙極故障引起的臨時(shí)電壓?jiǎn)栴}假定天廣、貴廣直流雙極閉鎖后,大量的功率會(huì)轉(zhuǎn)移到貴州-廣西-廣東的交流線路上,造成廣東電網(wǎng)電壓崩潰。(4)電機(jī)負(fù)荷增長(zhǎng)緩慢1987年7月23日東京發(fā)生大面積停電,在20min后500kV電壓下降到76%。事后分析是因?yàn)閷?duì)空調(diào)負(fù)荷的增長(zhǎng)估計(jì)不足。1978年法國(guó)巴黎發(fā)生了電壓崩潰大事故,原因是冬季供暖電動(dòng)機(jī)負(fù)荷突然上升,造成低壓過流連續(xù)切斷線路的惡性循環(huán)。兩者的共同點(diǎn)是,電動(dòng)機(jī)負(fù)荷突然上升,造成動(dòng)態(tài)無功功率不足;動(dòng)態(tài)無功功率的需求量遠(yuǎn)比有記載上升的有功功率大,導(dǎo)致電壓下降,進(jìn)一步造成容性無功功率減少而電動(dòng)機(jī)負(fù)荷無功功率需求增加的惡性循環(huán)。1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)上述問題的解決都需應(yīng)用電力電子技術(shù)。根據(jù)電網(wǎng)傳輸特點(diǎn),采用串、并聯(lián)補(bǔ)償技術(shù),可以提高電網(wǎng)的輸電能力;利用電力電子器件快速、精確控制的特點(diǎn),可以提高電網(wǎng)的可靠性和電壓質(zhì)量等;而定制電力技術(shù)的應(yīng)用可以提高配電網(wǎng)輸電能力、配電質(zhì)量,解決用戶端電能質(zhì)量問題。因此,超高壓大容量電力電子技術(shù)的快速發(fā)展為解決我國(guó)電網(wǎng)所存在的問題創(chuàng)造了有利的條件。多年來,我國(guó)經(jīng)過產(chǎn)學(xué)研的聯(lián)合研究,已經(jīng)具備了一定的研發(fā)能力,為電力電子技術(shù)的工程化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2現(xiàn)代電網(wǎng)技術(shù)輸配電用的先進(jìn)電力電子技術(shù)將大功率電力電子開關(guān)器件的制造技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)和傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)的融合,已經(jīng)成為HVDC、FACTS、短路電流限制等現(xiàn)代電網(wǎng)技術(shù)的核心?？梢灶A(yù)計(jì),該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將導(dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)生革命性的變化,大幅度提高輸電線路的輸送能力和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平,大大提高系統(tǒng)的可靠性、運(yùn)行靈活性,甚至可以用大功率的電子開關(guān)取代傳統(tǒng)的機(jī)械斷路器,使傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)電子線路一樣便于控制。2.1直流輸電技術(shù)1954年瑞典建成的通過海底電纜向哥特蘭島供電的輸電工程,是HVDC技術(shù)的第一次商業(yè)應(yīng)用,采用的是汞弧閥。上世紀(jì)70年代初,汞弧閥被晶閘管所替代,變流裝置的經(jīng)濟(jì)性和可靠性得到了很大的提高,直流輸電發(fā)展迅速。隨著交流電網(wǎng)日趨擴(kuò)大,一方面帶來可觀的聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益,但也存在許多難以解決的問題,如功率潮流控制越來越復(fù)雜、長(zhǎng)距離大容量輸電的經(jīng)濟(jì)性問題、穩(wěn)定性問題、跨海聯(lián)網(wǎng)問題等,而這正是HVDC的優(yōu)勢(shì)。目前,在電網(wǎng)建設(shè)中,直流輸電主要用于遠(yuǎn)距離大容量輸電、電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、直流電纜送電和輕型直流輸電。1954年～2000年,全世界共有63個(gè)直流輸電工程投入運(yùn)行,總?cè)萘考s為80GW。目前世界上雙極容量最大的伊泰普(ITAIPU)工程,±600kV雙極的容量為3150MW。我國(guó)直流輸電技術(shù)研究始于上世紀(jì)70年代。隨著三峽送出三常直流和西電東送天廣直流、三廣直流、貴廣直流輸電工程的相繼建成投產(chǎn),我國(guó)成為世界上擁有直流輸電系統(tǒng)最多的國(guó)家,其中已建成和運(yùn)行5條±500kV直流輸電線路,雙極輸送容量均達(dá)3000MW。我國(guó)現(xiàn)已規(guī)劃近20條直流輸電工程,根據(jù)直流輸電的特點(diǎn),無論是傳統(tǒng)直流輸電還是輕型直流輸電技術(shù)都將在我國(guó)電力系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景。常規(guī)晶閘管高壓直流變流站需安裝無功補(bǔ)償設(shè)備,其變流容量占總?cè)萘康?0%～60%,致使變流站成本和占地面積大大增加。變流技術(shù)的最新發(fā)展體現(xiàn)在兩個(gè)方面:電壓源變流器(VSC)輕型直流輸電技術(shù)和電容器換相變流器(CCC)。兩者都可大大改善變流器的無功特性,減少變流站需要的無功補(bǔ)償設(shè)備。2.2我國(guó)fact裝置的發(fā)展FACTS技術(shù)是通過利用大功率電力電子器件的快速響應(yīng)能力,實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、有功潮流、無功潮流等平滑控制,在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下,提高系統(tǒng)傳輸功率,改善電壓質(zhì)量,達(dá)到可用性最大、損耗及環(huán)境壓力最小、投資少和建設(shè)周期最短的目標(biāo)。FACTS技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段,第一代FACTS技術(shù)(如TCSC、SVC等)是基于自換相的半控器件;第二代、第三代FACTS裝置基于可關(guān)斷器件GTO、IGBT、IGCT等組成的變流器,包括STATCOM、SSSC、UPFC和IPFC等。目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)部門投入運(yùn)行的SVC已超過1000套,在電力系統(tǒng)投入運(yùn)行的TCSC有8套、STATCOM代表性工程接近10套。我國(guó)早期有5個(gè)500kV變電站安裝了6套SVC裝置,均為進(jìn)口產(chǎn)品(后因技術(shù)落后而陸續(xù)停運(yùn))。國(guó)內(nèi)第一套投運(yùn)的TCSC項(xiàng)目是南方電網(wǎng)平果500kV串補(bǔ)工程,全套設(shè)備是從Siemens公司引進(jìn)的。2002年在國(guó)家電網(wǎng)公司的主持下,由中國(guó)電力科學(xué)研究院技術(shù)總集成,分別在遼寧鞍山和甘肅成碧實(shí)施了100MvarSVC、220kVTCSC科技示范工程,并于2004年年底前投運(yùn),表明我國(guó)已初步具備第一代FACTS裝置的集成能力,可以推廣應(yīng)用。另外,由國(guó)家電網(wǎng)公司主持的50MvarSTATCOM先導(dǎo)性科技示范工程于2006年在上海電網(wǎng)投運(yùn)。2.3u3000c需采取的技術(shù)CustomPower技術(shù)指將電力電子裝置(靜態(tài)控制器)用于1～35kV的配電系統(tǒng),力求向電能質(zhì)量敏感型用戶提供符合其要求的電能。定制電力設(shè)備(或稱控制器)采用先進(jìn)的大功率可關(guān)斷電力電子器件(如IGBT、IGCT、IEGT等)和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)測(cè)控技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)供電電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和補(bǔ)償,主要用于配電系統(tǒng),故又稱為DFACTS技術(shù)。國(guó)外20世紀(jì)80年代末便開始了定制電力技術(shù)的專題研究,陸續(xù)地推出了相應(yīng)的固態(tài)切換開關(guān)(STS)、靜態(tài)電壓調(diào)整器(SVR)、靜態(tài)串聯(lián)補(bǔ)償器(SSC)、配電用靜止無功補(bǔ)償器(DSTATCOM)等產(chǎn)品,并進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存、靜態(tài)電壓調(diào)整、故障電流限制、有源濾波及統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)(UPQC)等技術(shù)的研發(fā)和工程示范。這些技術(shù)的應(yīng)用電壓等級(jí)為6～35kV,其中,STS的最大短路電流為25kA,響應(yīng)時(shí)間小于1個(gè)周波,最大容量達(dá)6.9MVA;SSC的響應(yīng)時(shí)間小于1/4周波,最大容量達(dá)10MVA,采用電容器或超導(dǎo)儲(chǔ)能;DSTATCOM的響應(yīng)時(shí)間小于1/4周波,最大容量為20MVA,采用電容器儲(chǔ)能。CustomPower技術(shù)所要解決的主要問題是電網(wǎng)中普遍存在的“電壓跌落”。電能質(zhì)量調(diào)查顯示:在所有配電系統(tǒng)事故中,電壓跌落占70%～80%;而在輸電系統(tǒng)事故中,電壓跌落所占的比例超過96%。該技術(shù)主要解決源于電力系統(tǒng)故障的電能質(zhì)量問題,受其影響的用戶往往對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性的要求較一般用戶更高。一次電能質(zhì)量事故將導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,產(chǎn)生重大的社會(huì)影響。目前歐美各國(guó)重點(diǎn)關(guān)注電壓跌落問題。在我國(guó),電壓跌落和短時(shí)斷電的影響也逐漸引起供電公司、用戶及制造廠商的關(guān)注,特別是在一些高科技園區(qū)、大型醫(yī)院、電信、銀行、軍工和重要的政府部門等。串聯(lián)補(bǔ)償主要針對(duì)源自配電系統(tǒng)的電壓驟降和突升,而并聯(lián)補(bǔ)償則對(duì)波動(dòng)負(fù)荷、非線性負(fù)荷或大負(fù)荷的切合。如果并聯(lián)補(bǔ)償配以儲(chǔ)能系統(tǒng)和靜態(tài)斷路器,可在完全斷電的情況下,向重要的負(fù)荷供電。3裝置退出運(yùn)行情況我國(guó)從1954年開始研究并使用串補(bǔ)技術(shù),上世紀(jì)六七十年代分別在220kV線路和330kV線路上采用串補(bǔ)提高輸電能力。后因系統(tǒng)條件變化和環(huán)保等原因,這些裝置先后退出運(yùn)行。1995年在國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)、原電力工業(yè)部和東北電力集團(tuán)的資助下,以伊敏輸電工程為背景,中國(guó)電力科學(xué)研究院牽頭,10多家單位共同參與,歷時(shí)4年,在一些基礎(chǔ)理論研究方面取得了重大突破。2004年,在國(guó)家電網(wǎng)公司領(lǐng)導(dǎo)下,進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和樣機(jī)研制。2002年,啟動(dòng)串補(bǔ)示范工程,并于2004年12月27日完成了第一個(gè)國(guó)產(chǎn)化TCSC工程。3.1u3000常見的線路及設(shè)備建議甘肅隴南地區(qū)水電豐富,最大輸電容量為356.6MW,通過一回140km長(zhǎng)的220kV線路與成縣變電站相連,電能在成縣消耗一小部分后,經(jīng)成縣至天水120km的330kV線路送入甘肅主網(wǎng)。該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定問題突出。根據(jù)計(jì)算,碧口至成縣單回220kV線路暫態(tài)穩(wěn)定極限為235MW,不能滿足碧口地區(qū)最大輸電要求。碧口至成縣線路沿途幾乎均為山區(qū),架設(shè)第二回線路,不僅造價(jià)高,而且還要砍伐大量樹木。經(jīng)研究采用50%TCSC能夠滿足碧口地區(qū)電力外送的要求,碧口至成縣線路的暫穩(wěn)極限由235MW提高到345MW,還可以解決碧口電廠對(duì)主系統(tǒng)的低頻振蕩問題,改善隴南地區(qū)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。在碧口至成縣線路上加裝50%的TCSC比建設(shè)第二回線節(jié)省投資約1.0億元。TCSC安裝在成縣變電站220kV線路側(cè)。裝置單相布置如圖1所示。甘肅成碧的TCSC工程由我國(guó)自主設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試。TCSC裝置由中國(guó)電力科學(xué)研究院系統(tǒng)集成。2004年12月27日,該工程一次投運(yùn)成功,主要技術(shù)指標(biāo)如下:除串聯(lián)電容器和旁路斷路器外,成碧220kVTCSC裝置的主要組件均由中國(guó)電力科學(xué)研究院研制或集成,包括測(cè)量和控制系統(tǒng)、晶閘管閥組件、金屬氧化物限壓器(MOV)、保護(hù)間隙、阻尼器等。(1)0mva的電路成碧TCSC裝置所用閥由26層晶閘管閥層組成,每層晶閘管閥層由反并聯(lián)的晶閘管對(duì)、觸發(fā)和檢測(cè)板(TE板)、阻容吸收回路及直流均壓電阻器等組成。三相相控晶閘管閥容量達(dá)100Mvar,每相相控閥的額定連續(xù)電壓為26.3kV,10s過電壓達(dá)47.4kV,額定連續(xù)電流為920A,10s過電流達(dá)1683A。晶閘管閥采用電觸發(fā)晶閘管(ETT),其觸發(fā)系統(tǒng)基于多模星形耦合器,采用冗余的光纖觸發(fā)通道,提高了晶閘管閥觸發(fā)信號(hào)的可靠性。TE板采用電壓和電流復(fù)合取能方式,擴(kuò)大了TCSC裝置的工作范圍;TE板還可以自動(dòng)辨別閥控系統(tǒng)的觸發(fā)指令,實(shí)現(xiàn)三種觸發(fā)方式的無縫轉(zhuǎn)換,具備專有的自糾錯(cuò)功能。晶閘管閥層利用擊穿二極管(BOD)進(jìn)行快速保護(hù),采用密閉式水冷卻方式冷卻。(2)核心保護(hù)系統(tǒng)組成成碧線TCSC的二次系統(tǒng)主要包括平臺(tái)測(cè)量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制保護(hù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、當(dāng)?shù)毓ぷ髡菊究叵到y(tǒng)、閥的監(jiān)控系統(tǒng)以及故障錄波和回放系統(tǒng)等?？刂票Ｗo(hù)系統(tǒng)由完全相同的A、B兩個(gè)系統(tǒng)組成,每個(gè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)匯總、MOV保護(hù)、電容器保護(hù)、平臺(tái)保護(hù)、控制調(diào)節(jié)、I/O單元和TFR部分構(gòu)成,能與線路保護(hù)配合,具有實(shí)地和遠(yuǎn)程控制、晶閘管觸發(fā)及監(jiān)護(hù)、與水冷卻控制系統(tǒng)連接以及“五防”等功能,A、B系統(tǒng)功能相同且完全獨(dú)立,對(duì)串補(bǔ)設(shè)備形成冗余保護(hù);2套系統(tǒng)的控制部分互為備用,根據(jù)運(yùn)行情況以及運(yùn)行人員的指令進(jìn)行主備切換,保證了TCSC裝置的可靠性。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由平臺(tái)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、平臺(tái)電源子系統(tǒng)、母線電壓子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)匯總子系統(tǒng)構(gòu)成。該系統(tǒng)將被測(cè)模擬量集中轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,經(jīng)高壓光纖絕緣子將平臺(tái)上的各種測(cè)量數(shù)據(jù)傳遞到保護(hù)控制系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量范圍寬、可靠性高、對(duì)運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。(3)續(xù)流間隙繼續(xù)燃燒成碧TCSC裝置的額定電壓有效值只有26.3kV,火花間隙采用了單間隙型式,由閃絡(luò)間隙和續(xù)流間隙構(gòu)成。閃絡(luò)間隙為羊角型間隙,對(duì)電弧具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力,當(dāng)間隙擊穿后,能使電弧弧道迅速離開間隙電極,進(jìn)入續(xù)流間隙繼續(xù)燃燒。續(xù)流間隙具有長(zhǎng)時(shí)間大電流的抗燒蝕能力,間隙電極不僅采用了耐電弧燒蝕的材料,而且在電極上加工電流導(dǎo)向斜槽,能使電弧弧根受電動(dòng)力影響而移動(dòng),在電極表面均勻循環(huán)地燃燒,進(jìn)一步提高了材料的耐燒蝕能力。通過整定間隙距離,閃絡(luò)間隙的自擊穿電壓一般比MOV殘壓高10%,因此在線路故障時(shí),間隙不會(huì)自放電。閃絡(luò)間隙兩側(cè)的電極上分別安裝了點(diǎn)火裝置,當(dāng)間隙上的電壓瞬時(shí)值達(dá)到1.83p.u.(約68kV)以上時(shí),如果觸發(fā)系統(tǒng)接到來自地面保護(hù)系統(tǒng)的觸發(fā)命令,則點(diǎn)火裝置將閃絡(luò)間隙擊穿并形成電弧。為提高點(diǎn)火裝置的可靠性,設(shè)計(jì)了同步觸發(fā)系統(tǒng)和消除放電電壓極性的雙觸發(fā)系統(tǒng)。(4)電容器組放電電壓衰減成碧TCSC裝置的限流阻尼器采用電抗器加MOV串電阻器的阻尼回路設(shè)計(jì)。阻尼器的電抗器采用干式空心電抗器,自振頻率為752Hz;限制電容器組的最大電流峰值小于50kA;限制間隙中的最大電流峰值小于100kA;電容器組的放電電壓衰減至10%以下的時(shí)間小于5ms。采用串聯(lián)無感陶瓷電阻片解決多柱MOV并聯(lián)時(shí)的均流問題,阻尼回路MOV各柱間電流的不平衡系數(shù)小于2%,提高了阻尼器的可靠性。(5)限壓器殘壓檢測(cè)MOV采用多柱并聯(lián)結(jié)構(gòu),每4柱為一個(gè)單元。金屬氧化物電阻片的伏安特性具有一定的分散性。為防止因分流不均造成限壓器損壞,需要相對(duì)準(zhǔn)確地測(cè)量每個(gè)電阻片的伏安特性曲線,并根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果配片,使每個(gè)電阻柱在“配片電流”下的總殘壓盡量接近。為了確保MOV在整個(gè)動(dòng)作電流區(qū)段內(nèi)的最大不平衡度在允許范圍內(nèi),需預(yù)測(cè)最大不平衡度,成碧TCSC裝置的MOV各柱間電流不平衡系數(shù)的理論設(shè)計(jì)值小于1.5%。4國(guó)家政策扶持國(guó)內(nèi)對(duì)SVC技術(shù)的理論研究及探討的文章不少,但此前對(duì)國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)缺少實(shí)質(zhì)性的工作,主要依賴于引進(jìn)技術(shù)或引進(jìn)成套裝置。上世紀(jì)80年代和90年代引進(jìn)的SVC技術(shù)和裝置因技術(shù)已落伍,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故障率高,都已陸續(xù)退出歷史舞臺(tái)。針對(duì)這種現(xiàn)狀,國(guó)家發(fā)改委、國(guó)網(wǎng)公司為了打破國(guó)外壟斷局面,促進(jìn)SVC國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用,改善電能質(zhì)量,提升整個(gè)國(guó)家電網(wǎng)的運(yùn)行水平,自1999年,先后下達(dá)了系列科技項(xiàng)目。中國(guó)電力科學(xué)研究院通過持續(xù)6年的努力,成功研制了SVC裝置。4.1紅一變svc裝置鞍山紅一變是東北電網(wǎng)的樞紐變電所,有4臺(tái)120MVA主變壓器,總?cè)萘繛?80MVA;無功補(bǔ)償采用1939年制造的2臺(tái)總?cè)萘繛?0Mvar的調(diào)相機(jī),其中一臺(tái)已經(jīng)報(bào)廢,另一臺(tái)只能發(fā)20Mvar的無功,也面臨報(bào)廢。紅一變肩負(fù)著為鞍山鋼鐵公司供電的任務(wù)。鞍山鋼鐵公司的負(fù)荷具有容量大和沖擊性強(qiáng)的特點(diǎn),而鞍山地區(qū)沒有大的電源支撐,鞍山紅一變的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償措施與其樞紐變電所和負(fù)荷中心的重要地位極不相稱。在紅一變220kV變電站加裝一套100MvarSVC裝置取代同步調(diào)相機(jī),其中包括SVC在35kV側(cè)設(shè)計(jì)輸出的動(dòng)態(tài)無功容量為+80Mvar(容性)～-50Mvar(感性),TCR回路可調(diào)感性無功為0～-55.9Mvar,包括一組晶閘管控制電抗器,6組單調(diào)諧濾波器,即3次、5次、7次各兩組,掛接在3號(hào)、4號(hào)主變壓器的三次側(cè);在主變壓器66kV側(cè)還設(shè)置了一組串聯(lián)電抗率為5%的20Mvar固定電容器補(bǔ)償支路,掛接在3號(hào)、4號(hào)主變壓器的二次側(cè)。SVC裝置主線路如圖2所示。紅一變SVC工程由我國(guó)自主設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試。2004年9月13日,該工程一次投運(yùn)成功。紅一變SVC工程的主要技術(shù)指標(biāo)如表1(a)、(b)。4.2次系統(tǒng)組成鞍山紅一變SVC裝置由中國(guó)電力科學(xué)研究院研制,一次系統(tǒng)由濾波器組和晶閘管相控電抗器(TCR)支路構(gòu)成,二次系統(tǒng)主要包括控制、保護(hù)和測(cè)量系統(tǒng)。(1)諧波濾除器設(shè)計(jì)濾波器組主要由電力電容器、串聯(lián)電抗器、放電線圈、避雷器、刀閘、電流互感器、斷路器等組成。其中電抗器與電容器串聯(lián)諧振于特定的諧波頻率,呈現(xiàn)低阻性,實(shí)現(xiàn)諧波濾除功能。同時(shí),對(duì)50Hz工頻呈現(xiàn)容性,在SVC系統(tǒng)中提供容性無功。TCR支路主要由相控電抗器、穿墻套管、避雷器、晶閘管閥組、刀閘、斷路器、線電流互感器、相電流互感器等組成。(2)晶閘管閥組的組成TCR采用三角形接線,每相電抗器分裂成2個(gè),分別位于閥組兩側(cè),可減小相控電抗器短路時(shí)的短路電流。晶閘管