_20MVar静止无功发生器_ASVG_的研制_沈斐.pdf

ASVG。该 科研项目标志着FAC T S在中 国 已进入研制攻关阶段。为进行基础理论研究,先研制了一台土3 0 0kVa r的中 间工业试验装置和10kVa r的动态模拟装置。300kVa r的工业样机于19 95年8月在清华大学校实验电厂挂网运行,并通过了7 2 h满负荷持续运行测试。1 9 97年3月起,30 0kVa rASVG在郑州孟碧变电站并网运行,接受较为恶劣的工业环境运行的考验,为研制成功2 0MVa rASVG打下了 良好基础。19 9 9年3月3 0日,士2 0MVarASVG成功地并人河 南电力系统,正式投人试运行。本文将介绍士2 0MVarASVG的研制情况。才才才导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导导厂厂匀嘴一一日.,.,控控制室 低压开关柜柜(配电、控制.保护、监洲、电源.电池)图,装置构成框图2士Z OMVarASVG装置白 勺砂 卜制2.1士Z OMVa rA S V G装段的构成土20MVa rASVG装置如图1所示,其中包括:启动 整流器、G TO逆变 桥、直流电容器组、多重逆变 输出变压器、高压开关柜、控制单元、监测单 元、保护单元及水冷却系统。4台变压器及水冷系统散热装置安装于室 外,室内分为高压室、控制室、逆变室、水冷系统室及备件室。直流电容器、限流电路及GTO逆变桥分成4组,每 组分别对应0。、一1 50、一300、一450三相逆变桥2.2土ZOMVarASVG卜电路的设11士2 0MVa rASVG装置采用四重化G TO电压型逆变器输出三相10kV交流电压。图2给出 了装置的主电路结构。4个三相逆变 桥各连接一个三相铁芯柱式变压器,变压器系统侧绕组采用 四重化Y一连接。每个三相逆变桥由A相、B相、C相3个单相逆变桥 组成,每个G To以5 0Hz、脉宽180 0 的方波驱动,每个单相桥左右桥臂驱动 脉冲相位相差120 0,使得单相桥输出 电压脉宽为12 0。连接的绕组上的电压是Y连接 绕组上电压的月倍。4个逆变桥触发脉冲相角相对于同步 脉冲相位为00、一1 50、一300、一450,消除了除1 2K士l(K=1,2,3)次以外的谐波。士20MVarASVG装置中,每只G T O容量为4 5 0 0V/4 0 0 0A,最大工作直流电压设计为190 0V。图3示出由48个GTO(4 50 0V,4 00 0A)构成的2 0个变流柜全景,图4示出4台SMV A的主变压器。2.3士Z OMVz l l一ASV 6龙源 参数的选择ASVG装置中直流侧电容容量的选择一直是困扰ASVG研制人员 的一个难题。早期的理论研究认为在系统对称条件下直流侧电容容量可以用得很小,如0.lp.u.缅-,产启动 整流 器二二二图2士20 MVa rAS V G主电路结构图国际电力2 00 0年第2期系柔性输配电研究所开发的F A C TS装置通用控制器,如图5所示。控制器采用了全新的DSP及微机并行处理技术和全新的迭代学习多 目标模糊控制策 略,同时十分重视保证装置的可靠、安全性,使之完全 满足长期工业运 行的要求。控制器可使A SVG在 开环手动调节方式、闭环恒无功方式以及闭环恒电压方式3种方式下运行;能在ASVG将要过流时调 节控制脉冲,防止ASVG过流,使A SVG在保护自身的前提下正常运行,充分发挥其控制功能;对闭锁后ASVG能进行复 位,保证了ASVG在系统故障过 程中充分发挥 控制功 能。2.5士20MVarASVG装仪保护单元的设1-G T O是ASVG装置中价格最贵且最易损坏的器件,因此G TO能否安全运行是这种ASVG装置能否安全可靠 运行乃至 能否 投人工业应用 的关键。ASVG装置中G T O的可靠性受到 以下因素的制约二G T O的门极驱动、G T O的过电压保护、G T O的过电流保护和其他辅助保护措施。在士2 0MVa rASVG装置的设计中,GTO驱动 采用与4 500V/400 0AGTO配套的驱动模块,因而可确保GTO开 通与关断的安全。GT O的过电压保护包括关断过电压 保护、瞬态浪涌过电压及直流侧过电压保护。G T O的关断过电压采用 了一种低损耗带钳位的三角形吸收电路。瞬态浪涌过电压采用氧化锌避雷器进行保护。对因系统电压不平衡导致的直流电容过电压在一定范围 内 的不平衡 度可用增大直流电容量和快速的控制方法加以抑制。故障情况下保护 单元将封 锁所有的G T O驱动脉冲,由此引起的直流侧过电压采用 了撬杠电路来加以抑制,撬杠电路触发后在 直流侧并联一6 50几的电阻,这使得直流电压降低至16 0 0V。对于GT O器件,如果试图关1极关断电流上升速度可增强GT O的关断能力。为 有效地进行过电流保护,考虑4种类型的过电流:l)负载过电流,2)ASVG输出短路,3)桥臂 直通短路,4)变压器逆变侧绕组偏磁饱和。并为此设计了一种分级动作的过电流保护模式来确保G T O安全。2.6士ZOMVa rASVG装;?.t运行监测l歹故障诊断系统的设L作为(士2 0MVarASVG装置的一个重 要组成部分,运行监测与故障诊断子系统的主要 功能 是上位 机至至至至至至至至至至至至至至至至至至至至至至至变变 换换换A/D D D D DM ODEMMMMM远远电电路路路采 集 卡卡卡卡卡卡卡卡方方计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计计主主主主主主主主主主主主主主主主主板板板算算光光 电隔隔隔缓 冲、总 线、机机离离 电 路路路路路路路接口电路路路路l l l l l电电电电电显显显显显显显显显显显显显显显显显显示 卡卡卡卡输输 出接接接接接接接接接接接接接接口口电路路路路总线接口,隔离离离离离离离离离驱驱驱驱驱驱驱驱动电路路路网卡卡卡卡卜卜卜l l l l l l l l l l l l l至至至至R 望JS通通通通通打 印机 集集集集信接口口口口口口口口口口口口控控控控控控控控控控控控控控控控控控控控控控室室室室室室室室室室室室卫鲜肇肇噩噩噩噩噩噩亘剑口局局局局局A A A A A A A A A A A/D D D D D采采采采采采 集 卡卡卡缓缓缓缓缓缓缓 冲、总线、接接接接接口电 路路路图6监测与诊断子系统的硬件构成断比其额定可关断电流大的负载电流,会造成其损坏。因此 必须对其进行有效的过电流保护。必须指出,小的主电路漏感、良好的吸收电路参 数和器件以及足够高的全面监 视装置的启停过程,实时监测 系统的运行状态并记录有关信息,当 系统发生 异 常或故障时,进 行报警处理并启动诊断程序,提供友好的人机交互界面以国际 电力2 000年第2期及故障分析与诊断功能等。由于监测范围相对较小,故现场采用接近集中式的上下位机硬件结构,并通过MO D EM和RS 245接口电路与远 方监测和集中控制室监控联成一体,如图6所示。该监测与故障诊断系统具有系统启动自检和并网监测、状态显示和实 时系统分析、报警处理和顺 序事件记录、故障录波、故障诊断等功 能,并可以进行集中控制室监控或通过远程OMFDS在远离装置安装地点处(如清华大学)实现对ASVG运 行状况的(准)实时监测和故障后数据的 电话传输。2.7士2()MV盯A S V G装仪水冷系统的i毖i目前大功率变流器 常用的冷却系统包括风冷、油冷和水冷3种方式。其中水冷方式散热效率极高,又没有污染和易燃的问题,所以在电力电子技术 界应用越来越广泛。全封闭 的循环水 冷系统具有散热效率高,体积小,污染小,能耗低,造价与油冷系统相近,并且寿命长的特点,在大功率变流装置上得到了越来越广泛的应用。河南省小流变SMV Asvc就采用上述技术,运行情况一直良好。因此根据士2 0MVarASVG冷却系统的需要,虽然当时我国 国内 尚不掌握封闭式的循环纯水冷却 技术,还是决定结合上述SVC冷却装置中AB B的冷却技术 及近年来该技术领域的新进展,自行开发研制上述技术。研制过程中,采用 由我 方根据国外先进技术提供技术方案,并根据士20MVa rASVG的运行工况提出技术要求,由天津先路新技术研究 所进行总体设计和研制。经过双方的合作,装置已于19 98年投运,成为我国第一台 自行研制的 用于高压大功率变 流器的封闭循环式纯水冷却装置。一年来的运 行表明该系统在冷却系统性能上达到所引进的AB BSVC冷却系统的技术指标,完全可以满足装置运行的需要。而在控制系统上由于采用 了先进的可 编程逻辑控制(P L C)技术,较之 过去引进的设备中采用 的继电器控制技术更 为先进可靠,同时体 积也更为紧凑。2.8士2 0MVarASVG装段启动整流器的设t-ASVG装置采用他励启动方式启动。在他励启动时启动整流器最大消耗功率约6 0kw。所以启动 整流器应设 计成输出最大电压为2000v,最 大输出功率为6 0 k YV。由于启动整流器输出最大电压为Z OO OV,为了满 足可控硅器件耐压要求又 不致使移相触发脉冲电路太复杂,采用 了双重移相全控整流器。整流器的输出 电压反馈控制采用模拟电路实现,这样可实现输出 电流的J恒流限流控制。移相触发脉冲则由基于8 0C I%的单片机电路产生。此外,为保护整流器自身及ASVG装置,整 流器设有输出过电压和过电流保护。3士20MVar八SVG装l 5 l t成功研制 的J念义土2 0MV盯ASVG装置的成功研制并投人河南电 网运行,日前在国内是领先的也是唯一的。在 世界上已研制成的输电用全功能大容量ASVG装置中,也仅 居美、日、德之 后,是具有独立产权的高新技术。在研制过程中,共在1 1项关键 技术上有所创新,其中多项已申报国家专利,使本装置成为先进技术的集合体。此外,在研制过程中,同时建成从曳力电子 器件到FACTS装置(尤其是ASVG)、再到物理试验和投产运行的较完整的科研、生产及教学体系 和基地,为 我国后续开发工作创建了条件。ASVG的研制技术属于高新技术,是国 内少有的具 有知识产权且居于 世界先进水平的技术。它在以下几个方 面对我国 电力工业发生积极的影响:l)我国 电力系统是一个骨架薄弱正在发展的 系统,无功调控装置十分缺乏,电能的可靠性和质量的要求愈来愈高。ASVG在技术上具有电流源和响应速度快的优点,在经济上具有占地小和其大功率电力电子器件的价格随使用广泛而 降低的优点。其可靠性会因新器件集成度的提高而大幅度的改善,为我国改革输电 系统提供新的手段。(下转第4 5页)国际电力2 0 00年第2期4励磁变佰)I泛钡 I J)t)-路三河电厂2号 机 组 在启 动测验项目基本完成之后,在刚 刚完成一次发电机假同期检查之际,励磁变高压侧引线之间突然短路,发电机 保护正确动作,跳开灭磁开关,但弧光电流仍持续了近3秒钟,将励磁变高压侧引线全部烧毁。受燃烧影响,其低压侧损坏严重。尽 管事后的绝缘检查表明高、低压线组之间,相对地之间绝缘状态完好,但由外观看 此励磁变压器已经报废。事后分析表明事故的起因是励磁变高压侧AC相引线绝缘裕度较低,过电压击穿所致。此变压器采用/接线,出厂耐压试验标准为37kV,现场验收标准仅为2 7kV,比正常运行电压2 3kV仅高4k V,问及厂方代表,回答曰:他们执行的是IE E E标准,中方 人员检 查订货合同书已明确规定,日方可执行的标准是IEC或IE E E标准,而IE C标准规定出厂耐压试验必须经受5 0kV的检验。但是白纸黑字,中方吃了个哑巴亏。5不负责任的质墩保证服务在励磁系统设备引进中深 受其害的首 推扬州二电厂,他们由西屋公司 引进了两套6 00MW机组的静态励磁系统,除励磁变 为油浸式双绕组结构,可控硅整流器容量较大外,几乎与利港电厂2期工程引进的西屋设备完全一致,然而 除了发生与利港电厂一样的电涌吸 收器烧毁事故外,还经历了由于 励磁系统引起的其 它几起非正常停机事件,其中包括AV R出口元件损坏、E PROM出错(内置运 行设定 参数)、电池电压低(作为E PROM外部停电 电源)、非正常切换、低 励拒动、可控硅及保险损坏等等。美国的现场服务人员在 处理了几起故障后,尽管该系统还在 质量保证期内,他们却没有再提供现场服务。扬州二电厂只好求助南瑞厂更换A VR,以期彻底解决非正常停机故障。任何一个去过扬州二电厂的人都会为那里的土建设计赞叹,为 主设备的布局叫好,对主控室内的高科技管理手段竖起 大拇指,然而,为了小小的励磁系统设备,庞大的发电机却经常停运,这不得不使 人感到遗憾。纵观上述情况,使人感到发电机励磁系统设备引进中 的 问题应该引起 有关方面的关注,有些现象已到了非解决不可的程度。励磁系统虽 然在引进设备中投资比重不 大,但它的质量及可靠性却危及到机组的安全甚至影响电网的安全稳 定性。(待续).作者:苏为民一北京电力科学研完院文章编号:A1 0(上接第3 5 页)2)ASVG可以治理具有 波动、不对称、闪变和 富谐波的非常负荷对系统的干扰。例如根据法国 电力公司 的研究,采用ASVG治理电气化铁路供电系统的不对称,较之加强电力网络,其投资可节约1/3。ASVG的技术可以 用于非常规大负荷的电污染 治理。3)I GBT置 换GTO用于AsvG,可以在配电网 中解决电能质量问题,通称为电能质量控制器(C USTOMPOWER)。可以稳定电压水平,解决短时电压跌落、谐波和不对称等问题,满足我国未来不同 电能质量的要求。.*作者:沈斐刘文华王仲 鸿一清华大学电机系文章编号:A07国际电力2 000年第2期