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交流滤波器——特高压的御用补偿器
发布时间:2019年10月14日 19:53    作者:张子越    点击:[]

采用电网换相换流器的直流输电换流站,不管处于整流运行还是逆变运行状态,直流系统都需要从交流系统吸收容性无功,也就是说,换流器对于交流系统而言总是一种无功负荷。换流器的无功功率除受有功功率影响外,还与其他很多运行参数有关,其中最灵敏的是触发角和关断角。有关换流器的无功功率理论分析,可以在很多的著作或者论文中找到,我们就不再详细讨论了,这里主要集中讨论交流滤波器的作用和控制。

由于换流器的运行总是伴随着无功功率的消耗,因此每一个换流站都必须装设无功补偿设备,进行无功平衡和无功补偿。目前世界上已有换流站的无功补偿设备主要有三大类:第一类,机械投切的电容器和电抗器。其中电容器由于滤波要求是必须的,最小滤波电容容量约占换流容量的30%。第二类,静止无功补偿装置。当换流站所在电网较薄弱时,电压控制困难,有时甚至可能发生电压稳定问题,此时可以考虑装设静止无功补偿装置。这种设计由于控制系统的相互影响,有一定的缺点,应用不是十分泛。目前,世界上只有英法海峡直流工程英国侧换流站和加拿大图卡背靠直流工程中采用。第三类,调相机。当换流站所连接的交流电网相对直流输电系统的容量而太弱时,则需要在换流站装设调相机。这种情况一般多发生在远方电站向位于负荷中心的电网送电工程的受端,世界上两个最典型的例子是伊泰普直流工程受端换流站和纳尔河直流工程受端换流站。

国内特高压工程所采用的的通常都是第一类,就近配置交流滤波器。考虑到工程实际和系统安全,换流站通常设置数个大组交流滤波器,每个大组再配置数个小组交流滤波器,通过不同的组合,滤除特定谐波的同时,提供换流器运行所需的无功。

网内特高压工程滤波器的投切控制逻辑大体相同,主要分为无功控制模式和电压控制模式。无功控制模式是指将低压无功补偿设备完全作为换流器的无功补偿设备,只结合换流器运行方式进行控制。而电压控制模式下,低压无功补偿设备完全不参与换流器的无功平衡,而只用于交流母线电压控制。

在工程实际中,采用的多为无功控制模式,辅助电压限制,以最大限度的提高输电效率,以及减少对周边电网环境的谐波影响。

在实际运行维护过程中,交流滤波器作为直流附属设备,也发生了很多问题,主要有三类:

第一,频繁投切。其原因通常是由于控制系统参数的配合存在一定问题,由换流变压器分接开关的定角度控制与直流系统无功控制的共同作用造成的。交流滤波器频繁投切将严重影响断路器的电寿命和机械寿命。第二,交流滤波器投入瞬间会产生较大涌流。合闸瞬间的过电压冲击会使电容器内固体和液体介质产生局部过热及局部放电,合闸涌流过大将会对滤波器设备造成严重冲击,甚至容易造成电容器熔丝群爆等损坏。这也是后续工程要求交流滤波器的断路器必须配置选相合闸装置的原因。同时,对该断路器的性能也提出了更高的要求。第三,电容器损坏较多。在各直流工程中,统计数据表明,电容器的损坏率普遍较高,且收年限和天气的影响较大。

当然,这些问题针对不同的工程实际,会有不同的解决办法,毕竟任何一个工程都是一个人定胜天的过程。当每一个直流输电系统成功投产运行时,背后都有无数人为之努力,也有无数的设备在贡献者力量。

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