串补可控串补讲义电科院武守远

1、串补,可控串补技术,串补技术原理,串补的实现形式,串联补偿技术国内外发展状况,国内工程介绍,串补在系统中的作用,串补,可控串补的实现：主设备、技术问,题,串补,Series Compensation,可控串补,Thyristor Controlled,Series Conpensation,串补装置技术原理,U,A,A,U,B,B,jX,jX,C,P,P,U,U,sin,A,B,A,B,X-X,C,串补技术,原理,串联补偿,是利用电容器组串联于交流输电线路中,用于补偿交流输电线路的电气距离,线路电抗,可控串补,是利用电力电子手段调节补偿度的串补串,补装置,串补技术原理,P,U,B,B,U,A,

2、A,P,LB,P,LA,P,GA,P,GB,P,P,P,GA,LA,P,P,P,GB,LB,H,A,H,B,串补调节输送功率,sin,B,A,C,B,A,X,X,U,U,P,改变沿线路的电压分布,U,L,提高线路输送功率能量,串补改变功率分布,P,2,P,1,U,B,B,U,A,A,P,LB,P,LA,P,GA,P,GB,P,P,P,GA,LA,P=P,P,1,2,P,P,P,GB,LB,H,A,H,B,控制环网中的潮流分布,降低网损,P,2,P,1,U,B,B,U,A,A,P,LB,P,LA,P,GA,P,GB,P,P,P,GA,LA,P=P,P,1,2,P,P,P,GB,LB,H,A,H,

3、B,串补,可控串补技术,串补技术原理,串补的实现形式,串联补偿技术国内外发展状况,国内工程介绍,串补在系统中的作用,串补,可控串补的实现：主设备、技术问,题,串补的实现形式,固定串补,FSC,开关投切的串联补偿,BSSC,晶闸管投切的串联补偿,TSSC,可控串补,TCSCS,开关投切的串联补偿,BSSC,Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC,iL,uC,xC,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1,2000,0,2000,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1,50,0

4、,50,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1,40,20,0,可控串补,TCSC,2,v,C,I,L,I,C,A,v,C,B,C,i,C,Thy,L,C,i = I,m,sin,t,i,L,晶闸管控制的串联补偿,TCSC,装置,1,TCSC,基本原理,iL,iV,uC,xC,0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1,0.12,0.14,0.16,0.18,0.2,2,0,2,0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1,0.12,0.14,0.16,0.18,0.2,5,0,5,0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1,0.1

5、2,0.14,0.16,0.18,0.2,50,0,50,0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1,0.12,0.14,0.16,0.18,0.2,40,20,0,串补,可控串补技术,串补技术原理,串补的实现形式,串联补偿技术国内外发展状况,国内工程介绍,串补在系统中的作用,串补,可控串补的实现：主设备、技术问,题,串联补偿技术国内外发展状况,串补技术是一种成熟的技术,90,年代中期，总安装容量已超过,90,000Mvar,应用覆盖,超,高压输电的各个电压等级,1991,年可控串补技术开始工程应用,串联补偿技术国内外发展状况,时间,地点或工程,电压等级,用途,意义,1928,美国，纽

6、约,33kV,串补度,100,均衡潮流,电力系统第一次用串补,1950,瑞典,Alftar,230kV,提高输送能力,230kV,第一次用串补,1954,瑞典,Hlavero,380kV,提高输送能力,400kV,第一次用串补,1968,美国，太平洋公司,500kV,改善系统稳定性,500kV,第一次用串补,1989,巴西，伊秦普,800kV,提高输送能力,800kV,第一次用串补,1991,美国,AEP,345kV,可控串补均衡潮流,第一次用可控串补,串联补偿技术国内外发展状况,国内,固定串补装置,在徐州附近的阳城串补,500kV,已投运,2000,年,河北境内的大房串补,500kV,已投运

7、,2001,年,南方电网：河池串补,可控串补装置,南方的苹果,500kV,可控串补工程,2003,年,6,月投入运行,国产化的一套可控串补装置：甘肃成碧,220kV,可控串补,2004,年,12,月投运,串补,可控串补技术,串补技术原理,串补的实现形式,串联补偿技术国内外发展状况,国内工程介绍,串补在系统中的作用,串补,可控串补的实现：主设备、技术问,题,国内工程介绍,中国电力科学研究院,武守远,阳城串补工程简介,阳城电厂装机容量,2100MW,送电距离,700,公里。远景装机,3300MW,采用,3-2-3,方案，串补度为,40,远景提,高到,70,。安置在三堡开关站,容量为,2,500Mv

8、ar,电容器,8,串,40,并,MOV,安装容量,50MJ,计算容量,26MJ,推荐容量,37MJ,东明,阳城电厂,2100MW,三堡,徐洲电网,华东主网,淮阴,262km,210km,256km,大房串补工程简介,华北大房,500kV,线输电距离,290,公里，目,前输电能力为双回线,1800MW,东北,华北联网后，大房线稳定水平降低,2030,万千瓦,采用串补度为,35,的串补后，可使大房双,回输电能力提高,40,多万千瓦,串补安置在线路中间，串联电容容量,2,375Mvar,4,串,20,并,MOV,容量,40MJ,大同电厂,290km,华北电网,2005,年南方电网接线示意图,图,1-

9、2 2005,年南方电网,500kV,网架示意图,来宾,岩滩,柳州,梧州,罗洞,江门,北郊,茂名,平果,天二,贵阳变,安顺一、二厂,兴义,马窝,罗平,鲁布革,黔东变,红果,盘县电厂,玉林,南宁,百色,天一,河池,安顺开关站,惠水,贺州,西电送出断面,广东受电断面,西樵,肇庆,天广可控串补工程,First TCSC project,可控串补,固定串补,天广可控串补工程,采用,35,常规串补和,5,可控串补,提高向广东电网的输电能力,16,24,万千,瓦，抑制低频振荡，防止,N,1,时线路过,载,常规串补容量,2,350Mvar,可控串补容,量,2,50Mvar,MOV,计算容量,27MJ,推,荐

10、值,30MJ,天广可控串补装置,甘肃碧成天可控串补,50,公里双回,110kV,线,j0.068,与变压器,j0.14,之和为,j0.208,140,公里,220kV,线,120,公里,330kV,线,加,220/330kV,变压器,碧口地区可以外送电力达,36,万千瓦以,上，线路稳定极限为,24,万千瓦,采用,50,的可控串补可以满足外送需,要，则汛期内可多送电量,4.21,亿千瓦,时。按平均电价,0.285,元折算，每年,可增加售电收入,1.2,亿元（含税,碧成可控串补装置示意,可控串补工程,奉节串补介绍,川渝电网与华中主干电网联网工程现有,2,回,500,千伏线路，该双回线路西起万县,5

11、00,千伏变电站,东至龙泉,500,千伏换流站，每回线路长度约为,360,千米,奉节,500,千伏串补站位于该双回线路距万县,500,千伏变电站约,130,公里处，串补站站址位于重庆,市万州区奉节县,奉节串补：容量,2,600MVAR,串补度,35,FSC,计划于,2006,年,6,月投入运行,奉节串补介绍,奉节串补站两端口系统等值图,三堡三回串补工程,将安装在从山西省阳城电厂到江苏省三堡变,电所的,500kV,输变电系统中,建设东明开关站到三堡变电所的第,3,回,500kV,线路长度约,267km,，同时在本线,路的三堡变电所侧装设,1,组容量为,529Mvar,补偿度为,41.4,的串补装

12、置,加装此组串补装置及输电线路后将提高系统,稳定水平和提高系统输送容量。将于,2006,年,6,月投运,三堡三回串补工程,三堡,徐洲电网,华东主网,淮阴,210km,256km,262km,三堡三回,东明,串补在系统中的作用,串补在系统中的作用,改善系统的稳定性,增加系统的输送能力,改善运行电压和无功平衡条件,降低网损,均衡潮流分布,经济性,可控串补的系统应用,在网型电网中，可控串补可用于控制线路潮流,改善系统稳态运行状况，降低网损,提高暂态稳定性，增加系统传输能力,改善系统无功平衡、提供电压支持,可控串补可用于阻尼系统两区域之间的低频振荡,0.2,2.0Hz,可控串补可用于消除,SSR,的风

13、险，使补偿度提高,可控串补在故障期间，通过晶闸管旁路可降低短路电流和,MOV,的能量定值,抑制线路不对称分量,可控串补与固定串补的比较,优点,在网型电网中，可控串补可用于控制线路潮流,优化系统运行方式、降低网损,利用短时过载能力，提高系统稳定性和传输能力,阻尼系统低频振荡,能够消除,SSR,的风险，使补偿度提高,可降低短路电流和,MOV,的能量定值,抑制线路不对称分量,缺点,技术复杂程度增加,造价高,可靠性稍低,串补,可控串补技术,串补技术原理,串补的实现形式,串联补偿技术国内外发展状况,国内工程介绍,串补在系统中的作用,串补,可控串补的实现：主设,备、技术问题,串补,可控串补工,程实现问题,

14、串补,可控串补工程,系统设计、串补装置的配合设计,订货技术规范书,整套供货,安装,指导安装,分设备试验,系统调试,系统试验,售后技术服务,系统试运行,装置运行,规划、可行分析、计划,接入系统分析、方案设计,招标订货,安装、调试,运行简单：给定投入,不投入命令,对于,TCSC,给定投入,不投入命令，是否投入可,控（可控的稳态工作点给定在额定提升倍数,安装,指导安装,串联补偿装置主设备,电容器,MOV,过电压保护,间隙保护,阻尼回路,隔离开关和断路器,监测、保护和控制系统,绝缘平台,隔离刀闸,C,D,G,1,S,1,R,C,电容器组,R,氧化锌避雷器保护,ZnO,D,阻尼回路,G1,间隙保护,S1

15、,旁路开关,TCSC,装置主设备,电容器,MOV,过电压保护,间隙保护,阻尼回路,隔离开关和断路器,监测、保护和控制系统,绝缘平台,可控串补晶闸管阀,水冷系统,TCSC,的运行特性,可控串补运行特性曲线,A,触发角限制,B,可控硅闭锁,C,电容器电压限制,D,可控硅全导通,E,触发角限制,F,谐波发热限制,G,可控硅电流限制,90,180,Firing Angle (deg.,I,m,p,e,d,a,n,c,e,o,h,m,s,容,抗,A,C,B,D,G,F,E,固定串补接线示意图,MOV,阻尼回路,线路,线路,保护间隙,模拟量采集,光纤接口,数控系统,继电器,站控室,地面控制柜,光纤绝缘子,

16、光缆,光缆,电缆,旁路开关,平台测量通讯模块,电容器,地面接,线箱,平台,电光转换,光纤接口,串补,可控串补主设备,电容器,电力电容器的基本结构,主设备,1,外熔丝电容器,内熔丝电容器,无熔丝电容器,电容器的过载能力,持续时间,过电流倍数,p.u,10,分钟,间隔,2,小时,1.50,30,分钟,间隔,6,小时,1.35,8,小时,间隔,12,小时,1.10,24,小时,1.00,固定串补电容器耐受过电流能力（国家标准和,IEC,标准,持续时间,工频电压倍数,p.u,15,周波,60Hz,2.6,60,周波,60Hz,2.2,15,秒,1.8,1,分钟,1.7,5,分钟,1.5,30,分钟,1

17、.35,固定串补电容器耐受工频过电压能力,IEEE,标准,碧成可控串补电容器组,主设备之,2,金属氧化物限压器,MOV,MOV,的容量（计算值，推荐值，采购值,取决于系统条件、保护水平、故障形式,满足电容器保护和系统运行要求（摇摆电流,区内故障和区外故障,设备关键技术,能耗高,均流问题,老化问题,限制主设备电容器两端的电压，保护电容器,可控串补,MOV,保护间隙,GAP,一般具备强制性触发功能,间隙动作,MOV,的能力和温度,电流变化梯度,电流,能够承受故障电流和电容器放电电流,触发时间一般大于,1,1.8ms,最小触发电压一般大于,1.7pu,用于快速旁路电容器，同,MOV,配合，构成串,补

18、电容在短路期间的过压保护,主设备之,3,串补主设备之,4,旁路开关,与一般开关不同，对分闸时间没有要求，合,闸时间一般不大于,50ms,开关断口电压低，对地绝缘高，操作机构要,改进,在闭合位置要有闭锁功能,能够承受电容器放电电流,使用维护,同常规断路器相同,阻尼回路,电抗型,电抗,电阻型,电抗,间隙串电阻型,电抗,MOV,串电阻型,主设备之,5,碧成,可控串,补,阻尼装,置,TCSC,控制系统,服务器2,LAN SWITCH,打印机,LAN SWITCH,站控工作站,1,服务器1,以太网,保护、控制、调节系统A,保护、控制、调节系统B,站控层,当地层,底控层,站控工作站2,阀控、水冷系统,当地

19、工作站A,当地工作站B,TFR工作站B,TFR,工作站A,RTU,串补设备之,6,串补,可控串补控制系统,控制系统,全数字高集成控制系统,控制和保护的结合,不同于传统的线路微机,保护,不同于传统的常规电力控制,FSC/TCSC,控制保护本身是装置的设备控,制保护，只针对设备本身,特定性,运行维护的技术要求高,平台测量部分,A,相线路电流一次CT,A,相电容电流一次CT,A,相不平衡电流一次CT,A,相,GAP,电流一次CT,A,相晶闸管电流一次CT,A,相,MOV1,电流一次CT,A,相,MOV2,电流一次CT,A,相平台电流一次CT,A,相电容电压的电阻分,压器,二次CT/电,流调理板,线性

20、光隔,电压调理板,A/D转换,部分,数据采集板,中央处理,部分,电光转换,部分,光电转换,部分,SPI数据端,SPI时钟端,同步采样脉冲,光信号,中继,光纤绝缘子,取能CT,储能电源部分,整流/滤波/保,护/稳压,至电光、光电转换部分/3.3V,至中央处理部分/3.3V,至AD转换部分/5V,5V,5V,A相高压平台,光纤,激光送能,串补设备之,7,超高压输电系统平台上测量和数据,采集系统设计要求,超低功耗：为了避免与地面装置的电磁耦合，超,高压平台测量和数据采集装置得工作能源不能直,接通过地面控制电源供给，而是一般采用一次取,能或者非电磁形式送能。为了减少对工作电源能,量的需求，要求设计的数

21、据采集装置具有极低功,耗,强抗干扰能力：超高压输电系统平台上的大电流,高场强会对模数转换过程和数据通讯造成极大的,干扰，这要求设计的数据采集装置具有极强的抗,干扰能力,宽模拟量测量范围，以适应各种工况,6,可控串补主设备可控硅阀体,通过导通角控,制，调节串补,的等值阻抗,有串联高电压,大功率晶闸管,组成,水,冷,母,管,R,DC,TE板,HS,ETT,R,DC,可控串补工程,晶闸管阀体,7,可控串补主设备,可控硅冷却系统,用,于,冷,却,大,功,率,晶,闸,管,阀,体,串补,可控串补的几个,技术话题,1, TCSC,的谐波问题,稳态运行时,TCSC,对系统波形畸变率的,影响很小，在工程允许范围

22、内,工况调整过程中,TCSC,线路电流、电压,谐波畸变率不超过工程允许范围,成碧线可控串补谐波测试结果,可控串补装置投入，谐波没有很大变化，不会影响系统,正常运行,串补带电试验谐波电流以,5,次为主，为,4.11A,其他为,7,次,3.49A,9,次,3.15A,TCSC,与,FSC,切换试验谐波电流以,7,次为主，为,4.16A,其它为,5,次,3.54A,9,次,3.75A,可控串补容抗调节谐波电流以,7,次为主，为,4.83A,其它为,5,次,2.46A,9,次,3.88A,可控串补持续高容抗试验谐波电流以,7,次为主，为,4.27A,其它为,5,次,2.69A,9,次,4.13A,未投

23、串补时线路的谐波电流以,7,次为主,3.26,为,A,其它为,5,次,2.43A,9,次,2.36A,2,串补对继电保护的影响及对策,由于在发生短路故障时，串补线路直流,分量衰减变慢；线路保护动作速度一般,小于,30ms,可能引起某些保护（如距离,保护段）超越。对于基于波形比相原,理的模拟式保护，需采取必要的滤波措,施或缩小段的保护范围；对于微机型,保护，受其影响与算法有关，易于在算,法上采取措施，一般影响不大,串补对继电保护的影响及对策,串补线路故障引起距离保护缩范围,措施有,采用分相电流差动原理的保护,采用功率方向纵联或（方向）距离纵联保护,在可控串补装置侧加设特殊的故障方向判别元件,使相

24、关保护（如本侧距离保护）的保护范围延长,采用微机保护，并要求在投运前通过动态模拟试验,可控串补装置外（靠线路侧）和母线上必须同时装,设电压互感器,A,B,60,80,80,B,A,60,80,X,l,X,c,80,串补对继电保护的影响及对策,研究和仿真计算表明，正常运行工况下，可控,串补产生的谐波只在可控串补内部流动，而外,部电压和电流波形均有良好的对称性，对继电,保护装置基本没有影响；当发生短路故障后,可控串补产生的谐波情况要复杂一些，并且与,补偿电容是否旁路有关，分析表明由其引起的,外部谐波的增加仍然是有限的，对继电保护装,置的动作特性不会造成大的影响。为了改善测,量元件的精度，继电保护应

25、提高其对输入信号,的滤波能力，并应经动模试验检验,3,断路器断口恢复电压问题,在串补线路故障跳闸后，恢复电压上将叠加电,容器的残压，若串补电容未被旁路，恢复电压,会有所提高,如果断路器断口恢复电压峰值可能超过,IEC,标,准（根据系统操作过电压计算结果）。解决的,方法之一是在串补线路内部发生故障时由线路,两侧保护向串补装置发出控制命令将保护间隙,击穿并投入旁路，使串补电容迅速放电。为此,要为保护发出命令提供远程通信通道,4,潜供电流问题,当线路上有串补时，在单相接地过程中，若旁,路断路器和火花间隙均没有动作，则电容器残,余电荷就可能通过短路点及高抗等组成的回路,放电，从而提高了潜供电流暂态分量

26、的幅值,由于其衰减较慢，有可能影响潜供电流的自灭,对单相重合闸不利（由系统计算确定,一般情况下，这个潜供电流的影响并不大，无,需采取措施。若计算结果表明不满足目前单相,重合闸时间的要求，则应将单相重合闸间隔时,间适当增大或者强制触发间隙,无串补,有串补,潜,供,电,流,有串补，主动旁路,SSR,机理,感应发电机效应,机电扭振互作用,暂态力矩放大作用,5,扭转相互作用造成次同步谐振,当电网的自振频率和汽轮发电机轴系的,扭转固有频率互补，便可能激起次同步,谐振,转子振荡所感应的很小的电压会产生很,大的次同步电流，这一电流又会造成转,子力矩的振荡分量，从而加大转子振荡,当这一力矩大于机械阻尼，机电系

27、统便,会谐振,扭转相互作用造成次同步谐振,次同步谐振的条件是串联补偿的汽轮发,电机定子电路的自振频率接近于和轴系,扭转振荡的某一个固有频率互补，造成,电气和机械系统之间强烈的耦合作用,次同步谐振的后果是非常严重的。一旦,形成扭转振荡，轴系可以受损害，甚至,于断裂，或者造成轴系疲劳寿命的消耗,影响轴系安全,SSR,的,IEEE,第一标准模型简图,X,T,R,L,X,L,X,C,X,S,Generator,Infinite Bus,HP,LPA,EXC,GEN,LPB,IP,Turbine,v,C,SSR,的分析方法,频域分析法,频率扫描法,复转矩系数法,特征值分析法,时域分析法,EMTP,频率扫

28、描方法,TCSC,抑制,SSR,的触发算法试验研究,SSR,的防止措施和对策,滤波和阻尼,发电机方面的改进,串联电容器的控制,继电保护及检测设备,系统的切合和切机,串补,可控串补的工程实现,可控串补,安装调试简介,串补站现场安装工作量,支架、平台安装,可控串补成套装置安装调试,交流场配电装置安装调试,水冷系统安装调试,交直流系统安装调试,站控及保护安装调试,线路改接等,施工阶段,基础施工,电气设备安装,装置调试,装置接入,系统调试,现,场,施,工,流,程,图,杆塔、平台基础及设备支架复测,主,接,地,网,施,工,施,工,准,备,串补平台,支柱绝,缘子安,装,配,电,装,置,管,母,安,装,交,

29、直,流,系,统,安,装,调,试,串,补,平,台,安,装,调,整,配电装置隔离开关,及独立设备安装调试,二、三、四次设备安装,及,单,元,件,调,试,串,补,一,次,设,备,安,装,调,试,电,缆,敷,设,及,二,次,接,线,屋,外,照,明,安,装,站控及可控硅冷却系统调试,灾,报,警,系,统,安,装,调,试,杆塔组立,及线路,改接施,工,系,统,调,试,竣,工,验,收,保护、远动及通信系统调试,图,象,监,视,系,统,安,装,调,试,S,F,6,断,路,器,安,装,调,试,电,容,式,电,压,互,感,器,搬,迁,系统试验内容,碧成线串补平台带电试验,碧成线串补带电试验（空载,带串补投切空载碧成线路试验,碧成线串补带电试验（正常负载，合环,TC