摘要：特高压输电线路具有电压等级高，输送容量大，传输距离远等特点，经过的地方具有复杂的气象地理条件，如海拔高度跨度大、气温差别大、跨越不同覆冰区等特点，冰灾、雷电、洪涝等潜在自然灾害给特高压输电线路安全稳定运行带来了严重安全挑战。而其中以冰灾的危害最为严重。本文分析了特高压输电线路直流融冰变流系统设计。
关键词：特高压输电线路；直流融冰变流系统；设计
为提高特高压直流线路融冰能力，特高压直流输电工程引入了融冰运行方式。由于特高压直流工程融冰运行方式和常规运行方式在电气接线和控制策略方面有所区别，因此融冰运行方式下的控制保护系统需要在常规运行方式的基础上进行相应的修改，以确保此方式下系统能够正常运行。
一、特高压输电线路直流融冰系统组成
1.分段直流融冰系统原理。特高压直流输电线路分段直流融冰电源从附近１个５００ｋＶ或２２０ｋＶ变电站的２２０ｋＶ母线上获取，通过１条２２０ｋＶ专用融冰线路输送到分段直流融冰站的交流电源间隔，再经过该间隔汇入融冰站的分段直流融冰装置融冰母线。分段直流融冰装置在融冰母线上获取２２０ｋＶ融冰电源后将交流转化为直流，经特高压融冰刀闸将该直流输送到特高压直流线路重覆冰段上进行融冰。融冰短路点在离分段直流融冰站前后各１００ｋｍ左右的位置通过特高压短路刀闸来设置。
2.直流融冰系统结构。对8×LGJ-630 导线，其所需融冰电流为12 k A，由于输出直流电流大，其用单台六脉波整流器很难实现如此大直流电流输出，且容易引起网侧输入电流较大的谐波畸变。输出电流大，融冰整流器一般采用水冷冷却方式，但水冷冷却方式具有：造价高，占用面积大，结构、控制复杂，维护复杂，安装调试复杂等特点，为了提高直流融冰系统的可靠性，减小直流融冰系统的体积，本文采用风冷冷却方式。但风冷冷却方式适用于装置2 kA 左右的额定电流输出，可以有效减小融冰系统输入侧电流谐波畸变率，且可以实现单台整流器2 kA 左右的直流电流输出。
二、特高压输电线路直流融冰变流系统设计
1.分段直流融冰装置。特高压直流输电线路所用导线线径粗、线路长、所需融冰电流、功率大，且交流电源的电压、电流谐波畸变率要求较高，采用２套２４脉动整流电路并联输出，能有效提高输出融冰电流，减小直流输出电压纹波，降低融冰所产生的谐波。每套２４脉动整流电路由１台２４脉动整流变压器和２台１２脉动整流器组成，２４脉动整流变压器从２２０ｋＶ融冰母线获取交流电源后，降压形成４路相角互差１５°的电压提供给２台１２脉动整流器，并联后输出至直流母线。一是设备参数选型。脉动整流器额定输出电流Ｉｄ＝12000Ａ÷４＝3000Ａ。额定输出电压为Ｕｄ＝2ｒ０ｌＩ＝2×0.005317×100×12000ｋＶ＝
12.8ｋＶ。二是脉动整流变压器副边电流：Ｉ２＝０．８１６Ｉｄ／２＝1224Ａ；副边电压：Ｕ２＝Ｕｄ／1.35＝9.5ｋＶ；原边电压：220ｋＶ。分段直流融冰装置在融冰母线上获取220ｋＶ融冰电源后将交流转化为直流，经特高压融冰刀闸
将该直流输送到特高压直流线路重覆冰段上进行融冰。采用分段直流融冰装置对特高压直流线路实施直流融冰时，直流融冰电压、融冰电流与理论值基本一致。
2.稳态电流大于整定值。调试过程中系统均在额定功率下运行。极解锁成功并进入稳态后，发现稳态直流电流比整定值稍大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经分析电流稍大的原因为逆变侧空载电压稍低。逆变器换流变压器分接头档位由空载电压控制功能决定，此功能将逆变器空载电压设置为整流侧控制电流、逆变侧控制电压时系统运行于最小负荷下所对应的值。经上述分析可知，这种情况是系统在融冰方式最小负荷运行状态下的特殊情况，这种状态下直流电流指令值较小，直流线路压降较小。针对此问题，建议的解决方案为：当系统以最小负荷运行状态进行融冰方式调试时，可暂时提高逆变器换流变压器分接头档位，从而提高逆变器空载电压增大关断角，使其进入定电流控制方式。
3.现场调试试验分析。在800 kV特高压直流输电工程系统现场调试中，进行了融冰运行方式系统试验。该试验目的是检验直流系统在融冰运行方式下，直流系统稳态工况、控制功能、一次设备的性能以及滤波器的投切性能。在试验前通过操作连接线和相应开关将系统接线方式修改为融冰接线方式，与系统常规运行方式相比，融冰运行方式通过改变极高端换流器的接线方式，将极高端换流器与极I 高端换流器并联，形成双换流器并联的接线方式，以达到利用线路电流加倍增强电流热效应提高线路融冰效率的目的。系统具备试验条件后依次进行了融冰运行方式下的直流解锁/闭锁试验、控制系统切换试验及直流电流升降试验，试验结果表明，系统在融冰运行方式下能够实现正常的解锁/闭锁，控制系统可正常切换，直流电流可正常升降。融冰运行方式下系统解锁时，首先解锁极高端换流器，控制方式为电流控制方式，电流定值为450 A，即0.1 pu 换流器额定电流，上升速率为100A/min。通过临时闭锁两站双极功能，融冰运行方式下极I、极II 高端换流器可以正常解锁，解锁过程中未误触发任何保护动作，系统能够顺利达到稳态。在极I、极II 高端换流器解锁、系统达到稳态后，读取了直流系统在融冰运行方式下极I、极II稳态运行参数。融冰运行方式下系统的稳态电流与电流指令值450 A 基本相等。融冰运行方式下直流线路电流加倍，使得直流线路压降加倍，即整流侧和逆变侧的直流电压差值较常规运行方式下有所增大。此外，融冰运行方式下提高了逆变器换流变压器分接头档位，使得逆变器的空载电压测量值为211 kV 左右，较常规运行方式下有所提高，而逆变器的关断角测量值为23.8左右，表明融冰运行方式稳态时逆变器运行在定电流控制方式下。
三、建议
1.特高压直流输电系统融冰运行方式下系统的接线和控制软件可在原系统接线和控制软件基础上通过相应的修改来实现。接线方式需根据工程现场实际情况进行选择；控制策略采用了并联多端直流系统的电流裕度控制策略，需根据控制策略的改变对控制系统进行相应的修改。
2.对特高压输电线路采用分段直流融冰方法，可以有效减小直流融冰装置的容量与体积。
3.通过对特高压直流线路大截面导线的融冰电流范围和融冰时间进行计算，设计了由２套２４脉动整流电路并联的分段直流融冰装置，并对装置的设备参数进行了设计选型。
经过多年的研究总结，对覆冰线路进行直流融冰是电网应对冰冻灾害最直接、最有效、最安全、最经济的重要手段之一。直流融冰技术由于线路上电抗分量不起作用，加上同样大小的融冰电流，采用直流融冰所施加的电压比交流小得多，大大提高了融冰过程的安全性和经济性。本文提出的融冰运行方式下对控制保护系统的建议修改方案的有效性，对今后特高压直流工程融冰运行方式的控制保护系统设计具有一定的参考价值。
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论文作者:杨阳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/3/28
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