李 晨，谷小博，楊 智，毛航銀

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

舟山多端柔性直流輸電示范工程零起升壓方案研究

李 晨，谷小博，楊 智，毛航銀

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

柔性直流輸電是新一代的直流輸電技術(shù)，對海島電網(wǎng)的發(fā)展有著重要的意義。因受海島電網(wǎng)的特點(diǎn)所限，無法使用常規(guī)方式對聯(lián)結(jié)變等柔性直流輸電設(shè)備進(jìn)行零起升壓，需要研究一種新的試驗(yàn)方式。通過對比各種傳統(tǒng)試驗(yàn)方式的優(yōu)劣后，提出了一種適于海島電網(wǎng)的零起升壓方案，并對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了核算，實(shí)踐證明新的零起升壓方案能夠很好地結(jié)合海島特有的情況，取得了較好的試驗(yàn)效果。

柔性直流；聯(lián)結(jié)變；零起升壓；方式

0 引言

作為新一代輸電技術(shù)，柔性直流輸電能較好地解決各類電源接入電網(wǎng)的問題，提高了輸電可靠性，對海島電網(wǎng)的發(fā)展具有重大意義[1-3]。浙江舟山多端柔性直流輸電示范工程，是世界首個(gè)五端供電的柔性直流輸電系統(tǒng)。它的啟動(dòng)和投產(chǎn)不但促進(jìn)了海洋經(jīng)濟(jì)建設(shè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，還具有良好的科技示范效應(yīng)。

對換流站系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行零起升壓試驗(yàn)是系統(tǒng)啟動(dòng)的重要環(huán)節(jié)，是系統(tǒng)啟動(dòng)的充分條件，是判斷被試設(shè)備經(jīng)過運(yùn)輸和安裝后絕緣狀態(tài)的手段之一，能有效地驗(yàn)證系統(tǒng)接線狀態(tài)是否正確，更可以消除變壓器鐵心內(nèi)剩磁，是控制變壓器啟動(dòng)中暫態(tài)勵(lì)磁涌流有效方法。由于海島電網(wǎng)有其自身特點(diǎn)，傳統(tǒng)零起升壓方式不能滿足啟動(dòng)要求，因此提出了一種適于海島電網(wǎng)的零起升壓方案，并首次對洋山換流站連同其交流送出配套工程的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了零起升壓試驗(yàn)。

1 多端直流系統(tǒng)概況

舟山多端柔性直流輸電示范工程新建定海換流站（舟山本島）、岱山換流站（岱山島）、衢山換流站（衢山島）、洋山換流站（洋山島）、泗礁換流站（泗礁島）共計(jì)5座±200 kV換流站，換流站直流額定容量分別為400 MW，300 MW，100 MW，100 MW，100 MW。

其五端柔性直流輸電采用并聯(lián)放射型網(wǎng)絡(luò)。新建 4回±200 kV柔性直流輸電線路，包括定?！飞?回，輸送容量400 MW；岱山—衢山1回，輸送容量100 MW；岱山—洋山1回，輸送容量200 MW；洋山—泗礁1回，輸送容量100 MW。定海及岱山換流站網(wǎng)側(cè)接入交流220 kV系統(tǒng)，衢山、洋山及嵊泗換流站網(wǎng)側(cè)接入交流110 kV系統(tǒng)[4]，直流線路如圖1所示。

要求對洋山換流站設(shè)備進(jìn)行零起升壓。洋山換流站聯(lián)結(jié)變壓器（簡稱聯(lián)結(jié)變）采用三相一體，三繞組結(jié)構(gòu)，閥側(cè)額定電壓205 kV，網(wǎng)側(cè)額定電壓115 kV，投運(yùn)后網(wǎng)側(cè)接入110 kV沈家灣變電所，距洋山換流站約0.5 km，110 kV出線為電纜。

圖1 五端直流輸電線路

2 零起升壓試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方式及試驗(yàn)范圍

零起升壓試驗(yàn)方式的不同主要體現(xiàn)在試驗(yàn)電源和加壓方式的不同，以往現(xiàn)場調(diào)試中常用的試驗(yàn)方式有[5-7]：

（1）使用發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組作為試驗(yàn)電源通過系統(tǒng)連接至被試變壓器，在遠(yuǎn)方加壓進(jìn)行試驗(yàn)。

（2）使用可運(yùn)輸?shù)恼{(diào)壓器—變壓器組接用所在變電站的所用電系統(tǒng)作為電源，在就地加壓進(jìn)行試驗(yàn)。

2種方式的比較如表1所示。

表1 常用零起升壓方式的對比

洋山島電網(wǎng)原為孤島電網(wǎng)，島上主要電源僅有2臺5 000 kW柴油發(fā)電機(jī)組。若要采用系統(tǒng)電源作為試驗(yàn)電源，則有且只有柴油發(fā)電機(jī)組可選擇。該容量柴油發(fā)電機(jī)組的無功進(jìn)相能力差，難以完全吸收試驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)線路產(chǎn)生的大量容性無功，且調(diào)壓過程中的諧波較大，不利于監(jiān)測零起升壓過程中電壓、電流和功率等技術(shù)參數(shù)。

若就地使用運(yùn)輸?shù)恼{(diào)壓器—變壓器組作為試驗(yàn)電源，雖可以滿足試驗(yàn)容量和電源品質(zhì)的需要，但換流站站用電系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)容量較小，容量無法達(dá)到試驗(yàn)要求。

綜合上述2種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，在制定試驗(yàn)方案過程中提出了一種適于海島電網(wǎng)的零起升壓方案：將調(diào)壓器—變壓器組布置在換流站對側(cè)的110 kV沈家灣變電站，通過其主變壓器（簡稱主變）再次升壓，最后經(jīng)過沈家灣變電站110 kV出線加壓至聯(lián)結(jié)變網(wǎng)側(cè)，進(jìn)行零起升壓試驗(yàn)。這樣最大程度上保證了試驗(yàn)電源的安全性，搭建試驗(yàn)平臺相對便捷，還達(dá)到了對試驗(yàn)范圍內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行零起升壓考核的目的。

零起升壓系統(tǒng)的范圍將不僅限于換流站內(nèi)的設(shè)備，還包括洋山換流站網(wǎng)側(cè)即將接入的110 kV沈家灣變電站內(nèi)1臺110 kV主變、兩站之間一段長約0.45 km的110 kV陸地電纜和相關(guān)間隔的電壓互感器、電流互感器、母線及避雷器等設(shè)備。試驗(yàn)范圍示意如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)范圍示意

2.2 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算

根據(jù)圖2所示，試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)其他相關(guān)設(shè)備主要參數(shù)如表2所列。參考現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際情況，其系統(tǒng)接線原理如圖3所示。結(jié)合變壓器等效電氣模型，可推得試驗(yàn)系統(tǒng)電氣原理圖，如圖4所示。

圖4中R1與X1和R2與X2分別是沈家灣主變37 kV與110 kV側(cè)（折算到37 kV）繞組的阻抗，X10為其勵(lì)磁阻抗。R3與X3和R4與X4分別是聯(lián)結(jié)變壓器110 kV和208 kV（折算到110 kV）繞組的阻抗，X20為其勵(lì)磁阻抗。C1為高壓電纜對地電容，C2為其他所有一次設(shè)備的對地電容。

考慮聯(lián)結(jié)變?yōu)榭蛰d狀態(tài)，因此流經(jīng)R3，X3，X20的電流約為該臺變壓器的空載電流，根據(jù)表1可得其額定電壓下110 kV側(cè)（網(wǎng)側(cè)）的空載電流I20為：

式中：S為聯(lián)結(jié)變?nèi)萘?；U2n為變壓器相對地額定電壓；I20%為變壓器空載電流百分比。

表2 相關(guān)設(shè)備主要參數(shù)

圖3 零起升壓試驗(yàn)接線

圖4 系統(tǒng)電氣原理

由于C2?C1，Ic2可忽略不計(jì)，而流經(jīng)C1的電流Ic1為：

式中：f為系統(tǒng)頻率，50 Hz。

I20與Ic1分別為感性和容性，推知試驗(yàn)時(shí)沈家灣主變負(fù)荷呈容性，等效電氣原理如圖5所示。110 kV側(cè)容性電流Ict為：

根據(jù)表3可進(jìn)一步折算沈家灣主變37 kV側(cè)的容性電流為4.225 A。

同理，流經(jīng)R2，X2，X10的電流約為該臺變壓器的空載電流，根據(jù)表3可得其額定電壓下37 kV側(cè)的空載電流I10為0.936 A。因此試驗(yàn)系統(tǒng)在100%額定電壓下的電流呈容性，大小預(yù)計(jì)在3.3 A以上。

由此可計(jì)算得到試驗(yàn)系統(tǒng)所需無功容量Q為：

試驗(yàn)系統(tǒng)有功損耗主要包括2臺變壓器和電壓互感器的空載損耗，電壓互感器空載損耗很小可以忽略，因此系統(tǒng)有功損耗是2臺變壓器空載損耗P為126.6 kW。

最后得到系統(tǒng)需要的總?cè)萘縎為：

圖5 主變等效電路

3 現(xiàn)場試驗(yàn)情況

為確保容升效應(yīng)不影響系統(tǒng)安全，電壓以洋山站聯(lián)結(jié)變110 kV側(cè)的電壓互感器二次電壓為準(zhǔn)，沈家灣站37 kV及110 kV側(cè)的相關(guān)電壓互感器進(jìn)行輔助驗(yàn)證，同時(shí)在沈家灣站37 kV側(cè)對系統(tǒng)無功電流及容量進(jìn)行監(jiān)視。在聯(lián)結(jié)變110 kV側(cè)，其對應(yīng)的電壓值約為0.6 p.u.，0.7 p.u.，0.8 p.u.，0.9 p.u.和1.0 p.u.（p.u.為聯(lián)結(jié)變網(wǎng)側(cè)電壓的標(biāo)幺值）時(shí)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)如表3。

線路首端與末端電壓變化如圖6所示。

表3 升壓試驗(yàn)值

圖6 線路首端與末端電壓變化

對比試驗(yàn)參數(shù)的估計(jì)值和實(shí)測值發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)視在容量計(jì)算值和實(shí)測值偏差為1.5%，系統(tǒng)有功損耗偏差約12%，均比較接近，說明使用該方式對換流站設(shè)備進(jìn)行零起升壓是可行有效的。與此同時(shí)，通過上述分析得出，在系統(tǒng)電壓較低的情況下，試驗(yàn)系統(tǒng)負(fù)荷較小，因此在較低電壓下電纜末端電壓抬升約2.7%，存在容升現(xiàn)象；而隨著電壓繼續(xù)增加，系統(tǒng)負(fù)荷增長，容升現(xiàn)象越來越小，直至達(dá)到最高電壓時(shí)，電纜末端電壓較首端下降了約1.7%?？傮w上，在零起升壓期間，電纜首末端電壓波動(dòng)不大，對整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的影響微乎其微。

4 結(jié)語

對舟山多端柔性直流輸電示范工程進(jìn)行的零起升壓試驗(yàn)在國內(nèi)尚屬首次開展。根據(jù)工程實(shí)際狀況，提出了零起升壓試驗(yàn)方案。工程實(shí)踐證明這種新的零起升壓試驗(yàn)方式方便、靈活，能夠較好地適應(yīng)海島電網(wǎng)的特點(diǎn)，設(shè)備相關(guān)參數(shù)完全滿足需要，為今后類似的工程調(diào)試提供了借鑒。

[1]LAMONT L A.Fast VSC transmission control[C]//PES Power System Conference and Exposition，IEEE.2004.

[2]翁利民.工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)及其抑制[J].電器工業(yè)，2003（7）∶38-41.

[3]韓民曉，文俊，徐永海.高壓直流輸電原理與運(yùn)行[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[4]國網(wǎng)浙江省電力公司.浙江舟山多端柔性直流輸電示范工程建設(shè)管理綱要[G].2013.

[5]吳錦華，谷小博.500 kV變電所零起升壓試驗(yàn)方法的研究應(yīng)用[J].變壓器，2005，42（2）∶5-10.

[6]王曉剛，李儒，蟻松.大型電力變壓器空載試驗(yàn)電源問題淺探[J].變壓器，2003，40（6）∶29-31.

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（本文編輯：楊 勇）

Study of Raising Voltage from Zero for Zhoushan Flexible DC Power Transmission Pilot Project

LI Chen，GU Xiaobo，YANG Zhi，MAO Hangyin
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310004，China）

HVDC（high-voltage direct current）Flexible system is the latest technology for DC power transmission，which is also meaningful for the development of offshore power grid.With the limitations of the offshore power grid，it is obstacle for the regular solutions to commencing raising voltage from zero（RVFZ）under insular conditions.Therefore a novel solution is introduced after comparing the advantages and disadvantages of the existing RVFZ solutions，and relevant parameters are calculated and determined.It is finally proved the new solution can well combine special condition of islands，which achieves favorable test results.

flexible DC；linking transformer；raising voltage from zero;mode

TM866

B

1007-1881（2015）07-0016-04

2015-01-12

李 晨（1986），男，工程師，從事變壓器高壓試驗(yàn)及研究工作。