35kV饱和铁心型高温超导限流器运行情况简介.doc

全国电力系统配电技术协作网第二届年会论文集 配电网运行与新技术应用35kV饱和铁心型高温超导限流器运行情况简介王燕祥吴娟（云南电网公司昆明供电局云南省昆明市650011）摘要：继中国第一组35kV/2kA高温超导电缆成功接入昆明电网运行后，2008年1月，世界上挂网运行的电压等级最高、容量最大的超导限流器又在220kV普吉变电站成功挂网运行。文章简要介绍了超导限流器的基本工作原理及构成，介绍了自挂网运行以来限流器的运行情况，总结了超导限流器的运行维护经验。关键词：超导电缆；超导限流器；运行0引言三相交流35kV/2kA高温超导电缆研发工程是国家“863”计划和北京市科委重大科技计划支持的项目。该工程于2004年4月19日在云南电网公司昆明供电局220kV普吉变电站并网成功，这是继美国、丹麦之后世界上第三个投入运行的高温超导电缆。该项目投运后对超导技术的应用研究起到了关键性的作用。一直以来，云南电网公司就高度重视超导技术的应用研究，2007年12月，云南电网公司与北京云电英纳超导电缆有限公司成功研制出了35kV/90MVA饱和铁心型超导限流器挂网样机。2008年1月7日，35kV/90MVA饱和铁心型超导限流器挂网样机在云南电网公司昆明供电局220kV普吉变电站成功地挂网试运行。这标志着，35kV/90MVA饱和铁心型高温超导限流器成为目前世界上挂网运行的电压等级最高、容量最大的超导限流器。1饱和铁心型超导限流器基本结构原理介绍图1为单相饱和铁芯型超导限流器结构示意图，它由铁心、交流绕组、直流绕组和直流电源及其控制电路组成。在正常通流态，直流磁势使铁心深度饱和，串入输电线路的交流绕组呈现低感抗，故两端压降很小，对于正常输电无不利影响；在短路故障发生后，电流剧增，监控系统立即感知故障并借助于直流控制电路中的电力电子开关（由IGBT或IGCT组成）在几个毫秒之内切断直流励磁电流，两个铁心均脱离深度饱和状态，故障电流在两个交流绕组上都将产生大的限流感应电势，从而实现限流。图1单相饱和铁芯型超导限流器电路结构示意图直流励磁绕组是用高温超导材料制作的，这是因为：第一、由超导体制作直流绕组可大大减小其体积和重量；第二、基本避免直流绕组发热和由发热引起的散热难题；第三、减小设备的额定损耗。高温超导材料是适用于大电网的饱和铁芯型限流器得以工程实现的物质基础之一。直流励磁系统是饱和型高温超导限流器的核心部分，直流励磁系统包括超导磁体和直流控制电源两大部分。直流控制电源用于向超导磁体提供直流偏磁电流，控制限流器的运行状态。直流控制电源包括直流电源、快速开关、磁能吸收电路、快速充磁电路、电网故障识别电路等模块。图1所示为励磁系统在限流器系统中的应用原理图，直流励磁系统标示在虚线框内。限流器的运行状态与直流控制电源的工作过程密切相关。在电网正常运行时，电源提供励磁电流将铁心偏置到深度饱和态，交流绕组呈现低阻抗，因此限流器对电网的运行影响较小，此时的限流器工作状态称之为稳态。当电网发生短路故障时，电网故障识别电路正确判断出电网故障，并向快速开关发出断开信号，指示快速开关动作，关断直流励磁电源的输出，此时铁心退出饱和态，限流器呈现高阻抗，限制了电网中的故障电流，可以满足限流器的后面的断路器安全切除故障。此时的限流器的工作状态称之为限流态。在限流器实现从稳态到限流态的过渡过程中，需要实现超导磁体中磁能的吸收，主要实现办法采用在超导磁体两端并联高能压敏电阻。为满足断路器正确安全冲合闸，在断路器合闸之前，电网故障识别电路监测到断路器断开后，命令快速开关重新导通，使限流器铁心恢复到深度饱和态，确保限流器重新呈现低阻抗，此时的限流器的工作状态称之为恢复态。2普吉变电站35kV饱和铁心型高温超导限流器结构及参数简介35kV/1200A三相超导限流器分为电抗系统、直流励磁系统、低温系统、监控保护系统、外壳共5部分。其中电抗系统包括铁心、交流绕组，是限流器实现稳态通流和短路限流的主体结构。直流励磁系统是限流器的控制部分，包括超导励磁绕组、直流快速开关、直流电源、控制回路等。它需要监测电网的电气参数变化，判断短路电流的发生，触发直流快速开关的动作，实现在短路的时刻迅速切断直流源，并将励磁回路中的磁能释放，使铁心退出饱和态进入限流态；在重合闸时刻，强迫供电，在要求的时间范围内重新建立励磁电流，使限流器恢复稳态工作。低温系统由杜瓦、液氮储罐、水环泵等组成，给超导励磁绕组提供合适的工作温度。监控保护系统用于对低温系统进行监控，实行与直流励磁系统的通信，对限流器运行状况进行监控，同时还具备数据保存、分析、远程传输的功能。外壳主要用于防雨、防尘，保护限流器本体。实际安装位置如图2所示，主要技术参数如表一所示。超导限流器本体图235kV/1200A超导限流器实际安装位置图表135kV/1200A超导限流器主要技术指标项目性能指标额定电压35 kV/3相额定容量90 MVA运行阻抗0.35最大限制短路电流20 kA热稳定电流20 kA/2s动稳定电流102 kA故障判断时间1ms响应时间10ms恢复时间800ms温升125K声级60dB总重35.65t3普吉变电站35kV饱和铁心型高温超导限流器接入系统方案35kV/1200A饱和铁心型高温超限流器接入是采取将超导限流器两端使用电缆通过374、375两台断路器并联在35kV沙朗线341两端（如图3所示）。二次部分由超导限流器保护控制系统、备自投、测量及控制装置，后台监控计算机构成，对原来变电站二次回路不做任何改变。运行方式：限流器不投入时，341断路器合，374、375分；限流器投入时，341断路器分，374、375断路器合。其备自投动作逻辑为：当超导限流器运行时，若因某种原因导致374、375断路器跳闸，则备自投动作，再次发出跳374、375断路器的命令，之后经整定的延时合上341断路器，确保沙朗线持续供电。图335kV饱和铁心型高温超导限流器接入系统示意图4运行情况统计超导限流器自挂网投运以来跳闸情况统计如表2所示。表2超导限流器跳闸情况统计表序号动作时间动作情况12008年9月11日00：20低温系统故障、直流系统故障，非电量保护动作，374、375断路器跳闸，备自投装置动作，合上341断路器，沙朗线由341供电。22009年2月22日17：29监控系统异常，374、375断路器跳闸，备自投装置动作，合上341断路器，沙朗线由341供电。32009年2月24日19：52，在操作合上超导限流电抗器374断路器时，非电量保护动作跳闸，经检查发现监控系统电源消失导致341跳闸。42009年4月20日08：55监控系统死机，374、375断路器跳闸，备自投装置动作，合上341断路器，沙朗线由341供电。52009年5月31日17：47监控系统死机，374、375断路器跳闸，备自投装置动作，合上341断路器，沙朗线由341供电从上述跳闸统计情况看，由于超导限流器监控系统异常、死机问题导致限流器跳闸的情况较多，也反映出限流器在设计之初对保护监控系统计算机的电源、跳闸方式等考虑不周，造成限流器不必要的跳闸。后经调整处理后基本消除了该隐患。另外，在4次跳闸中，备自投装置均正确动作，有效保证了35kV沙朗线的持续供电。这主要是得益于前期超导电缆接入时就对继电保护的接入方式进行了精心的设计，本次工程中基本采用了超导电缆接入系统的继电保护设计方案。5运行维护经验通过对超导电缆、超导限流器的试运行，昆明供电局积累了一定的运行维护经验，简要总结如下：（1）对超导限流器接入系统的继电保护及自动装置进行了认真仔细地设计，运行经验表明，该设计科学合理，极大地提高了供电可靠性和电网的安全稳定运行。（2）运行人员对超导限流器有充分的了解，编制了详细的运行维护标准用于指导日常的巡视维护工作；（3）保护、修试人员基本掌握了超导限流器部分设备的检修试验方法，但核心的超导部分和监控软件的维护仍需北京云电英纳的开发人员支持。6结束语超导限流器是促进电力发展、提高电网安全可靠的一种短路电流限制措施，在世界电力系统中都有较好的应用前景。220kV普吉变电站35kV饱和铁心型高温超导限流器利用高新超导技术结合传统磁控电抗器原理，是具有世界先进水平和自主知识产权的高新技术电力产品，其成功地挂网试运行，对今后促进我国超导电力应用产品的研发将具有里程碑的意义。参考文献：1 信赢、龚伟志、高永全等，35kV/90MVA挂网运行超导限流器结构与性能介绍（