輸電線路除冰機器人除冰機構(gòu)設(shè)計
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附錄1
魁北克水電公司高壓電網(wǎng)Levis變電站的融冰裝置
Serge Jourden
(阿?，m榆配電(中國)公司電力電子一高壓直流和柔性輸電，北京100020)
文摘:魁北克水電公司Levis變電站的融冰裝置是一項獨特的研發(fā)成果。設(shè)計成可對輸電網(wǎng)提供兩種截然不同的功能。在一種運行模式下，它是一臺高壓直流輸電整流器，給從這個變電站引出的735 kv和315 kV線路提供高達7200A的直流電以融掉這些線路上的覆冰。該融冰裝置產(chǎn)生的±17．4 kV直流電壓可在輸電線路不同相之間通過線路開關(guān)依次切換。畢竟冰暴是偶發(fā)事件，這套裝置在其余大部分時間內(nèi)將以另一種模式，即配置成為一臺靜止無功補償器運行．給735 kv輸電線路提供+250 Mvar／-125 Mvar的動態(tài)無功支持。實現(xiàn)這兩種模式轉(zhuǎn)換所需的時間不到1小時。
關(guān)鍵詞：高壓直流輸電；柔性交流輸電系統(tǒng)；靜止無功補償器；晶閘管控制電抗器；晶閘管投切電容器：冰暴
1998年1月，魁北克電網(wǎng)遭受異常大和持久的暴風(fēng)雪襲擊，相對于這種極端天氣事件造成如此程度的破壞，證明了輸電線路的脆弱性，為了持續(xù)性供電，魁北克公司決定提高位于結(jié)冰區(qū)域的變電站的輸送線路的安全，以確保至少有一輸送路線。
電力裝置要求能在735KV的線路上提供高電流，從而達到融冰的溫度。不同的數(shù)據(jù)顯示，Levis變電站所處的輸電線路是展開首次融冰試驗的最佳地點。因為連接Levis和Riviere-du-loup兩個變電站的564km的線路上有4條735kv的中心網(wǎng)絡(luò)和1條315kv雙回路可以用這種裝置除冰。
這是一個非常靈活的電力裝置，可作為高壓直流電融冰的靜止無功補償器成為了可能。除了大部分時間提供額外動態(tài)補償?shù)纳⒀b系統(tǒng)外，這中操作模式還有助于保持設(shè)備的有效性，從而確保其在有效的電動補償?shù)囊材芮械度诒哪Ｊ?。在范圍?50 Mvar到-125 Mvar的功率補償裝置將允許轉(zhuǎn)換能力提高到通路的300Mv.但是，魁北克水電公司所要求的這種裝置現(xiàn)在在市面上還買不到而且有待研究。
1 技術(shù)解決方案
在融冰裝置趨近于主要設(shè)計參數(shù)的確定融冰裝置是除冰能力。換句話說,交流電壓的轉(zhuǎn)換器是由直流電壓時的最大的無功功率需求是由相同的方式運作。融冰裝置轉(zhuǎn)換器需交付7200直流電壓的最大±1740千伏直流給予的支持率為250兆瓦的環(huán)境溫度低于- 5℃,10%的連續(xù)負載電流(一)和7920除某些線,一個臨時過壓±20.8千伏直流是必需的。
設(shè)備由兩個轉(zhuǎn)換器和直流邊并聯(lián)在一起。這樣的額定電流變換器3600直流變流器及兩者連接在43千伏有效值的交流,后者學(xué)報連接轉(zhuǎn)換器,以前有一個繞組的系統(tǒng),在43千伏轉(zhuǎn)換器是連接在6脈沖配置。在短暫的融冰線,在低電壓轉(zhuǎn)換器運營,他們一起工作,所以不尋常的發(fā)射角度共計330 Mvar反應(yīng)的支持已經(jīng)被提供滿足系統(tǒng)的無功功率范圍
指定的動態(tài)范圍為靜止無功補償器是+225Mvar /-115Mvar結(jié)果在標(biāo)稱對象310千伏特的電壓融冰裝置。利用作為一個靜止無功補償器可以在一個號碼的方式解釋,在常規(guī)操作,轉(zhuǎn)換器是一個背靠背的配置或短暫吸收一些無功功率產(chǎn)生的諧波過濾器,這導(dǎo)致高虧損,因為轉(zhuǎn)換器是運行于發(fā)射角度給予高損耗和電路可以包括直流電抗器,增加了損失。
自從資金的損失為代表的范圍±75 Mvar相當(dāng)比例的總成本,一種全新的方式配置融冰電路作為一個靜止無功補償器孕育。部分的轉(zhuǎn)換器閥放置作為一個單元,通過連接兩個模塊的每一階段的四個在轉(zhuǎn)爐的逆平行結(jié)構(gòu),剩下的一半給雙向條件的轉(zhuǎn)換器是外部阻塞和接地端和第二轉(zhuǎn)換器的閥門。晶閘管控制電抗器斷開連接在一起,兩臺交流——反應(yīng)堆來形成一個單元,這是連接到一個20千伏特的母線。這是母線從三繞組變壓器下來。
減少設(shè)備總輸出無功功率. 靜止無功補償器的過濾器是由43kV公共除冰裝置.到20千伏特的汽車在靜止無功補償器模式。一些無功功率的支持對于模式的20kV總線連接的占有率。因此,在經(jīng)營范圍內(nèi)的損失是評價(靜止無功補償器)來減少晶閘管投切電容器被識別。
在融冰裝置中，轉(zhuǎn)換器和諧波過濾器是連接到43千伏總線和晶閘管投切電容器是連接到20個主要設(shè)備。在靜止無功補償器模式。一個諧波過濾器被連接到20千伏特的總線與變頻器在配置從一個模式則痛到另一個是由操作一系列切斷與自動控制,兩者在交流和直流后者允許這個過程要說明一小時,然而,只有幾分鐘的路程。
圖1 單線除冰簡圖
圖1顯示單一線圖表,減少無功功率電路產(chǎn)生的濾波器在靜止無功補償器模式之一,諧波濾波器高通連接轉(zhuǎn)換器總線.這些總線連接到43千伏公共融冰模式。所以濾波器,并在55Mvar 產(chǎn)生靜止無功補償器趨近于連接轉(zhuǎn)換器20千伏特的總線時,產(chǎn)生l2Mvar.在過濾的其他高通濾波連接到43千伏總線通過斷開,以致于靜止無功補償器模式是斷開連接。它是在融冰模式中.兩個切斷電路產(chǎn)生的變形和識別閥門的閥之間聯(lián)系的兩個不同的交流耦合反應(yīng)器中趨近于第二階段(靜止無功補償器轉(zhuǎn)換器是斷開的模式中。(靜止無功補償器)
2設(shè)計研究
在此過程中,大量的研究進行了探討,主要類別下面。它應(yīng)該注意的是,不尋常的是,研究必須重復(fù)涵蓋了兩種模式,即靜止無功補償器模式和融冰裝置模式,并指定的性能要求,已經(jīng)成為了兩模式。
2.1主計劃參數(shù)
兩組進行的研究,確定了項目的主要參數(shù)的形成融冰裝置.在一些案例中,兩種不同的級別被分配到相同的設(shè)備,使兩種環(huán)境溫度較高的最大值(+ 40℃)靜止無功補償器的方式比融冰裝置模式(+ 10℃)或在融冰裝置測試模式(+ 30℃)、AC耦合反應(yīng)堆被用作識別核反應(yīng)堆,所以他們的額定電壓靜止無功補償器模式必須既適用于模式。
2.3諧波濾波性能和評級
所產(chǎn)生的諧波電流變換器在融冰裝置模式是大于靜止無功補償器模式,這樣AC諧波過濾器必須滿足性能為最壞的情況下,結(jié)合當(dāng)代存在諧波的系統(tǒng)必須滿足直流諧波濾波器的性能,在不同的配置l3迥異的線路長度和阻抗。在一些病例中,融冰路線是在相同的走廊線在正常刷卡所以60赫茲感應(yīng)管委會接痕入直流電纜不得不考慮設(shè)計的直流濾波器
2.4絕緣配合
一個絕緣研究來確定絕緣的間隙和（材料、金屬等的）蠕變整個融冰裝置.為了迎合結(jié)冰條件、戶外設(shè)備應(yīng)用以增強BIL.指定和電氣間隙和爬電相配。
2.5的動態(tài)性能
大量的研究進行了檢查有配偶的變化對步目標(biāo)(靜止無功補償器)電壓為一系列系統(tǒng)短路水平,保證指定的反應(yīng)速度是其特征算法進行檢查,確保正確的斜坡是達到了5千1路總線,與電壓測量的行為的私立千伏總線控制進行了欠電壓和過電壓。在融冰模式控制回路穩(wěn)定性檢查以及開關(guān),在正確的直流等級。晶閘管投切電容器
在缺乏偏差的操作要點超越極限,穩(wěn)定狀態(tài)的準(zhǔn)確性,所有I/ O.沒有冗余控制(轉(zhuǎn)換斷層活動),并沒有被控制系統(tǒng)設(shè)備被報道在電子干擾的環(huán)境測試。除了按照IEC的調(diào)查結(jié)果證實了對控制操作并不發(fā)生。沒有控制失敗是允許由于熱應(yīng)力或潮濕的環(huán)境中靜態(tài)和動態(tài)性能進行了驗證第一個發(fā)展隔間連接到一個實時模擬位于廠商進行控制系統(tǒng)執(zhí)行同樣的程序代碼作為真正控制系統(tǒng)/融冰裝置(靜止無功補償器)安裝包括識別和暗影/ 融冰裝置發(fā)射脈沖單位、2額外的硬件和軟件來模擬輸入所需的植物和模擬分站系統(tǒng)總線開關(guān)監(jiān)測。靜態(tài)和動態(tài)測試計劃包含下列事項:
1)靜態(tài)試驗
?順序控制與UCD
?融冰裝置?控制
控制回路
融冰特性(電壓、權(quán)力和電阻)。
萊恩轉(zhuǎn)換
?控制平穩(wěn),
VI曲線和無功電壓控制
功率控制
開環(huán)控制
萊恩轉(zhuǎn)換
特殊的控制功能(得到主管,電流限制器等)。
?諧波性能
?閥門的數(shù)據(jù)
?控制系統(tǒng)正常運作的缺點
?AC保護
?直流保護
2)動態(tài)試驗
?靜止無功補償器模式:小型和大型干擾
階躍響應(yīng)
融冰模式:在高階躍響應(yīng)和低電流
在融冰裝置?故障模式
?1階段。雙相及三個階段故障在靜止無功補償器模式
?響應(yīng)頻率變化在靜止無功補償器模式
?穩(wěn)定裕
加拿大魁北克水電局研究院決定購買額外的測試,便于控制復(fù)制品進行模擬整個針對并行接收信號碼功率控制柜(如圖所示),選用含有的融冰裝置控制系統(tǒng)的一個弄的處理平臺,執(zhí)行相同的程序代碼作為真正靜止無功補償器 / 融冰裝置控制系統(tǒng)。
圖2 控制柜
提供額外的硬件和軟件來模擬輸入所需的植物,特別是系統(tǒng)總線現(xiàn)場維修用開關(guān)監(jiān)測。簡化為基礎(chǔ)電子(VBE的值處于閥門提供接口)系統(tǒng)的模擬TSC.和接口來模擬細胞/ 融冰裝置閥門。因為沒有數(shù)據(jù)流驗證是可能的,TCR.恒定的“閥門可以準(zhǔn)備信號提供應(yīng)用軟件。然而數(shù)據(jù)的“安全”和“閥門開始復(fù)蘇”進行了實證分析。
最后確認的愛爾蘭國立大學(xué)開發(fā)的魁北克電力于是在工廠試驗和愛爾蘭國立大學(xué)是復(fù)制品通過DNP3相連。
這些單位,座落在魁北克電力的研究所(IREQ),驗證的驗收測試程序和最后的保險,程序是安全的,而且可以適當(dāng)?shù)膹?fù)制品。和愛爾蘭國立大學(xué)將作為培訓(xùn)工具為外地技術(shù)員和操作員或確認任何控制的變化,需要經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試。
任何增強,控制或改變控制策略的改進和發(fā)展做出必要的工廠測試后都要后調(diào)試驗證之前的復(fù)制品,最終實現(xiàn)在真正的控制系統(tǒng),比如額外的保護的融冰裝置一直被認為是為工廠測試后的影響線故障傳輸線。目前,依賴于這個位置的改變線斷層直流電阻線將detected.然后報警將會為新的保護酯,這些缺點以及其他錯誤。它是一種工具,可在調(diào)試期間來驗證額外的案例和其他意外發(fā)生時可能出現(xiàn)的
控制連接加拿大魁北克水電局研究院復(fù)制品的實時模擬(HYPERSIM),有的標(biāo)準(zhǔn)故障情況進行了比較在工廠,以保證正常的實施。HYPERSIM模型的網(wǎng)絡(luò)元素是用Matlab實現(xiàn)模型,驗證了模型也證明了Matlab對比較有用的動力學(xué)行為。最終成為一個整體,這個安裝提供了機會去確認重要的測試用例在兩個不同的模擬平臺
2.7控制和驗證的復(fù)制品,在融冰特定的測試方式尤其抽出調(diào)試測試計劃和準(zhǔn)備進行調(diào)試。
1).打開電路測試模式,該模式為第一次加壓,往往再次修訂的保護作用的控制策略。
2).在當(dāng)前的控制;轉(zhuǎn)爐塊
3).旅行支票序列。
4).直流電壓測量的失敗。
5).交流電壓誤差(保險絲失敗)。
先前的研究已經(jīng)顯示,嚴重的過電壓條件可以出現(xiàn)上述2部件的變頻器在偏遠的經(jīng)營模式。這些過電壓都被證實在模擬圖所示
圖3.過電壓仿真實例
第一個方法是減少這些過電壓能夠帶來的全部進行識別提供了315千伏斷路器因此通往放電能量被困在過濾器或直流電纜。另外一個即將來臨的信號被要求從保護來開啟關(guān)閉序列即將開幕前融冰斷路器的問題變得更加復(fù)雜趨近于從主開關(guān)是由電纜連接喂食其他三個斷路。他打開這些交流斷路器的同樣也會導(dǎo)致過電壓的情況。因為這些斷路器的安排、復(fù)雜性和內(nèi)在延遲參與派遣即將來臨的信號從一個遙遠的地方旅行,這種做法是不推薦使用。一個信號控制系統(tǒng)是當(dāng)?shù)販y試不同解決優(yōu)先。之后, 魁北克電力建議最好的融冰裝置被斷開系統(tǒng)是為了尋找一個特定的圖案315千伏汽車檢測出早期通知電流下依然保持高性能開關(guān)打開,在兩側(cè)的電纜和允許控制系統(tǒng)主要過電壓分攤控制行動之前,OCCUL新的控制策略提出了切爾諾貝利序列和開發(fā)相應(yīng)的制造商和修改。過電壓序列或突然關(guān)閉期間的5千并不嚴重。然而,進一步靜止無功補償器模式有助于確定適當(dāng)?shù)臅r機調(diào)查行動需要啟動即將在這個模式來防止流通的直流偏置電流在主開關(guān)。
進一步的案件進行漸進式的加壓在準(zhǔn)備調(diào)試根據(jù)試驗計劃。這些測試顯示的可能性極小的狀態(tài),三過電壓5千1后立即開關(guān)控制行動之前加壓變得活躍。這種情況出現(xiàn)在調(diào)試。進一步的研究成為必要的應(yīng)力集中在與評價。
上演的故障不能履行現(xiàn)場。一個測試已經(jīng)用來模擬故障饋線線路(設(shè)備)的條件下)和過壓輸入電壓的反應(yīng)和同步、變風(fēng)量測量裝置的目的是為了觀察的動態(tài)性能控制系統(tǒng)的動態(tài)性能,并回顧一下在各支路上的低電壓/過電壓控制策略。這次試驗是沒有任何風(fēng)險,因此建議來驗證程序和行為的模擬器以相同的設(shè)備在現(xiàn)場進行測試。
3結(jié)論
獨特的和復(fù)雜的融冰裝置要求安裝要求的規(guī)劃、設(shè)計和模擬試驗,通過發(fā)展進行了詳盡的測試和模擬水利工廠已經(jīng)顯示了融冰裝置應(yīng)當(dāng)履行的規(guī)格要求。
代表一個發(fā)展計劃只能是取得的出色的技術(shù)合作魁北克水力發(fā)電的工程師和項目實施期間,阿?，m重大技術(shù)挑戰(zhàn)克服。認定作者欣然承認的貢獻和支持魁北克電力與阿?，m輸配電部在出版的文章。
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