李俊儒，張琳琳，周學(xué)億

（四川省電力公司檢修公司，四川成都 610041）

隨著500 kV超高壓電網(wǎng)的高速發(fā)展，SVC靜止無功補償裝置在500 kV系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，其良好的靜態(tài)無功調(diào)節(jié)功能與動態(tài)無功強補功能在穩(wěn)定系統(tǒng)電壓方面所發(fā)揮的作用越發(fā)得到肯定。但由于其在對系統(tǒng)電壓進行調(diào)節(jié)過程中，會引起380 V站用電電壓的大幅波動，每調(diào)節(jié)60 MV·A的無功容量導(dǎo)致站用電±10 V的波動，若運維人員對站用電壓調(diào)節(jié)不及時將可能會由于電壓超高（線電壓大于415 V）或過低（線電壓小于345 V），而導(dǎo)致SVC純水冷卻系統(tǒng)交流電源過壓或欠壓保護動作而停運，由于SVC系統(tǒng)中晶閘管在運行中承擔(dān)著高達66 kV或35 kV的系統(tǒng)電壓，一旦純水冷卻系統(tǒng)跳閘，晶閘管將失去冷卻而迅速發(fā)熱以致?lián)p壞。曾經(jīng)某500 kV變電站發(fā)生過因供SVC純水冷卻系統(tǒng)的站用電源小車開關(guān)過壓保護動作，致使冷卻系統(tǒng)失電停運導(dǎo)致SVC系統(tǒng)跳閘的事故。由此可見，如何提高380 V站用電源對SVC純水冷卻系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性顯得尤為重要。

該設(shè)計針對SVC純水冷卻系統(tǒng)的特殊性，對SVC的控制保護裝置進行改進升級，將純水冷卻系統(tǒng)的交流電源納入控制范圍。使其在對系統(tǒng)進行電壓的靜態(tài)調(diào)節(jié)或動態(tài)補償?shù)倪^程中，優(yōu)先預(yù)估調(diào)節(jié)后的瞬時電壓并以此為依據(jù)對交流穩(wěn)壓電源進行預(yù)調(diào)節(jié)，從而提前響應(yīng)系統(tǒng)電壓變化，達到穩(wěn)定的電壓輸出。

1 交流穩(wěn)壓電源原理及主電路結(jié)構(gòu)

1.1 交流穩(wěn)壓電源原理

交流穩(wěn)壓電源原理如圖1所示。380 V站用電源通過直敷方式接入SVC純水冷卻系統(tǒng)，SVC控制保護裝置對電源的三相交流電壓進行實時采樣，通過A/D轉(zhuǎn)換后進入裝置的比較單元。針對SVC系統(tǒng)無功調(diào)節(jié)的特殊性，相電壓以220 V作為基準(zhǔn)，當(dāng)采樣電壓U準(zhǔn)in在208 V≤U準(zhǔn)in≤237 V之間時，裝置采用常態(tài)電壓調(diào)節(jié)，即輸入電壓經(jīng)與基準(zhǔn)電壓比較后再進行補償單元的控制輸出。當(dāng)裝置將對系統(tǒng)進行靜態(tài)或動態(tài)無功調(diào)節(jié)時，即使采樣電壓在上述區(qū)間之內(nèi)，但裝置針對調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)輸入電壓預(yù)估值若為U準(zhǔn)in<208 V或U準(zhǔn)in>237 V，則裝置在無功調(diào)節(jié)前提前對補償單元進行向上或向下的調(diào)節(jié)。待系統(tǒng)無功調(diào)節(jié)完畢后，若輸出電壓U準(zhǔn)out的采樣值已穩(wěn)定在220±2.2 V之間時，則不再進行補償單元的調(diào)節(jié)，若超出該范圍則再通過比較計算對補償單元進行二次調(diào)節(jié)，以確保輸出電壓始終穩(wěn)定在220±2.2 V之間。

圖1 交流穩(wěn)壓電源原理圖Fig.1 Schematic diagram of AC voltage-stabilized power supply

1.2 交流穩(wěn)壓電源主電路結(jié)構(gòu)

穩(wěn)壓電源主電路包括串聯(lián)補償回路及換向回路，電路如圖2所示。T1、T2、T3、T4為4個獨立的補償變壓器，由于SVC純水冷卻系統(tǒng)輔助裝置所需電源多為三相電源，為使提供更好的穩(wěn)壓精度減少線電壓間的差異，故選取4臺容量不等且成倍遞增的補償電壓器。圖2中S1、S2、S3…S10為雙向晶閘管元件，與補償變壓器T1、T2、T3、T4組成4個全橋電路，S9與S10為公共橋臂，每對串聯(lián)的晶閘管（如S1和S2）與公共橋臂組成一個全橋電路。其工作過程如下：

圖2 交流穩(wěn)壓電源電路圖Fig.2 AC voltage-stabilized power supply circuit

當(dāng)輸入電壓U準(zhǔn)in低于額定值UIN時，需要補償變壓器T1、T2、T3、T4中的一個或多個同時工作，并產(chǎn)生正極性電動勢以補償U準(zhǔn)in低于UIN的電壓差△U。假設(shè)補償△U僅需T1投入時，設(shè)U準(zhǔn)in極性為A→N，SVC控制保護裝置觸發(fā)S2、S9使其導(dǎo)通，電流通路為U→T1(上繞組)→S9→T1(下繞組)→S2→N。若U準(zhǔn)in反向時，電流通路沿上述通路反向流動。當(dāng)輸入電壓U準(zhǔn)in高于額定值UIN時，若需T1產(chǎn)生反極性電動勢以抵消△U，則可導(dǎo)通S1及S10。

當(dāng)△U值較大，需要T1、T2、T3同時投入時。若需對U準(zhǔn)in進行補償，則導(dǎo)通S2、S4、S6及S9；若需對U準(zhǔn)in進行抵消，則導(dǎo)通S1、S3、S5及S10。對于不同的△U值，根據(jù)SVC控制保護裝置的計算，可進行不同的導(dǎo)通組合，以達到穩(wěn)壓調(diào)節(jié)的目的。

主電路中Q1為交流電源輸入開關(guān)，Q2為交流電源輸出開關(guān)，Q3為維修開關(guān)。當(dāng)補償回路中補償變壓器或晶閘管發(fā)生故障時，可合上Q3開關(guān)并拉開Q1及Q2開關(guān)，此時交流電源可對負(fù)載進行臨時性的直接無調(diào)節(jié)供電，確保純水冷卻系統(tǒng)持續(xù)運行從而提高SVC系統(tǒng)的供電可靠性。

2 參數(shù)選擇

對于66 kV或35 kV設(shè)備，母線正常運行電壓應(yīng)保持在±5%范圍內(nèi)，最高不得超過±10%。以額定電壓為66±4×2.5%/0.4 kV的站用變壓器為例，設(shè)U1為變壓器一次繞組額定線電壓，U2為二次繞組額定線電壓，根據(jù)分接頭位置的不同其最大變比kmax以及最小變比kmin計算值如下：

按極限電壓計算，即在變比最小時用最大一次側(cè)電壓計算二次側(cè)最大值U2max，在變比最大時用最小一次側(cè)電壓計算二次側(cè)最小值U2min，其計算值如下：

將其二次繞組線電壓的最大最小值折算為相電壓時，即可得出正常運行情況下U準(zhǔn)in的范圍為：188.95≤U準(zhǔn)in≤282.3 V。當(dāng)設(shè)備為35 kV電壓等級時，其計算結(jié)果同上。

在設(shè)備的實際運行中，由于受到系統(tǒng)電壓的影響，對于500 kV主變壓器來說，其500 kV側(cè)電壓要求在±5%范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，而SVC系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)策略也以500 kV系統(tǒng)電壓作為調(diào)節(jié)目標(biāo)，所以66 kV側(cè)母線電壓一般都在±5%范圍內(nèi)波動。并且66 kV系統(tǒng)設(shè)備選取的最高運行電壓一般都為72.5 kV，一旦超過此值，設(shè)備將會因過壓而遭到嚴(yán)重的損壞。鑒于其他設(shè)備運行參數(shù)要求的影響，SVC系統(tǒng)無論是在進行靜態(tài)電壓調(diào)節(jié)還是動態(tài)電壓補償時，66 kV母線電壓都不會超過66×（1±10%）kV這一極限值。

綜上所述，交流穩(wěn)壓電源的輸入電壓范圍應(yīng)為188 V≤U準(zhǔn)in≤283 V。以220 V作為比較電壓的基準(zhǔn)值，設(shè)T1、T2、T3、T4補償變壓器的容量比為1∶2∶4∶8，T1的二次補償電壓為U T1，則其容量計算為：

在對補償變壓器的實際選取中，當(dāng)變比為整數(shù)時更易于選擇和接線。所以選取與計算值4.2 V最為16.92 V、33.85 V。通過S1~S10的不同通斷組合，可有±0 V、±4.23 V、±8.46 V、±12.69 V、±16.92 V、±21.15 V、±25.38 V、±29.61 V、±33.85 V、±38.08 V、±42.31 V、±46.54 V、±50.77 V、±55 V、±59.23 V、±63.46 V共計31檔調(diào)節(jié)電壓。對交流輸入電壓U準(zhǔn)in的最大最小值進行補償調(diào)節(jié)，可使交流輸出電壓U準(zhǔn)out的穩(wěn)壓精度達到220 V±1%。

為提高交流穩(wěn)壓電源電路的供電可靠性，進行采樣、計算及輸出的SVC控制保護裝置與大功率器件構(gòu)成的換向回路之間采用光耦隔離[1-3]。串聯(lián)補償回路使用帶變壓器及電流互感器雙重功能的鐵磁元件。換向回路中的S1~S10雙向晶閘管元件，耐壓值選擇應(yīng)大于1 000 V，電流比選擇從左至右為1∶2∶4∶8∶15。

3 控制策略

在設(shè)備的實際運行過程當(dāng)中，由于系統(tǒng)三相參數(shù)的差異，會導(dǎo)致交流電源輸入電壓三相并不平衡，在仿真過程中發(fā)現(xiàn)，若采用平均值法進行電壓調(diào)節(jié)，只有當(dāng)三相交流輸入電壓最大最小相差值小于U T1/2時，才能使各輸出電壓的差值小于U T1/2，并且輸出差值始終等于輸入差值。若采用分相比較法時，無論三相交流輸入電壓的差值為多少，都可以使各輸出電壓的差值小于U T1且穩(wěn)壓精度始終在220（1±1%）V范圍內(nèi)。因此，為簡化計算流程故采用分相比較法。

當(dāng)SVC控制保護裝置處于常態(tài)電壓調(diào)節(jié)模式（208 V≤U準(zhǔn)in≤237 V）時，考慮到必須同時保證相電壓和線電壓的輸出精度，采用中值比較法進行補償調(diào)節(jié)。即計算出兩檔之間的均值，當(dāng)輸入電壓在低檔與均值之間時采用低檔補償，當(dāng)輸入電壓在均值與高檔之間時采用高檔補償。如4.23 V、8.46 V 2檔的中值為6.345 V，當(dāng)4.23 V≤U準(zhǔn)in－220 V≤6.345 V時，對輸入電壓采用4.23 V檔進行補償；當(dāng)6.345 V

為避免輸出電壓變化導(dǎo)致?lián)Q向過程產(chǎn)生振蕩，裝置的采樣時刻應(yīng)適當(dāng)滯后于換向時刻，并將電壓越限確認(rèn)時間設(shè)定為60 s，基準(zhǔn)電壓的死區(qū)電壓設(shè)定為2.2 V，以確保電壓穩(wěn)定輸出。當(dāng)電網(wǎng)電壓變化造成輸入電壓波動需再次進行調(diào)節(jié)時，為減少換向回路頻繁動作的負(fù)擔(dān)，采用增量比較調(diào)節(jié)方式，即綜合原調(diào)壓檔級和新電壓采樣值，計算新調(diào)壓檔位級差，再從原狀態(tài)轉(zhuǎn)換成新狀態(tài)，以減少電壓的波動。若新檔級包含原檔級所需晶閘管，則直接觸發(fā)導(dǎo)通剩余的晶閘管，若不包含原檔級所需晶閘管，則同時觸發(fā)導(dǎo)通和關(guān)斷新舊晶閘管。

當(dāng)SVC系統(tǒng)在進行靜態(tài)無功調(diào)節(jié)或動態(tài)無功補償后，U準(zhǔn)in將小于208 V 或大于237 V時，SVC控制保護裝置進入預(yù)估電壓調(diào)節(jié)模式。裝置將對補償回路進行向上或向下調(diào)節(jié)一檔，以減少無功調(diào)節(jié)后對380 V站用電源電壓的沖擊。當(dāng)無功調(diào)節(jié)完畢后，裝置將輸出電壓采樣值與輸出電壓穩(wěn)壓范圍220（1±1%）V進行比較，若輸出電壓在此范圍之內(nèi)則不再進行補償調(diào)節(jié)；若在此范圍之外，則零延時進行二次電壓調(diào)節(jié)，直至達到穩(wěn)壓范圍。當(dāng)人工調(diào)節(jié)站用電檔位使輸入電壓重新回到208 V≤U準(zhǔn)in≤237 V范圍內(nèi)時，裝置恢復(fù)常態(tài)電壓調(diào)節(jié)模式。

穩(wěn)壓電源電路工作時，同一橋臂上的2支晶閘管不允許直通，否則將導(dǎo)致補償變壓器二次側(cè)開路，并串入高電壓而引發(fā)事故。在SVC控制保護裝置進行控制調(diào)節(jié)時，必須將同一橋臂上的晶閘管進行互鎖，確保其上至多只有一支晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)輸入電壓需要進行換向調(diào)節(jié)時，裝置將先閉鎖同一橋臂上處于導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管，再觸發(fā)另一支晶閘管，以確保2支晶閘管無論在何時都不可能直通。

4 結(jié)語

可進行常態(tài)調(diào)節(jié)和預(yù)估調(diào)節(jié)的串聯(lián)補償交流穩(wěn)壓電源裝置，通過參數(shù)的不同設(shè)定，不但適用于特殊的純水冷卻系統(tǒng)，也適用于常規(guī)的變壓器風(fēng)機冷卻系統(tǒng)，以及其他對380 V供電電壓有較高要求的輔助裝置。對于大功率的負(fù)荷設(shè)備，380 V站用電源應(yīng)選取供電容量大、電壓范圍寬的小車開關(guān)進行直供以達到與穩(wěn)壓裝置的良好配合效果。

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