串补可控串补讲义(电科院武守远)课件.ppt

中国电力科学研究院,中国电力科学研究院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,EPRI-NERC,中国电力科学研究院电力电子公司,输配电及节电技术国家工程研究中心,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,串补,/,可控串补技术,串补技术原理,串补的实现形式,串联补偿技术国内外发展状况,国内工程介绍,串补在系统中的作用,串补,/,可控串补的实现：主设备、技术问题,串补（,Series Compensation,）,/,可控串补（,Thyristor Controlled Series Conpensation,）,串补装置技术原理,串补技术原理,串联补偿,是利用电容器组串联于交流输电线路中，用于补偿交流输电线路的电气距离,(,线路电抗,),可控串补,是利用电力电子手段调节补偿度的串补串补装置,串补技术原理,串补调节输送功率,改变沿线路的电压分布,U,L,提高线路输送功率能量,串补改变功率分布,串补的实现形式,固定串补,FSC,开关投切的串联补偿,BSSC,晶闸管投切的串联补偿,TSSC,可控串补,TCSCS,开关投切的串联补偿,BSSC,Thyristor Switched Series Capacitor(TSSC),iL,uC,xC,可控串补,TCSC,2,v,C,I,L,I,C,A,v,C,B,C,i,C,Thy.,L,C,i=I,m,sin(,t+,),i,L,晶闸管控制的串联补偿,TCSC,装置,1,，,TCSC,基本原理,iL,iV,uC,xC,串补,/,可控串补技术,串补技术原理,串补的实现形式,串联补偿技术国内外发展状况,国内工程介绍,串补在系统中的作用,串补,/,可控串补的实现：主设备、技术问题,串联补偿技术国内外发展状况,串补技术是一种成熟的技术。,90,年代中期，总安装容量已超过,90,000Mvar,。,应用覆盖,(,超,),高压输电的各个电压等级。,1991,年可控串补技术开始工程应用。,串联补偿技术国内外发展状况,串联补偿技术国内外发展状况,国内：,固定串补装置,在徐州附近的阳城串补，,500kV,，已投运（,2000,年,),。,河北境内的大房串补，,500kV,已投运（,2001,年,),。,南方电网：河池串补,可控串补装置,南方的苹果,500kV,可控串补工程，,2003,年,6,月投入运行,国产化的一套可控串补装置：甘肃成碧,220kV,可控串补,2004,年,12,月投运,串补,/,可控串补技术,串补技术原理,串补的实现形式,串联补偿技术国内外发展状况,国内工程介绍,串补在系统中的作用,串补,/,可控串补的实现：主设备、技术问题,国内工程介绍,中国电力科学研究院 武守远,阳城串补工程简介,阳城电厂装机容量,2100MW,，送电距离,700,公里。远景装机,3300MW,。,采用,3-2-3,方案，串补度为,40%,（远景提高到,70%,）。安置在三堡开关站。,容量为,2500Mvar,，电容器,8,串,40,并；,MOV,安装容量,50MJ,（计算容量,26MJ,，推荐容量,37MJ,）。,东明,阳城电厂,2100MW,三堡,徐洲电网,华东主网,淮阴,262km,210km,256km,大房串补工程简介,华北大房,500kV,线输电距离,290,公里，目前输电能力为双回线,1800MW,。,东北,-,华北联网后，大房线稳定水平降低,2030,万千瓦。,采用串补度为,35%,的串补后，可使大房双回输电能力提高,40,多万千瓦。,串补安置在线路中间，串联电容容量,2375Mvar,，,4,串,20,并。,MOV,容量,40MJ,。,大同电厂,290km,华北电网,2005,年南方电网接线示意图,天广可控串补工程,First TCSC project,可控串补,固定串补,天广可控串补工程,采用,35,常规串补和,5,可控串补。,提高向广东电网的输电能力,16,24,万千瓦，抑制低频振荡，防止,N,1,时线路过载。,常规串补容量,2350Mvar,，可控串补容量,250Mvar,，,MOV,计算容量,27MJ,。推荐值,30MJ,。,天广可控串补装置,甘肃碧成天可控串补,碧口地区可以外送电力达,36,万千瓦以上，线路稳定极限为,24,万千瓦。,采用,50,的可控串补可以满足外送需要，则汛期内可多送电量,4.21,亿千瓦时。按平均电价,0.285,元折算，每年可增加售电收入,1.2,亿元（含税）。,碧成可控串补装置示意,可控串补工程,奉节串补介绍,川渝电网与华中主干电网联网工程现有,2,回,500,千伏线路，该双回线路西起万县,500,千伏变电站，东至龙泉,500,千伏换流站，每回线路长度约为,360,千米。,奉节,500,千伏串补站位于该双回线路距万县,500,千伏变电站约,130,公里处，串补站站址位于重庆市万州区奉节县。,奉节串补：容量,2600MVAR,，串补度,35%,，,FSC,。计划于,2006,年,6,月投入运行。,奉节串补介绍,奉节串补站两端口系统等值图,三堡三回串补工程,将安装在从山西省阳城电厂到江苏省三堡变电所的,500kV,输变电系统中。,建设东明开关站到三堡变电所的第,3,回,500kV,（线路长度约,267km,），同时在本线路的三堡变电所侧装设,1,组容量为,529Mvar,补偿度为,41.4%,的串补装置。,加装此组串补装置及输电线路后将提高系统稳定水平和提高系统输送容量。将于,2006,年,6,月投运。,三堡三回串补工程,三堡,徐洲电网,华东主网,淮阴,210km,256km,262km,三堡三回,东明,串补在系统中的作用,串补在系统中的作用,改善系统的稳定性；,增加系统的输送能力；,改善运行电压和无功平衡条件；,降低网损；,均衡潮流分布；,经济性。,可控串补的系统应用,在网型电网中，可控串补可用于控制线路潮流。,改善系统稳态运行状况，降低网损。,提高暂态稳定性，增加系统传输能力。,改善系统无功平衡、提供电压支持。,可控串补可用于阻尼系统两区域之间的低频振荡（,0.2-2.0Hz,）。,可控串补可用于消除,SSR,的风险，使补偿度提高。,可控串补在故障期间，通过晶闸管旁路可降低短路电流和,MOV,的能量定值。,抑制线路不对称分量。,可控串补与固定串补的比较,优点：,在网型电网中，可控串补可用于控制线路潮流。,优化系统运行方式、降低网损。,利用短时过载能力，提高系统稳定性和传输能力。,阻尼系统低频振荡。,能够消除,SSR,的风险，使补偿度提高。,可降低短路电流和,MOV,的能量定值。,抑制线路不对称分量。,缺点：,技术复杂程度增加；,造价高；,可靠性稍低。,串补,/,可控串补技术,串补技术原理,串补的实现形式,串联补偿技术国内外发展状况,国内工程介绍,串补在系统中的作用,串补,/,可控串补的实现：主设备、技术问题,串补,/,可控串补工程实现问题,串补,/,可控串补工程,系统设计、串补装置的配合设计,订货技术规范书,整套供货,安装,/,指导安装,分设备试验,系统调试,系统试验,售后技术服务,系统试运行,装置运行,规划、可行分析、计划,接入系统分析、方案设计,招标订货,安装、调试,运行简单：给定投入,/,不投入命令,对于,TCSC,，给定投入,/,不投入命令，是否投入可控（可控的稳态工作点给定在额定提升倍数）,安装,/,指导安装,串联补偿装置主设备,电容器；,MOV,过电压保护；,间隙保护；,阻尼回路；,隔离开关和断路器；,监测、保护和控制系统；,绝缘平台。,隔离刀闸,C,电容器组；,R,氧化锌避雷器保护（,ZnO,）,D,阻尼回路,G1,间隙保护,S1,旁路开关,TCSC,装置主设备,电容器；,MOV,过电压保护；,间隙保护；,阻尼回路；,隔离开关和断路器；,监测、保护和控制系统；,绝缘平台。,可控串补晶闸管阀,水冷系统,TCSC,的运行特性,可控串补运行特性曲线,A,：触发角限制,B,：可控硅闭锁,C,：电容器电压限制,D,：可控硅全导通,E,：触发角限制,F,：谐波发热限制,G,：可控硅电流限制,容抗,A,C,B,D,G,F,E,固定串补接线示意图,MOV,阻尼回路,线路,线路,保护间隙,模拟量采集,光纤接口,数控系统,继电器,站控室,地面控制柜,光纤绝缘子,光缆,光缆,电缆,旁路开关,平台测量通讯模块,电容器,地面接线箱,平台,电光转换,光纤接口,串补,/,可控串补主设备,电容器,电力电容器的基本结构,主设备,1,外熔丝电容器,内熔丝电容器,无熔丝电容器,电容器的过载能力,持续时间,过电流倍数（,p.u.,）,10,分钟 （间隔,2,小时）,1.50,30,分钟 （间隔,6,小时）,1.35,8,小时（间隔,12,小时）,1.10,24,小时,1.00,固定串补电容器耐受过电流能力（国家标准和,IEC,标准）,持续时间,工频电压倍数（,p.u.,）,15,周波（,60Hz,）,2.6,60,周波（,60Hz,）,2.2,15,秒,1.8,1,分钟,1.7,5,分钟,1.5,30,分钟,1.35,固定串补电容器耐受工频过电压能力（,IEEE,标准）,碧成可控串补电容器组,主设备之,2,金属氧化物限压器,MOV,MOV,的容量（计算值，推荐值，采购值）；,取决于系统条件、保护水平、故障形式；,满足电容器保护和系统运行要求（摇摆电流、区内故障和区外故障）。,设备关键技术：,能耗高；,均流问题,老化问题,限制主设备电容器两端的电压，保护电容器,可控串补,MOV,保护间隙,GAP,一般具备强制性触发功能；,间隙动作：,MOV,的能力和温度；,电流变化梯度；,电流,能够承受故障电流和电容器放电电流；,触发时间一般大于,1,1.8ms,；,最小触发电压一般大于,1.7pu,。,用于快速旁路电容器，同,MOV,配合，构成串补电容在短路期间的过压保护,主设备之,3,串补主设备之,4,：,旁路开关,与一般开关不同，对分闸时间没有要求，合闸时间一般不大于,50ms,。,开关断口电压低，对地绝缘高，操作机构要改进。,在闭合位置要有闭锁功能。,能够承受电容器放电电流。,使用维护,：,同常规断路器相同,阻尼回路,电抗型 电抗,+,电阻型 电抗,+,间隙串电阻型 电抗,+MOV,串电阻型,主设备之,5,碧成可控串补阻尼装置,TCSC,控制系统,串补设备之,6,串补,/,可控串补控制系统,控制系统,全数字高集成控制系统,控制和保护的结合,/,不同于传统的线路微机保护,/,不同于传统的常规电力控制,FSC/TCSC,控制保护本身是装置的设备控制保护，只针对设备本身,/,特定性,运行维护的技术要求高,平台测量部分,激光送能,串补设备之,7,超高压输电系统平台上测量和数据采集系统设计要求,超低功耗：为了避免与地面装置的电磁耦合，超高压平台测量和数据采集装置得工作能源不能直接通过地面控制电源供给，而是一般采用一次取能或者非电磁形式送能。为了减少对工作电源能量的需求，要求设计的数据采集装置具有极低功耗；,强抗干扰能力：超高压输电系统平台上的大电流、高场强会对模数转换过程和数据通讯造成极大的干扰，这要求设计的数据采集装置具有极强的抗干扰能力；,宽模拟量测量范围，以适应各种工况。,6,可控串补主设备可控硅阀体,通过导通角控制，调节串补的等值阻抗,有串联高电压大功率晶闸管组成,可控串补工程,晶闸管阀体,7,可控串补主设备可控硅冷却系统,用于冷却大功率晶闸管阀体,串补,/,可控串补的几个技术话题,1,TCSC,的谐波问题,稳态运行时，,TCSC,对系统波形畸变率的影响很小，,在工程允许范围内,工况调整过程中，,TCSC,线路电流、电压谐波畸变率不超过工程允许范围,成碧线可控串补谐波测试结果,可控串补装置投入，谐波没有很大变化，不会影响系统正常运行。,串补带电试验谐波电流以,5,次为主，为,4.11A,，其他为,7,次,3.49A,，,9,次,3.15A,。,TCSC,与,FSC,切换试验谐波电流以,7,次为主，为,4.16A,，其它为,5,次,3.54A,，,9,次,3.75A,。,可控串补容抗调节谐波电流以,7,次为主，为,4.83A,，其它为,5,次,2.46A,，,9,次,3.88A,。,可控串补持续高容抗试验谐波电流以,7,次为主，为,4.27A,，其它为,5,次,2.69A,，,9,次,4.13A,。,未投串补时线路的谐波电流以,7,次为主，,3.26,为,A,，其它为,5,次,2.43A,，,9,次,2.36A,。,2,串补对继电保护的影响及对策,由于在发生短路故障时，串补线路直流分量衰减变慢；,线路保护动作速度一般小于,30ms,，,可能引起某些保护（如距离保护,段）超越。对于,基于波形比相原理的模拟式保护，,需,采取必要的滤波措施或缩小,段的保护范围；,对于微机型保护，受其影响与算法有关，易于在算法上采取措施，一般影响不大。,串补对继电保护的影响及对策,串补线路故障引起距离保护缩范围,。措施有：,采用分相电流差动原理的保护；,采用功率方向纵联或（方向）距离纵联保护；,在可控串补装置侧加设特殊的故障方向判别元件，使相关保护（如本侧距离保护）的保护范围延长；,采用微机保护，并要求在投运前通过动态模拟试验。,可控串补装置外（靠线路侧）和母线上必须同时装设电压互感器。,A,B,60,80,80,B,A,60,80,(X,l,-X,c),80,串补对继电保护的影响及对策,研究和仿真计算表明，正常运行工况下，可控串补产生的谐波只在可控串补内部流动，而外部电压和电流波形均有良好的对称性，对继电保护装置基本没有影响；当发生短路故障后，可控串补产生的谐波情况要复杂一些，并且与补偿电容是否旁路有关，分析表明由其引起的外部谐波的增加仍然是有限的，对继电保护装置的动作特性不会造成大的影响。为了改善测量元件的精度，继电保护应提高其对输入信号的滤波能力，并应经动模试验检验。,3,断路器断口恢复电压问题,在串补线路故障跳闸后，恢复电压上将叠加电容器的残压，若串补电容未被旁路，恢复电压会有所提高。,如果断路器断口恢复电压峰值可能超过,IEC,标准（根据系统操作过电压计算结果）。解决的方法之一是在串补线路内部发生故障时由线路两侧保护向串补装置发出控制命令将保护间隙击穿并投入旁路，使串补电容迅速放电。为此要为保护发出命令提供远程通信通道。,4,潜供电流问题,当线路上有串补时，在单相接地过程中，若旁路断路器和火花间隙均没有动作，则电容器残余电荷就可能通过短路点及高抗等组成的回路放电，从而提高了潜供电流暂态分量的幅值。由于其衰减较慢，有可能影响潜供电流的自灭，对单相重合闸不利（由系统计算确定）。,一般情况下，这个潜供电流的影响并不大，无需采取措施。若计算结果表明不满足目前单相重合闸时间的要求，则应将单相重合闸间隔时间适当增大或者强制触发间隙。,无串补,有串补,潜供电流,有串补，主动旁路,SSR机理,感应发电机效应,机电扭振互作用,暂态力矩放大作用,5,扭转相互作用造成次同步谐振,当电网的自振频率和汽轮发电机轴系的扭转固有频率互补，便可能激起次同步谐振。,转子振荡所感应的很小的电压会产生很大的次同步电流，这一电流又会造成转子力矩的振荡分量，从而加大转子振荡。当这一力矩大于机械阻尼，机电系统便会谐振。,扭转相互作用造成次同步谐振,次同步谐振的条件是串联补偿的汽轮发电机定子电路的自振频率接近于和轴系扭转振荡的某一个固有频率互补，造成电气和机械系统之间强烈的耦合作用。,次同步谐振的后果是非常严重的。一旦形成扭转振荡，轴系可以受损害，甚至于断裂，或者造成轴系疲劳寿命的消耗，影响轴系安全。,SSR,的,IEEE,第一标准模型简图,SSR的分析方法,频域分析法,频率扫描法,复转矩系数法,特征值分析法,时域分析法,EMTP,频率扫描方法,TCSC,抑制,SSR,的触发算法试验研究,SSR,的防止措施和对策,滤波和阻尼,发电机方面的改进,串联电容器的控制,继电保护及检测设备,系统的切合和切机,串补,/,可控串补的工程实现,可控串补 安装调试简介,串补站现场安装工作量,支架、平台安装,可控串补成套装置安装调试,交流场配电装置安装调试,水冷系统安装调试,交直流系统安装调试,站控及保护安装调试,线路改接等,施工阶段,基础施工,电气设备安装,装置调试,装置接入,系统调试,现场施工流程图,杆塔、平台基础及设备支架复测,主 接 地 网 施 工,施 工 准 备,串补平台支柱绝缘子安装,配电装置管母安装,交直流系统安装调试,串补平台安装调整,配电装置隔离开关,及独立设备安装调试,二、三、四次设备安装,及 单 元 件 调 试,串补一次设备安装调试,电缆敷设及二次接线,屋 外 照 明 安 装,站控及可控硅冷却系统调试,灾报警系统安装调试,杆塔组立及线路改接施工,系 统 调 试,竣 工 验 收,保护、远动及通信系统调试,图象监视系统安装调试,SF,6,断路器安装调试,电容式电压互感器搬迁,系统试验内容,碧成线串补平台带电试验；,碧成线串补带电试验（空载）；,带串补投切空载碧成线路试验；,碧成线串补带电试验（正常负载，合环）；,TCSC,与,FSC,切换试验；,可控串补持续高容抗试验；,控制系统切换试验；,碧成线可控串补容抗调节试验,串补本体保护电源掉电试验；,抑制低频振荡试验；,大负荷稳定试验；,碧成线成侧单相瞬时短路接地试验；,谐波测试；,抑制低频振荡试验,试验时间：,2004/12/23 11:30,地点：,220kV,碧成可控串补站,试验人员：由中国电力科学研究院与陇南电力公司组成的测试组,试验前系统状态：串补装置投入运行，碧成线传输功率：,170MW,，控制调节系统,A,为主，,B,为从；,测试仪器：可控串补,TFR,记录装置,测试方法：,手动点跳碧成线,成县侧线路断路器，,造成单相跳闸，,1”,后重合,，,测试在系统受到干扰的情况下，可控串补对系统摇摆的抑制作用。,1.,PSS,投入、串补退出条件下，单相点跳碧成线成县侧开关,2.PSS,投入、串补投入，,POD,功能退出，,FSC,方式下,单相点跳碧成线成县侧开关。,3.,在,PSS,投入、串补,POD,功能投入，,TCSC1.1,方式下,单相点跳碧成线成县侧开关,人工接地短路试验,试验时间：,2004/12/25 13:52,地点：,220kV,碧成可控串补站,试验人员：由中国电力科学研究院与陇南电力公司组成的测试组,试验条件：,220KV,碧成串补装置运,行在,TCSC,状态，目标阻抗设定在,1.1p.u.,，,POD,功,能投入；,碧口电厂出力约为,170MW,；在碧成线距成县变电站约,5km,进行单相人工短路；,测试仪器：可控串补,TFR,记录装置,接地短路试验时阀、,GAP,以及,MOV,电流录波图,从图形看出，,MOV,限压后，,MOV,电流保护在,1ms,之内动作；,MOV,保护动作后同时触发,GAP,与阀，阀与,GAP,均流过故障电流和放电电流。,A,相旁路开关合闸。,投运后运行情况,2004,年,12,月,27,日投入运行到现在,装置目前运行良好。根据目前运行情况，实际最大输送功率已达到到,28,万千瓦。,今年汛期,(,比去年同期,),多送电,4.2,亿千瓦时，按平均电价,0.285,元,/,千瓦时计算，已增加售电效益约,1.2,亿元,(,含税约,1.4,亿元,),，其经济效益和社会效益十分显著。,武守远,wooshy,010-82416085,