500kV变电站静止无功补偿装置二次设计探讨.pdf

500 kV变 电 站 静 止 无 功 补 偿 装 置 二 次 设 计 探 讨 蒲 皓1,罗瑞生2 (11西南电力设计院,四川 成都610021 ;21四川省电力公司,四川 成都 611630) 摘 要:根据已投运的洪沟变静止无功补偿装置系统(S VS)工程的控制保护设计、 施工、 调试 、 运行情况,对500 kV变 电站中S VS二次设计的技术方案进行了探讨和分析,并对设计经验及建议加以总结,为后续工程的设计提供参考和 借鉴。 关键词:SVS;TCR;二次设计;控制保护 Abstract :Based on the control and protection design , construction , commissioning and operation of SVS(Static Var System)in H onggou Substation , the technical scheme of secondary design in 500 kV substation is discussed and analyzed. And the design expe2 riences and suggestions are summarized which can provide the reference for the design of subsequent project. Key words: S VS;TCR(thyristor - controlled reactor); secondary design ; control and protection 中图分类号:TM71412 文献标识码:A 文章编号:1003 - 6954(2007)增- 0050 - 04 静止无功补偿装置(Static Var System ,简称SVS) 是灵活交流输电系统(FACTS)的一种比较成熟的无 功补偿技术和设备,具有快速、 动态的电压无功调节 能力。在高电压长距离交流输电系统中,采用SVS 无功补偿,可以改变系统的等效波阻抗及输电线路的 等效自然功率,提高系统的传输功率极限,改善系统 的暂态稳定,并能提供系统附加阻尼有效抑制系统的 低频振荡。为推广国产静止无功补偿装置在500 kV 输电系统中的应用,国网首次在500 kV洪沟、 陈家 桥、 万县变电站分别安装了一套电科院生产的容量为 120180 Mvar的35 kV SVS装置,三套均于2006年 陆续投运,运行效果良好。 1 工程情况介绍 1.1 系统要求 根据系统研究及要求,在500 kV洪沟变电站安 装一套容量为120 Mvar的35 kV SVS装置,SVS系统 的稳态无功补偿范围为: - 240 Mvar(容性)+ 215 Mvar(感性)。 SVS系统可根据500 kV系统电压及无功的变化 情况自动进行控制调节,其控制调节方式可以适应电 网的各种运行方式。对SVS系统总的功能要求为: (1)稳态 稳定电压,提高电压合格率。 (2)动态 抑制振荡,增强系统阻尼。 (3)暂态 无功强补,促进电压恢复,提高暂 态稳定水平。 1. 2 SVS系统配置 洪沟变电站的35 kV SVS系统配置为:1组晶 闸管相控电抗器,容量120 Mvar;1组5次滤波电 容器,容量40 Mvar ;5组并联电容器,容量540 Mvar ;3组并联电抗器,容量345 Mvar。 其中,晶闸管相控电抗器(Thyristor Controlled Re2 actor ,简称TCR)采用三角形接线方式以消除三次谐 波,用于调节感性无功功率的晶闸管阀采用光电触 发、 水-风冷却。滤波电容器组主要用于吸收TCR 产生的谐波分量,同时具有无功补偿功能。 1. 3 SVS控制保护系统 SVS控制保护系统包括所有监视、 控制、 保护、 测 量等二次设备,采用多任务协调控制技术和分层分布 式系统结构,是保证SVS装置安全可靠运行、 实现系 统功能要求、 充分发挥经济效益的关键。 控制保护系统主要包括:调节柜、 监控柜、 阀基电 子柜(VBE)、 保护柜、 人机界面柜、 远方操作工作站、 暂态故障录波器以及交直流配电柜等多个子系统或 设备,并采用CAN现场总线实现现场级各子系统或 设备之间的高速数据交换和共享。SVS控制保护系 统配置如图1所示。 控制保护系统的二次设计包括两部分内容: 二次总体设计;SVS控制保护系统成套设计。 1. 4 调试及运行情况 根据系统仿真、 调试、 试验以及试运行情况表明: SVS系统可满足电网电压控制要求,稳态无功投切原 则和逻辑以及投切顺序均正确;通过人工单相瞬时接 5 第30卷增刊 2007年09月 四 川 电 力 技 术 Sichuan E lectric Power T echn ology V ol.30 ,Supplement Sep. ,2007 8 0 图1 SVS控制保护系统配置图 地短路故障试验验证了SVS暂态响应行为正确,响 应时间在1020 ms ,暂态调节特性表现良好;在系统 小扰动情况下,SVS可抑制功率振荡。在近一年的试 运行期间,SVS系统工作基本正常,偶尔出现过部分 软件、 插件故障或异常,但在问题处理后均能较快地 恢复运行。 2 SVS控制保护系统成套设计 SVS控制保护系统成套设计由SVS成套厂家根 据功能规范书和技术协议要求,通过系统研究并结合 CHP、BPA、EMTP、RT DS等多种研究和仿真手段统一 完成。下面按设备划分对系统功能和组成进行简要 的说明。 2.1 监控柜 监控柜实现所有35 kV无功支路的自动投切及 主变有载开关的自动调节,并与TCR快速调节配合 完成电压无功综合控制功能;同时对所有无功支路、 晶闸管阀组、 阀冷却系统等的运行状态和参数以及故 障情况进行实时监测;另外,监控柜还包括T R角内 回路和晶闸管阀组的保护功能。 阀组保护和监测包括:阀触发同步信号异常、 BOD动作、 阀回报异常、 误触发及脉冲丢失保护。 TCR角内回路保护包括:角内速断保护(或差 动)、 过流保护、 过负荷保护。 2. 2 调节柜 调节柜内包含两套互为备用的调节单元,以控制 调节策略为依据,运用快速调节算法,实现对电网电 压无功的最优补偿,对电压波动和偏差进行有效抑 制,增强电网动态稳定,在电网故障时有效抑制暂态 过程,快速恢复系统正常。 调节单元采用大规模可编程逻辑器件FPG A和 浮点专用数字信号处理器DSP,具有很强的计算和处 理能力。 调节单元以500 kV系统电压的稳态、 动态和暂 态稳定为控制目标,兼有补偿无功功率的功能。通过 采用TCR的连续调节、 其它无功支路的投切以及主 变有载分接开关的调节等手段来消除系统的稳态电 压偏差和暂态电压波动,实现电压无功的综合控制。 调节系统的响应时间和电压调节精度是SVS控 制保护系统的主要技术性能指标。一般要求为 调节 响应时间小于5;电压调节精度达到5 %。 5 第30卷增刊 2007年09月 四 川 电 力 技 术 Sichuan E lectric Power T echnology V ol.30 ,Supplement Sep. ,2007 8 C: 1ms0. 1 2.3 阀基电子柜 阀基电子柜包括阀基电子设备VBE和阀监测 VM ,对晶闸管阀组进行光电触发和光电检测,保证晶 闸管阀组的可靠运行。 调节柜、 监控柜、 阀基电子柜、 光纤以及TE板等 共同组成晶闸管阀的触发与监测系统。 2.4 保护柜 保护柜包括多套微机综合保护装置和通讯管理 机,保护装置用于对TCR、 滤波器、 电容器等支路进行 保护。通讯管理机可对所有保护装置进行通讯管理, 并与SVS控制系统进行通讯。其中,针对TCR馈线、 角内回路、 晶闸管阀组等可能发生的故障,设置了冗 余的保护功能由监控单元(参见3. 1节)和微机保护 装置共同完成。 2.5 人机界面柜 人机界面柜包括就地工作站、SVS信号测试孔、 表计和GPS机箱等。就地工作站提供友好的图形化 界面,便于操作人员对SVS装置进行就地监视、 控制 和操作。 2.6 远方操作工作站 远方操作工作站布置在站内主控制室操作台上, 便于运行人员对SVS系统进行监视、 控制和操作,并 具有接收上级调度命令、 离线系统分析和模拟仿真操 作以及故障后台分析功能。 2.7 暂态故障录波器 暂态故障录波器可对TCR装置、 主变各侧以及 通道断面线路等进行暂态故障录波。 2.8 交直流配电柜 交直流配电柜用于向SVS控制保护系统及阀冷 却系统进行多路电源供电。 3 二次总体设计 二次总体设计由西南电力设计院负责,主要包括 对SVS控制保护系统成套设计图纸和资料的确认和协 调,以及与站内其它系统或设备的接口设计和配合。 3.1 SVS继电器室布置 SVS继电器室紧邻阀室设置,主要考虑到VBE 柜与阀组的光纤触发电缆较多,共计144根。继电器 室尺寸为6. 3 m6 m ,室内布置10面控制保护柜,采 用双列式面对面布置方案,其中VB柜尽量靠近阀 室;继电器室和阀室均采用活动地板。 3. 2 SVS与变电站监控系统等的接口设计 (1)与变电站监控系统接口:SVS配置远传网关, 采用101规约与变电站监控系统实现串口通信。 (2)与调度接口:SVS需上传调度的信息均经由 变电站监控系统远动工作站来实现,SVS控制系统不 直接与调度端进行通信。 (3)与保护及故障录波子站接口:SVS配置保护 通讯管理机,采用103规约实现SVS保护与站内保护 及故障录波子站接口;SVS的故障录波器直接与站内 保护及故障录波子站接口,采用COMTRADE 99文件 格式。 (4)操作防误闭锁:由SVS监控系统的软逻辑操 作闭锁和变电站内微机五防系统共同完成。另外,对 电抗器网门、 阀组网门需加装编码锁。 (5)同步对时:在站内已有的时钟同步系统基础 上,增加对时扩展机箱安装在人机界面柜上,实现对 SVS控制保护柜的对时。 (6)直流电源:由于SVS控制保护系统的直流负 荷不大,一般约12 kW,对站内蓄电池容量重新核 算可满足设计要求,因此不单独设置直流系统。采用 由变电站已有的220V直流主屏提供2回电源至SVS 继电器室直流屏的供电方案。 (7)火灾自动探测报警:一般在站内已有火灾自 动探测报警系统基础上进行扩容改造,在SVS阀室、 继电器室、 水冷室等增加相应的火灾探测报警装置。 3. 3 二次回路设计接口 (1)交流电压、 功率等参数:SVS控制保护系统需 接入主变500 kV、220 kV、35 kV侧电压和无功功率, 主要通道线路的功率等。对交流电压、 电流采用交流 采样,接自相应的测量或保护TA、TV二次侧。对500 kV系统电压选择主变高压侧PT的三相电压来反映, 输电通道断面有功功率以川电东送输电通道的几条 主要线路的功率来反映。 (2)主变有载调压开关档位:SVS控制系统需接 入主变有载调压开关档位信号(BCD码),并进行升 压、 降压调节控制。 (3)原有电抗器、 电容器支路控制和监视:SVS控 制系统需对原有电抗器、 电容器支路进行自动投切控 制。 在断路器跳合闸控制回路中,增加 “自动/手动” 选择开关和SVS自动控制功能,并保留原有的手动 控制功能作为后备操作手段;同时需将断路器和隔离 开关位置信号、 保护动作信号接入SVS监控柜进行 5 第30卷增刊 2007年09月 四 川 电 力 技 术 Sichuan E lectric Power T echn ology V ol.30 ,Supplement Sep. ,2007 8 E 2 监视。 (4)保护联跳:在TCR支路保护动作于断路器跳闸 时,将同时发出指令使晶闸管阀闭锁,以保护晶闸管阀 免受有害的冲击或损坏。在主变保护动作于35 kV总 断路器跳闸时,也宜同时联跳T CR支路断路器。 4 设计建议和展望 4.1 前期工作 在设计前期工作中,建议进行更深入的系统研 究,并充分与调度、 调试、 运行等部门进行交流和沟 通,确定交流系统的稳态、 暂态、 谐波水平等技术参 数,使SVS控制调节系统的设计能更好地满足系统 要求并发挥作用。 4.2 统一设计 建议在今后工程中逐步向统一设计过渡,即是: 对全站及SVS的控制保护设备统一设计和选型,同 时将SVS监控系统与变电站计算机监控系统的后台 统一,使监视及操作画面统一,以便于运行操作和维 护。设计时需要注意的是,在TCR等支路的控制回 路中需预留与SVS控制保护系统的接口,并考虑增 加TCR合闸闭锁条件,在阀组允许条件下才能投入。 4. 3 运行反馈 从已投运工程情况来看,需要进一步完善和提高 软件系统的功能设计和可靠性以及各种插件或模块 质量,适当增加一些易损件的备品备件数量。 5 结束语 根据已投运的洪沟变SVS工程的控制保护设 计、 施工、 调试、 运行情况,国产SVS产品及其控制保 护系统能安全稳定运行,二次设计的技术方案满足运 行需求。从工程设计角度出发,分析总结了SVS二 次设计的具体方案和经验,并提出了一些设计建议, 为今后SVS工程的控制保护设计提供参考和借鉴。 (收稿日期:2007 - 08 - 15) (上接第49页) 装设SVS,一般选择在变电站内主变 压器第三绕组侧装设,或SVS专用降压变压器低压 侧装设。 SVS采用单母线接线。当SVS接于主变压器第 三绕组侧时,在SVS母线上设置总断路器,同时在 SVS各分支回路上装设断路器以提高SVS的可用率。 3 SVS在变电站内的布置 SVS在变电站内的布置原则上利用主变压器第 三绕组侧无功补偿场地进行布置。晶闸管阀布置于 单独的阀室内,阀室内设置有便于搬运和巡视用的通 道。晶闸管阀放置于阀架上,采用卧式结构,多层布 置。 阀冷却系统可采用液体冷却或空气冷却,