一起直流融冰装置阀侧避雷器爆炸故障分析

本文以一起直流融冰装置避雷器爆炸故障为例,对生命周期内的避雷器动作及温度变化情况、控保系统动作情况进行分析,针对避雷器故障进行PSCAD仿真,分析故障原因为避雷器参数设计不合理,导致系统零功率试验解锁阶段电流断续产生的过电压超出设计允许值。在进行融冰试验后,避雷器多次导通并流经泄漏电流引起发热,由于累积效应造成热崩溃,进而导致爆炸。并提出避雷器选型及优化设计参数等改进措施,为今后类似问题提供参考方案,具有一定的工程意义。

基于IGCT串联的电流源型融冰装置

针对冬季输电线路覆冰问题,提出一种基于集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)串联的电流源型直流融冰装置及其控制方法。该融冰装置采用电流源型整流器拓扑,兼有直流侧融冰与交流侧无功补偿的功能。所提控制方法首先采用瞬时功率理论分解交流侧的瞬时有功、无功,根据融冰功率与交流侧无功补偿需求分别进行有功、无功双环解耦控制。为节约装置成本、减少传感器使用,提出一种不依赖电容电压传感器的控制方法,通过网侧电压、电流的差分计算得到LC滤波器的电容电压。为抑制高频谐波对控制系统的不良影响,引入虚拟电阻控制单元对LC滤波器的高频谐波进行前馈抑制。最后,考虑具体应用场景设计1台交流侧电压10 kV、最大融冰电流1000 A的融冰装置样机,通过实验验证了所提技术方案和控制方法的有效性。

500 kV变电站直流融冰装置参数设计标准差异对比研究

针对变电站直流融冰装置参数工程设计问题,比较和分析不同标准、规范关于融冰电流计算公式的差异,以某500 kV变电站实际工程直流融冰装置参数设计为例,按照不同计算公式给出了最小融冰电流、最大融冰电流、1 h融冰电流、直流融冰压降、直流融冰装置容量等参数计算结果;通过对比分析给出实际工程中融冰装置参数设计公式选用的建议。

基于全桥MMC拓扑结构的直流融冰装置工程应用研究

本文分析了全桥MMC拓扑结构的直流融冰装置的特点,指出全桥MMC融冰装置在不进行融冰时,可兼做SVG运行,代替站内无功补偿设备,提高了设备使用率,同时减少了无功补偿设备投资及占地。针对常规500 kV变电站,研究了直挂式与降压式全桥MMC融冰装置在工程应用中的优缺点,提出了两种拓扑结构的工程应用适应范围。

基于非接触耦合式潮流控制器的不停电融冰装置拓扑及控制方法研究

现有分裂子导线的交流融冰技术大多将改变负荷电流,影响正常电力输送,或者影响电力线路正常开断,增加线路停电风险。利用分布式潮流控制器的调控原理,将单匝耦合变压器分布式地卡合在分裂子导线上,将被融冰段内的间隔棒进行绝缘改造,使融冰电流只在融冰段内的子导线间进行轮换;在耦合变压器的控制侧采用旁路开关将融冰装置退出,在并联联接电容与电感元件中采用可控开关实现耦合变压器等效阻抗的柔性调控,与单匝耦合变压器共同形成非接触耦合式交流融冰拓扑;为了不改变负荷电流的大小,基于融冰电流与负荷电流的分流比,推导了被融冰段对外等效阻抗不变的各子导线与融冰子单元等效阻抗的数学关系式,提出不影响正常电力传输的、各子导线依次融冰的各融冰子单元协调控制策略。基于某500kV输电线路实例,从理论计算和数字仿真2个方面验证了所提方法的有效性。

LCC-MMC混合型直流融冰装置拓扑结构及控制方法研究

直流融冰装置是电网应对冰雪灾害的重要设备,传统晶闸管器件的直流融冰技术存在无功消耗高、谐波含量大等问题,而基于全控器件的融冰技术存在装置容量和经济性不足问题。为发挥2种融冰装置自身优势,设计了一种由电网换相换流器(line commuted converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)共同组成的混合型直流融冰装置,其中MMC换流器采用全桥子模块和半桥子模块混合结构。依据不同线路长度和覆冰工况需求,设计了直流融冰装置工作模式的切换方案与协调控制策略;同时,设计了提高装置利用率的复用功能模式。通过MATLAB/Simulink仿真平台构建了LCC-MMC混合型直流融冰装置模型,对不用工况进行直流侧融冰能力及交流侧电流特性的仿真,结果表明,装置具有无功补偿、谐波抑制、融冰电流高等优点。

直流融冰装置在500 kV变电站中的工程运用及技术经济比较

针对直流融冰装置的选型问题,从500kV变电站实际工程直流融冰装置设计角度出发,分析了直流融冰装置参数计算、电气原理接线及工程平面布置。从装置技术选型、电能质量影响、装置可靠性、占地面积、工程投资等方面深入比较和全面分析全桥MMC型和晶闸管整流型直流融冰装置在500kV变电站实际工程中的选用,给出两种装置在实际工程中选用的建议。

全桥MMC型直流融冰装置关键参数及装置容量解耦分析研究

[目的]文章旨在研究全桥MMC(Modular Multi-Level Converter,模块化多电平变流器)型直流融冰装置在不同工作模式下的融冰容量与无功输出容量问题。[方法]以某500 kV变电站实际工程全桥MMC型直流融冰装置参数设计为例,详细阐述了全桥MMC型直流融冰装置换流器桥臂电流交流分量、直流分量、有效值及峰值计算,桥臂模块数量选取,IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)功率模块支撑电容计算,桥臂电抗器电感计算,启动回路电阻计算;详细分析了在设定融冰容量下装置最大无功输出能力以及在设定无功输出容量下装置最大的融冰能力,并探究融冰容量与无功输出容量之间耦合关系及解耦计算。[结果]研究表明在融冰装置参数确定后融冰容量与无功输出容量存在此消彼长的耦合关系。[结论]其原因在于桥臂电流中既含有交流分量,也含有直流分量,而交流分量由融冰模式和无功补偿模式共同决定,直流分量仅取决于线路融冰电流。

国网河南郑州供电公司:应用可调压移动直流融冰装置

2022年12月12日,国网河南郑州供电公司应用省内首台可调压移动直流融冰装置顺利完成度冬输电线路直流融冰应急演练。可调压移动式直流融冰装置采用车载设备布置,体积小、机动灵活,适用于220kV及以下12种导线型号融冰,融冰距离可达119km。

风电机组各种融冰装置的优缺点分析

风电机组因其可以灵活利用风能进行发电、对环境无污染等优点而被越来越多的应用,解决风电机组覆冰问题、提升系统整体运行质量是当前电力行业面临的关键问题之一.本文从风电机组覆冰成因入手,介绍了风电机组覆冰造成的影响,然后对风电机组各种融冰装置特点进行分析,为今后风电机组的融冰工作指明方向.

兼具无功补偿与有源滤波功能的新型融冰装置

为解决直流融冰装置利用率较低的问题,将直流融冰装置与静止无功发生器（STATCOM）结合,研究了一种新型的直流融冰装置—集约型直流融冰装置,将装置融冰容量与动态无功补偿容量分开优化配置。该装置利用12脉动直流融冰装置的整流变压器将STATCOM逆变器接入电网,可以使整流变压器得到充分利用,并提供动态无功支撑、改善融冰运行时的电能质量,有效提高了装置利用率。对集约型直流融冰装置的融冰、无功补偿和稳压等功能开展了仿真研究,验证了该装置的可行性。最后对安装在湖南郴州福冲变的集约型直流融冰装置进行试验研究。结果表明,集约型直流融冰装置的融冰容量为28 MW,动态无功补偿容量为±20 MVA,具有显著融冰效果,可有效提高系统电压稳定性,使得220 k V母线电压正偏差下降了0.92%,220 k V母线负序不平衡下降了0.93%。此外,该装置可有效滤除系统低次谐波,使得220 k V母线电压总畸变率下降了0.4%,各次谐波电流减少了0.1-0.3 A。试验结果验证了集约型直流融冰装置的可行性与正确性。

直流融冰装置零功率试验原理及实际工程试验研究

目前有关直流融冰装置零功率试验(ZPT)电气特性的相关研究成果较少。为此,采用EMTDC软件对直流融冰装置零功率试验进行深入研究,包括:零功率试验原理、直流电流电压及其谐波特性、交流谐波特性、有功与无功分析、阀电流与阀电压分析、通态电流上升率和断态电压上升率分析等。结果表明:直流融冰装置触发角越小,短路直流电流越大,换流器内部的电压降越大,直流端口电压越低;直流电流特征谐波为12k1(k1=1,2,3,…)次谐波,直流电压谐波为6k2(k2=1,3,5,…)次谐波,且其直流分量很小,且随着触发角的增大,直流分量减小,交流分量增大;融冰装置的有功损耗很小、无功损耗很大,且随着电流的增大,无功损耗成比例增大。

直流融冰装置理论与应用的若干问题探讨

直流融冰装置是架空导线覆冰最有效的除冰设备,能有效提高电网抵御冰冻灾害的能力。对直流融冰装置理论和应用的若干问题进行了探讨,包括其控制功能、保护功能、带线路融冰模式、开路试验模式、零功率试验模式、有功与无功消耗特性、交直流侧谐波特性、线路谐振过电压等,为直流融冰装置在实际电网的推广应用提供参考。

直流融冰装置在南方电网的应用分析

基于2011年1月南方电网的抗冰实践,分析直流融冰装置的实际应用情况,包括南方电网直流融冰装置的配置、融冰效率和应用效果。结论为:直流融冰装置在这次抗冰实践中为实现220 kV及以上线路不倒塔、县级以上城市不停电发挥了重要的作用,但要在严重冰灾下综合发挥融冰装置作用,南方电网融冰体系尚待进一步完善。建议优化融冰方案,完善融冰过程控制,最大限度发挥现有直流融冰装置的作用;同时,适当增加融冰装置冗余配置,通过提高保线能力和融冰效率以增强保网能力,并进一步开展研究以解决地线的覆冰问题。

可关断器件移动式直流融冰装置研究

为提高电网的可靠运行,加强电网防冰防灾能力建设,我国加强了先进电力电子技术用于融冰领域的研究。文章首先说明了线路融冰额定电流和电压的计算方法,随后介绍了基于可关断器件移动式直流融冰装置的技术先进性,给出了其系统技术方案、主电路拓扑和控制策略,尤其阐明了先进的四象限变流器模块串联的多重化电压源换流器(voltagesource converter,VSC)结构。500 kV线路现场试验证明,该装置的研制成功,为我国电网防冰减灾提供了新的技术手段。

直流融冰装置与同杆并架线路间的相互影响

直流融冰装置对解决输电线路的覆冰问题起到了巨大作用。使用直流融冰装置对同杆并架双回线中的一回线进行融冰时,由于线路之间电磁耦合和静电耦合的作用,另一回交流线路(以下称为并架线路)会对融冰装置的运行产生影响。文中通过实时数字仿真器(RTDS)与实际融冰装置的控制保护设备组成的闭环系统进行了仿真研究,结果表明:融冰装置不会影响并架线路的运行;并架线路会对融冰装置的50Hz保护产生影响,应改进50Hz保护的逻辑或适当提高动作整定值;断开并架线路的交流断路器会对融冰装置的接地电流产生冲击,应适当提高接地电流保护的动作整定值;对同杆双回线路进行融冰时,应注意选择融冰方式。

直流融冰装置测试用等效模拟负载的温升计算与试验

直流融冰技术是电网防御冰灾的重要技术。现有的直流融冰装置性能检测主要进行短路或开路试验,无法完全模拟实际运行条件下的融冰状态。为了设计直流融冰装置全压大电流试验中所用的模拟负载,以10 MW直流融冰装置为例,根据传热学和计算流体力学（CFD）的基本理论,以水作为模拟负载的导电和散热介质,建立功率1/100的缩比负载的物理模型。采用有限元方法对缩比模型的流场分布和温升进行了数值仿真计算,并开展等效物理试验测量负载模型的温升。最后,根据单台直流融冰装置的实际功率要求,设计了全压大电流负载装置的电气结构及散热方式。结果表明：模拟负载装置以17 m3/h作为入口流速,可以满足极板温升70℃的设计要求值,验证了以水电阻作为直流融冰装置试验的等效模拟负载的可行性。

特高压同塔双回线路分段融冰装置感应电压、电流的抑制措施

为抑制感应电压、电流对输电线路分段融冰装置的影响,以Bergeron模型为基础搭建了1 000 kV同塔双回线路直流融冰仿真模型。分析了感应电压和感应电流对设备的应力、融冰装置电源以及三相桥换相的影响,并将4种抑制感应电流措施的效果进行了比较。研究结果表明,当采用上下相融冰接线方式时,融冰装置端口处的感应电压和感应电流约为上中相、中下相接线的2倍;并联电容、并联工频谐振滤波器对感应电流的抑制效果有限;串联电感能有效削减回路中的工频电流,当串联电感为1 H时,回路中的工频电流为不串电感时的20%,电网侧二次谐波电流为不串电感时的14%。因此,可采用上中相、中下相的接线方式,以及在出口处串联电感来抑制融冰装置的感应电压、电流。

带静止无功补偿器功能的直流融冰装置过电压保护及绝缘配合

带静止无功补偿器(SVC)功能的直流融冰装置已经广泛应用于融冰装置的设计制造中。这种直流融冰装置兼具SVC和直流融冰2种功能,造成其2种工作模式下的稳态运行特点和故障过电压来源及幅值存在差异,对装置的控制保护系统和绝缘设计提出了不同的要求。为此,以典型参数的12脉动带SVC功能的直流融冰装置为研究对象,通过仿真建模,分析了装置的稳态运行特点、典型故障过电压及其影响因素。分析结果表明,2种工作模式的公共避雷器配置参数应以融冰模式的运行电压为参考,其最苛故障过电压来自融冰线路断线故障。在这种避雷器配置方案下,换流变压器阀侧和晶闸管两端的绝缘裕度在SVC模式下比在融冰模式下分别高10%和40%,符合装置运行于SVC模式时间远大于融冰模式的运行策略。

适用于直流融冰装置的基频保护

直流融冰装置换流阀发生丢脉冲故障时,换流阀直流侧电流中会含有基频分量,当基频分量大于电流定值时,基频保护(国内又称50 Hz保护)动作;同杆并架交流线路正常运行时会在融冰线路中感应出交流电流,可能引起50 Hz保护误动。通过理论分析与仿真计算,得出区分引起50 Hz保护动作的这2种原因的方法:当换流阀发生丢脉冲故障时,融冰装置直流侧电压、电流中的50 Hz分量同步地出现与消失;当融冰线路受到并架线路的感应影响时,融冰装置直流侧电压、电流中50 Hz的分量互斥地出现与消失。据此分别提出了基于感应特征的二定值50 Hz保护和基于故障特征法的50 Hz保护。新的保护方法可以防止并架线路感应引起的50 Hz保护误动,并且提高50 Hz保护的灵敏度。