天津靜止同步串聯(lián)補償器示范工程設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究

王楠　蘭春虎　張來　牛博彥　王兆峰　侯彩龍　高尚　梁偉

摘? 要：本文在分析靜止同步補償器（SSSC）示范工程系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，通過分析計算，確定SSSC裝置的補償容量，提出SSSC示范工程的接入方案及建設(shè)規(guī)模。研究串聯(lián)變壓器、換流閥等主要設(shè)備的選型原則，提出SSSC裝置網(wǎng)側(cè)及閥側(cè)的電氣主接線及主要設(shè)備選型方案。通過仿真計算，分析電氣設(shè)備過電壓及絕緣配合要求，提出SSSC裝置的過電壓及絕緣配合設(shè)計方案。將SSSC裝置按照不同設(shè)備、功能進(jìn)行模塊劃分，對兩種實施方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，提出SSSC裝置模塊化設(shè)計方案，為后續(xù)工程建設(shè)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：設(shè)備選型? 絕緣配合? 模塊化設(shè)計? SSSC

中圖分類號：TM73 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2020）02（a）-0028-04

近年來，F(xiàn)ACTS 得到廣泛的研究并在電力系統(tǒng)中迅速推廣應(yīng)用。靜止同步串聯(lián)補償器（Static Syn-Chronous Series Compensator，SSSC）就是串聯(lián)在線路上使用的一種 FACTS 控制器[1-2]。目前國內(nèi)外學(xué)者對 SSSC 的研究主要集中在 SSSC 的工作原理、數(shù)學(xué)模型和控制策略、對距離保護(hù)的影響等理論研究階段[3-6]，對于工程級應(yīng)用研究相對較少。

1? SSSC基本結(jié)構(gòu)及作用

SSSC的實現(xiàn)是基于同步電壓源[7]的原理，采用可關(guān)斷器件的電壓源換流技術(shù)，產(chǎn)生一個具有可控幅值和相角的、同步的、近似正弦波的電壓，來改變輸電線路的等效阻抗，從而實現(xiàn)潮流控制。SSSC主要由換流閥、控制系統(tǒng)和系統(tǒng)接入設(shè)備組成。

2? 接入系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)需求

由于線路路徑選擇困難，A220kV變電站雙回電源線分別由現(xiàn)狀線路改接而成，造成B站至A站的雙回電源線路徑長度不一致。其中，AB-I線長20.7km，阻抗為0.764865+j6.1686Ω，AB-II線長33km，阻抗為1.2839+j10.14Ω，相差約4Ω。AB雙線潮流嚴(yán)重不均衡，制約了該通道的輸送能力。

為了均衡該通道雙回線的潮流，充分發(fā)揮該通道的輸送能力，安裝SSSC裝置對線路阻抗進(jìn)行補償。由于AB-I線阻抗更小，N-1更容易過載，因此將SSSC安裝于AB-I線。

2.2 接入系統(tǒng)方案

根據(jù)系統(tǒng)需求，推薦在AB-I線B 220kV變電站內(nèi)加裝一套SSSC，SSSC容量按照補償4歐電抗要求選擇。

（1）SSSC輸出容量。

SSSC容量按照系統(tǒng)最大負(fù)荷情況下補償AB-I線4歐姆電抗配置。系統(tǒng)最大負(fù)荷電流按照線路熱穩(wěn)極限電流選擇，因此SSSC輸出容量So為：

（3）短路計算。

SSSC投產(chǎn)年電網(wǎng)運行方式以規(guī)劃為參考依據(jù)，采用BPA程序計算短路電流，得出B變電站220kV母線三相及單相短路電流值如表1所示。

3? 電氣主接線及設(shè)備選型

3.1 電氣主接線

根據(jù)接入系統(tǒng)方案，在AB-I線線路側(cè)電壓互感器外側(cè)串入一套SSSC，SSSC接線圖如圖1所示。SSSC網(wǎng)側(cè)、閥側(cè)開關(guān)設(shè)備應(yīng)滿足換流閥運行、檢修等工況的需要。

SSSC裝置啟動前，處于檢修狀態(tài)，接地開關(guān)QE1、QE2、QE4、QE5合位。SSSC裝置啟動的主要步驟為：

第一步，裝置轉(zhuǎn)為冷備用狀態(tài)。拉開QE1、QE2、QE4、QE5，判斷QS4處于合位，手動閉合QB1，依次合上QF31、QF32、QF2、QS1、QS2、QF1;

第二步，裝置轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)。依次斷開QS3、QF1;

第三步，裝置轉(zhuǎn)為預(yù)運行狀態(tài)。依次斷開QF31、QF32，H橋換流閥取能;

第四步，裝置轉(zhuǎn)為運行狀態(tài)，H橋換流閥解鎖，進(jìn)行充電控制。

3.2 主要設(shè)備選型

（1）換流閥。

考慮連接電抗器0.25pu，計及電流在連接電抗器上的壓降，根據(jù)換流閥工作在電抗補償模式時計算閥端相電壓：

4? 過電壓及絕緣配合

過電壓及絕緣配合遵循如下原則：電氣裝置保護(hù)用避雷器的額定電壓應(yīng)不低于系統(tǒng)暫時過電壓（有效接地和低電阻接地系統(tǒng)）或1.25倍的系統(tǒng)暫時過電壓（非有效接地系統(tǒng)）;電氣裝置保護(hù)用相對地避雷器的持續(xù)運行電壓不應(yīng)低于系統(tǒng)的最高相電壓;設(shè)備內(nèi)絕緣的雷電沖擊耐壓配合系數(shù)應(yīng)不低于1.25（MOA緊靠設(shè)備時）或1.4（其他情況）。表2列出了各避雷器的主要技術(shù)參數(shù)。

5? 天津SSSC示范工程實例

B 220kV變電站現(xiàn)狀為AIS普通中型布置變電站。本期新建SSSC在AB-I線線路側(cè)安裝，擬建于預(yù)留#3、4主變及無功補償裝置區(qū)域。本文在充分利用B變電站現(xiàn)狀地勢及架構(gòu)的基礎(chǔ)上，對比分析兩種工程實施方案。

5.1 方案一：GIS方案

本方案串聯(lián)變壓器采用三組單相變壓器，網(wǎng)側(cè)配電裝置采用GIS設(shè)備，采用電纜與AB-I線現(xiàn)狀設(shè)備連接。除串聯(lián)變、電抗器外，其他設(shè)備均布置在戶內(nèi)。本期新建單層配電綜合樓一座，布置于預(yù)留無功補償區(qū)域。平面布置圖見圖2。

5.2 方案二：HGIS方案

本方案串聯(lián)變壓器采用三相變壓器，網(wǎng)側(cè)配電裝置采用HGIS設(shè)備，采用架空線及GIL氣管與AB-I線現(xiàn)狀設(shè)備連接。采用全戶外布置形式，串聯(lián)變布置在預(yù)留#3主變位置，HGIS設(shè)備布置于預(yù)留#3進(jìn)線間隔，閥側(cè)開關(guān)柜艙、換流閥艙以及二次設(shè)備艙布置于預(yù)留無功補償區(qū)域。平面布置圖見3。

5.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

兩方案主要技術(shù)指標(biāo)對比見表3。

方案一受串聯(lián)變壓器與配電裝置樓的防火距離限制，選用單相變壓器，其外部接線較采用三相變壓器復(fù)雜。方案一增加了建筑物，網(wǎng)側(cè)設(shè)備靠電力電纜連接，增加了事故發(fā)生的概率。

方案二采用模塊化建設(shè)理念，其內(nèi)部接線及調(diào)試工作均可在工廠內(nèi)完成，現(xiàn)場僅需進(jìn)行外部連線，可以有效縮短建設(shè)周期?，F(xiàn)場無需建設(shè)建筑物，有效減少了現(xiàn)場濕作業(yè)，實現(xiàn)了“環(huán)境友好”的建設(shè)理念。本文推薦采用方案二。

6? 結(jié)語

本文在分析系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，提出在AB-I線B變電站側(cè)加裝一套30MVA SSSC裝置的接入方案。換流閥通過網(wǎng)側(cè)配電裝置、串聯(lián)變壓器以及閥側(cè)配電裝置接入系統(tǒng)，利用避雷器實現(xiàn)過電壓保護(hù)。

本文通過對B變電站現(xiàn)狀分析，應(yīng)用模塊化建設(shè)理念，將SSSC按照不同設(shè)備、功能進(jìn)行模塊劃分，提出采用預(yù)制倉的布置方案，較傳統(tǒng)方案建設(shè)周期短、環(huán)境影響小，為后續(xù)工程建設(shè)提供技術(shù)參考。

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