舟山多端柔性直流输电示范工程零起升压方案研究

李 晨，谷小博，杨 智，毛航银

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

舟山多端柔性直流输电示范工程零起升压方案研究

李 晨，谷小博，杨 智，毛航银

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

柔性直流输电是新一代的直流输电技术，对海岛电网的发展有着重要的意义。因受海岛电网的特点所限，无法使用常规方式对联结变等柔性直流输电设备进行零起升压，需要研究一种新的试验方式。通过对比各种传统试验方式的优劣后，提出了一种适于海岛电网的零起升压方案，并对相关参数进行了核算，实践证明新的零起升压方案能够很好地结合海岛特有的情况，取得了较好的试验效果。

柔性直流；联结变；零起升压；方式

0 引言

作为新一代输电技术，柔性直流输电能较好地解决各类电源接入电网的问题，提高了输电可靠性，对海岛电网的发展具有重大意义[1-3]。浙江舟山多端柔性直流输电示范工程，是世界首个五端供电的柔性直流输电系统。它的启动和投产不但促进了海洋经济建设及相关产业发展，还具有良好的科技示范效应。

对换流站系统相关设备进行零起升压试验是系统启动的重要环节，是系统启动的充分条件，是判断被试设备经过运输和安装后绝缘状态的手段之一，能有效地验证系统接线状态是否正确，更可以消除变压器铁心内剩磁，是控制变压器启动中暂态励磁涌流有效方法。由于海岛电网有其自身特点，传统零起升压方式不能满足启动要求，因此提出了一种适于海岛电网的零起升压方案，并首次对洋山换流站连同其交流送出配套工程的相关设备进行了零起升压试验。

1 多端直流系统概况

舟山多端柔性直流输电示范工程新建定海换流站（舟山本岛）、岱山换流站（岱山岛）、衢山换流站（衢山岛）、洋山换流站（洋山岛）、泗礁换流站（泗礁岛）共计5座±200 kV换流站，换流站直流额定容量分别为400 MW，300 MW，100 MW，100 MW，100 MW。

其五端柔性直流输电采用并联放射型网络。新建 4回±200 kV柔性直流输电线路，包括定海—岱山1回，输送容量400 MW；岱山—衢山1回，输送容量100 MW；岱山—洋山1回，输送容量200 MW；洋山—泗礁1回，输送容量100 MW。定海及岱山换流站网侧接入交流220 kV系统，衢山、洋山及嵊泗换流站网侧接入交流110 kV系统[4]，直流线路如图1所示。

要求对洋山换流站设备进行零起升压。洋山换流站联结变压器（简称联结变）采用三相一体，三绕组结构，阀侧额定电压205 kV，网侧额定电压115 kV，投运后网侧接入110 kV沈家湾变电所，距洋山换流站约0.5 km，110 kV出线为电缆。

图1 五端直流输电线路

2 零起升压试验

2.1 试验方式及试验范围

零起升压试验方式的不同主要体现在试验电源和加压方式的不同，以往现场调试中常用的试验方式有[5-7]：

（1）使用发电厂的发电机组作为试验电源通过系统连接至被试变压器，在远方加压进行试验。

（2）使用可运输的调压器—变压器组接用所在变电站的所用电系统作为电源，在就地加压进行试验。

2种方式的比较如表1所示。

表1 常用零起升压方式的对比

洋山岛电网原为孤岛电网，岛上主要电源仅有2台5 000 kW柴油发电机组。若要采用系统电源作为试验电源，则有且只有柴油发电机组可选择。该容量柴油发电机组的无功进相能力差，难以完全吸收试验时系统线路产生的大量容性无功，且调压过程中的谐波较大，不利于监测零起升压过程中电压、电流和功率等技术参数。

若就地使用运输的调压器—变压器组作为试验电源，虽可以满足试验容量和电源品质的需要，但换流站站用电系统本身设计容量较小，容量无法达到试验要求。

综合上述2种方式的优缺点，在制定试验方案过程中提出了一种适于海岛电网的零起升压方案：将调压器—变压器组布置在换流站对侧的110 kV沈家湾变电站，通过其主变压器（简称主变）再次升压，最后经过沈家湾变电站110 kV出线加压至联结变网侧，进行零起升压试验。这样最大程度上保证了试验电源的安全性，搭建试验平台相对便捷，还达到了对试验范围内所有设备进行零起升压考核的目的。

零起升压系统的范围将不仅限于换流站内的设备，还包括洋山换流站网侧即将接入的110 kV沈家湾变电站内1台110 kV主变、两站之间一段长约0.45 km的110 kV陆地电缆和相关间隔的电压互感器、电流互感器、母线及避雷器等设备。试验范围示意如图2所示。

图2 试验范围示意

2.2 系统参数计算

根据图2所示，试验系统内其他相关设备主要参数如表2所列。参考现场设备实际情况，其系统接线原理如图3所示。结合变压器等效电气模型，可推得试验系统电气原理图，如图4所示。

图4中R1与X1和R2与X2分别是沈家湾主变37 kV与110 kV侧（折算到37 kV）绕组的阻抗，X10为其励磁阻抗。R3与X3和R4与X4分别是联结变压器110 kV和208 kV（折算到110 kV）绕组的阻抗，X20为其励磁阻抗。C1为高压电缆对地电容，C2为其他所有一次设备的对地电容。

考虑联结变为空载状态，因此流经R3，X3，X20的电流约为该台变压器的空载电流，根据表1可得其额定电压下110 kV侧（网侧）的空载电流I20为：

式中：S为联结变容量；U2n为变压器相对地额定电压；I20%为变压器空载电流百分比。

表2 相关设备主要参数

图3 零起升压试验接线

图4 系统电气原理

由于C2≪C1，Ic2可忽略不计，而流经C1的电流Ic1为：

式中：f为系统频率，50 Hz。

I20与Ic1分别为感性和容性，推知试验时沈家湾主变负荷呈容性，等效电气原理如图5所示。110 kV侧容性电流Ict为：

根据表3可进一步折算沈家湾主变37 kV侧的容性电流为4.225 A。

同理，流经R2，X2，X10的电流约为该台变压器的空载电流，根据表3可得其额定电压下37 kV侧的空载电流I10为0.936 A。因此试验系统在100%额定电压下的电流呈容性，大小预计在3.3 A以上。

由此可计算得到试验系统所需无功容量Q为：

试验系统有功损耗主要包括2台变压器和电压互感器的空载损耗，电压互感器空载损耗很小可以忽略，因此系统有功损耗是2台变压器空载损耗P为126.6 kW。

最后得到系统需要的总容量S为：

图5 主变等效电路

3 现场试验情况

为确保容升效应不影响系统安全，电压以洋山站联结变110 kV侧的电压互感器二次电压为准，沈家湾站37 kV及110 kV侧的相关电压互感器进行辅助验证，同时在沈家湾站37 kV侧对系统无功电流及容量进行监视。在联结变110 kV侧，其对应的电压值约为0.6 p.u.，0.7 p.u.，0.8 p.u.，0.9 p.u.和1.0 p.u.（p.u.为联结变网侧电压的标幺值）时记录相关数据如表3。

线路首端与末端电压变化如图6所示。

表3 升压试验值

图6 线路首端与末端电压变化

对比试验参数的估计值和实测值发现，系统视在容量计算值和实测值偏差为1.5%，系统有功损耗偏差约12%，均比较接近，说明使用该方式对换流站设备进行零起升压是可行有效的。与此同时，通过上述分析得出，在系统电压较低的情况下，试验系统负荷较小，因此在较低电压下电缆末端电压抬升约2.7%，存在容升现象；而随着电压继续增加，系统负荷增长，容升现象越来越小，直至达到最高电压时，电缆末端电压较首端下降了约1.7%。总体上，在零起升压期间，电缆首末端电压波动不大，对整个试验系统的影响微乎其微。

4 结语

对舟山多端柔性直流输电示范工程进行的零起升压试验在国内尚属首次开展。根据工程实际状况，提出了零起升压试验方案。工程实践证明这种新的零起升压试验方式方便、灵活，能够较好地适应海岛电网的特点，设备相关参数完全满足需要，为今后类似的工程调试提供了借鉴。

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

[2]翁利民.工业企业供电系统的电压波动及其抑制[J].电器工业，2003（7）∶38-41.

[3]韩民晓，文俊，徐永海.高压直流输电原理与运行[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4]国网浙江省电力公司.浙江舟山多端柔性直流输电示范工程建设管理纲要[G].2013.

[5]吴锦华，谷小博.500 kV变电所零起升压试验方法的研究应用[J].变压器，2005，42（2）∶5-10.

[6]王晓刚，李儒，蚁松.大型电力变压器空载试验电源问题浅探[J].变压器，2003，40（6）∶29-31.

[7]刘进强，勾忠.500 kV方正变零起升压试验电压迅速上升原因分析[J].黑龙江电力，2000，22（3）∶46-48.

（本文编辑：杨 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，工程师，从事变压器高压试验及研究工作。