超高压输电公司曲靖局
摘要：南方地区冬季温冷，线路覆冰对安全运行造成严重威胁，严重时甚至造成断线、倒塔事故。对此，南方电网在网内多个站点加装融冰装置，利用直流融冰技术，通过直流电流加热线路，将电能转化为热能实现线路融冰。
关键词：直流融冰；滤波器组；谐波
引言
为满足云电外送交流主通道线路融冰要求，南方电网公司在500kV XX站加装了一套220kV融冰装置，该装置同时兼有SVC功能。该套装置还可根据实际需求在直流融冰及SVC两种运行方式之间切换。当无融冰需求时，通过主接线重构，装置运行于静止无功补偿（SVC）方式，为系统提供动态无功支撑。该套直流融冰兼SVC装置融冰可以满足这9条500kV出线和站内所有220kV出线的融冰需要。最小融冰电流按以温度-5℃、风速5m/s、导线覆冰厚度10mm 情况计算，结合XX变电站出线情况，装置融冰额定交流电压为18kV，额定直流电压为±22.5kV，直流融冰方式下额定工作电流为4500A，额定输出容量为200MW，额定触发角为15º；阀组为12脉冲；SVC方式下最大无功输出感性60MVar，容性180MVar；
该直流融冰电源装置接入变电站220kV系统，直流融冰电源可调节直流输出电压，对不同线径和长度的线路采用不同融冰电流，融冰时对系统冲击要小，需要的倒闸操作要少。直流融冰电源装置的阀组部分经整流变接入220kV系统，滤波支路接入整流变中压绕组35kV侧。
装置有两台换流变，容量2×135MVA，电压等级为230±2×2.5%/35/18 kV，无励磁调压；220kV换流变进线间隔两回；35kV换流变进线间隔两回，滤波器回路6回；18kV换流变进线间隔2回；滤波电容器6组，总基波补偿容量180Mvar，其中：5次滤波电容2组，每组基波容量38Mvar，7次滤波电容2组，每组基波容量30Mvar，11次滤波电容2组，每组基波容量22Mvar。电气主接线为220kV换流变进线接于前期220kV双母线，35kV为单母线接线，不设分段，18kV直接与融冰兼SVC装置连接。
因网内同一规格的融冰装置在开展融冰时5次滤波器组融冰时发生了故障，故借调了本站融冰装置一组5次滤波器组。为充分考虑本站所连系统融冰需求，现场拟将XX站5次滤波电抗器更换为YY站5次滤波电抗器后进行线路融冰，研究该方式对系统谐波影响，本文根据该规格直流融冰装置有关系统参数和运行参数，对XX站5次滤波电抗器更换为YY站5次滤波电抗器后进行线路融冰，对系统谐波影响进行了分析，得出具体谐波情况及运行参数要求，本文的分析结果与在系统仿真模型上进行的仿真研究，对其实际运行有一定的借鉴意义。
谐波阻抗扫描
XX站融冰装置5次滤波器电抗器电感值为4.81mH，YY站5次滤波器电感值为4.33mH。现场拟将XX站5次滤波电抗器更换为YY站5次滤波电抗器。根据要求，对以下3种情况滤波器谐波阻抗进行扫描，扫描频率为0Hz~2000Hz：（1）原5次滤波器（H_Harm）；（2）更换1相滤波电抗器（H_Harm1）；（3）更换2相滤波电抗器（H_Harm2）。
由仿真结果可以看出，更换1相和更换2相电抗器，5次滤波器阻抗最小点仍在5次谐波附近，对5次谐波滤波效果影响不大。
谐波阻抗图
各次滤波器电流校核
下列各表是各条线路在最小融冰电流时，不更换电抗器，更换A相电抗器（A相和C相电流）和更换A、B两相电抗器（A相和C相）等工况下滤波器电流。
表1滤波电容器和滤波电抗器额定电流值
| 5次滤波器 | 7次滤波器 | 11次滤波器 |
XX站电容器额定电流 | 769A | 615A | 461A |
XX站电抗器额定电流 | 752A | 679.5A | 454A |
XX站电抗器额定电流 | 799A | / | / |
电抗器电压LI/AC | 200/100kV | | |
表2 各条线路名称对应编号及最小融冰电流
线号 | 最小融冰电流（A） |
| | 4389.6 |
| | 4389.6 |
| | 3475.2 |
| | 3475.2 |
| | 3475.2 |
| | 3475.2 |
| | 3475.2 |
| | 3475.2 |
| | 3475.2 |
| | 3475.2 |
| | 3475.2 |
| | 1218 |
| | 1218 |
| | 1218 |
| | 1218 |
| | 1400 |
| | 1400 |
表3 1~2号线路在最小融冰电流下各滤波器电流
| 线号 | 原电抗器 | 更换5次A相电抗器 | 更换5次AB相电抗器 | ||
A相电流 | A相电流 | C相电流 | A相电流 | C相电流 | ||
5次滤波器电流 | 1 | 673.86 | 655.09 | 670.02 | 652.23 | 663.99 |
2 | 673.86 | 654.86 | 670.51 | 652.07 | 664.02 | |
7次滤波器电流 | 1 | 614.46 | 614.79 | 613.47 | 615.05 | 614.13 |
2 | 614.45 | 614.99 | 613.70 | 615.04 | 614.08 | |
11次滤波器电流 | 1 | 406.50 | 406.54 | 407.96 | 406.78 | 408.10 |
2 | 406.38 | 406.51 | 408.08 | 406.82 | 408.20 | |
表4 3~11号线路在最小融冰电流下各滤波器电流
| 线号 | 原电抗器 | 更换5次A相电抗器 | 更换5次AB相电抗器 | ||
A相电流 | A相电流 | C相电流 | A相电流 | C相电流 | ||
5次滤波器电流 | 3 | 630.55 | 617.21 | 627.58 | 614.87 | 623.18 |
4 | 629.86 | 616.79 | 627.41 | 614.48 | 622.86 | |
5 | 630.06 | 616.59 | 627.11 | 614.42 | 622.65 | |
6 | 634.29 | 620.73 | 631.20 | 618.76 | 626.68 | |
7 | 633.28 | 619.80 | 631.55 | 617.61 | 626.76 | |
8 | 630.80 | 617.10 | 627.59 | 614.92 | 623.10 | |
9 | 630.12 | 616.93 | 628.60 | 615.02 | 624.08 | |
10 | 629.69 | 616.44 | 627.50 | 614.17 | 622.52 | |
11 | 629.88 | 616.62 | 627.22 | 614.38 | 622.77 | |
7次滤波器电流 | 3 | 587.90 | 588.26 | 588.21 | 588.02 | 588.36 |
4 | 587.43 | 588.02 | 587.62 | 587.62 | 587.72 | |
5 | 587.50 | 587.76 | 587.37 | 587.62 | 587.75 | |
6 | 590.92 | 591.28 | 591.39 | 591.39 | 591.85 | |
7 | 589.86 | 590.49 | 590.65 | 590.19 | 590.74 | |
8 | 587.94 | 588.03 | 587.99 | 588.05 | 588.34 | |
9 | 587.31 | 587.80 | 587.75 | 587.77 | 587.95 | |
10 | 587.28 | 587.71 | 587.15 | 587.51 | 587.29 | |
11 | 588.35 | 588.70 | 586.09 | 588.65 | 586.45 | |
11次滤波器电流 | 3 | 391.60 | 391.71 | 391.75 | 391.64 | 391.58 |
4 | 391.24 | 391.24 | 391.55 | 391.16 | 391.24 | |
5 | 391.35 | 391.18 | 391.37 | 391.16 | 391.33 | |
6 | 394.32 | 394.46 | 393.97 | 394.65 | 394.17 | |
7 | 392.25 | 392.57 | 394.04 | 392.35 | 393.82 | |
8 | 391.72 | 391.54 | 391.64 | 391.53 | 391.57 | |
9 | 389.75 | 390.14 | 392.09 | 390.30 | 392.43 | |
10 | 391.04 | 391.35 | 391.14 | 391.09 | 391.06 | |
11 | 392.48 | 392.35 | 389.94 | 392.37 | 389.79 | |
表5 12~15号线路在最小融冰电流下各滤波器电流
| 线号 | 原电抗器 | 更换5次A相电抗器 | 更换5次AB相电抗器 | ||
A相电流 | A相电流 | C相电流 | A相电流 | C相电流 | ||
5次滤波器电流 | 12 | 605.07 | 601.94 | 604.51 | 601.33 | 603.58 |
13 | 604.98 | 601.74 | 604.80 | 601.22 | 603.82 | |
14 | 605.33 | 602.20 | 604.10 | 601.64 | 603.18 | |
15 | 605.27 | 602.15 | 604.20 | 601.47 | 603.13 | |
7次滤波器电流 | 12 | 589.51 | 589.50 | 589.92 | 589.51 | 589.95 |
13 | 589.24 | 589.22 | 590.27 | 589.27 | 590.22 | |
14 | 590.34 | 590.29 | 588.90 | 590.29 | 588.89 | |
15 | 590.15 | 590.12 | 588.99 | 590.09 | 588.87 | |
11次滤波器电流 | 12 | 389.12 | 389.14 | 389.82 | 389.15 | 389.85 |
13 | 388.88 | 388.84 | 390.53 | 388.89 | 390.43 | |
14 | 390.27 | 390.21 | 388.45 | 390.22 | 388.43 | |
15 | 390.00 | 389.94 | 388.53 | 389.91 | 388.47 | |
表6 16~17号线路在最小融冰电流下各滤波器电流
| 线号 | 原电抗器 | 更换5次A相电抗器 | 更换5次AB相电抗器 | ||
A相电流 | A相电流 | C相电流 | A相电流 | C相电流 | ||
5次滤波器电流 | 16 | 605.62 | 601.92 | 604.15 | 601.16 | 603.07 |
17 | 605.59 | 601.89 | 604.20 | 601.13 | 603.05 | |
7次滤波器电流 | 16 | 589.17 | 589.26 | 587.76 | 589.13 | 587.79 |
17 | 589.23 | 589.19 | 587.74 | 589.11 | 587.76 | |
11次滤波器电流 | 16 | 392.15 | 392.13 | 390.76 | 392.11 | 390.76 |
17 | 392.06 | 392.12 | 390.72 | 392.02 | 390.69 | |
结论
从结果可以看出，更换前后，各滤波器电流变化不大，均未超过XX站滤波器额定电流值，也未超过XX站滤波器电抗器额定电流值。1.、2.号线4400A融冰电流情况下，更换电抗器前后7次滤波器电流均约为615A。根据仿真，正常运行时电抗器电压约为20kV左右，在电抗器额定电压范围内。
基于该结果仅为仿真分析数据，充分考虑系统运行风险：XX站融冰装置在滤波器不投入情况下运行时，主要存在谐波影响系统和设备风险。同时本表基于仿真情况制定，仿真环境与实际环境可能存在差异。故建议在实际运行时再采取以下措施以防范系统运行风险：
1、现场拟定4个监测点在融冰时进行实时监测，融冰开始前开展监测，并记录背景谐波情况。根据应急办天气预报情况提前安排人员到XX站做好融冰谐波监测准备。
2、融冰过程中实施监测谐波，根据监测情况和校核建议决定是否继续升流。
3、发现设备异常时紧急停运XX站融冰系统。
附件1：XX站融冰装置滤波器不投工况下融冰电流安全阀值列表
融冰线路号 | 设计融冰电流 | 校核融冰电流安全阀值 | 备注 |
12. | 1218A | / | |
13. | 1218A | / | |
14. | 1218A | / | |
15. | 1218A | / | |
16. | 1400A | / | |
17. | 1400A | / | |
| | 4389.6A | 2400A | |
| | 4389.6A | 2400A | |
| | 3475.2A | 2300A | |
| | 3475.2A | 2300A | |
| | 3475.2A | 2300A | |
| | 3475.2A | 2300A | |
| | 3475.2A | 2300A | |
| | 3475.2A | 2300A | |
| | 3475.2A | 2300A | |
| | 3475.2A | 2300A | |
| | 3475.2A | 2300A | |
附件2：谐波限值要求
国标GB/T14549-93《电能质量-公用电网谐波》中的电压谐波畸变率限值要求如下：
电网标称电压(kV) | 电压总谐波畸变率(%) | 各次谐波电压含有率(%) | |
奇次 | 偶次 | ||
0.38 | 5.0 | 4.0 | 2.0 |
6 | 4.0 | 3.2 | 1.6 |
10 | |||
35 | 3.0 | 2.4 | 1.2 |
66 | |||
110 | 2.0 | 1.6 | 0.8 |
如上表所示，35kV母线电压谐波总畸变率应小于3.0%。国标中无220kV及500kV要求，220kV和500kV母线电压谐波总畸变率参照110kV电压等级执行，应小于2.0%。
国标GB/T14549-93《电能质量-公用电网谐波》规定，短路容量为2000MVA的220kV交流系统允许注入公共节点的谐波电流为：5次谐波电流为9.6A，7次谐波电流为6.8A，11次谐波电流为4.3A，13次谐波电流为3.7A。当公共连接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时，下表中的谐波电流允许值换算如下：
上式中，Sk1为公共连接点的最小短路容量，MVA；Sk2为基准短路容量，MVA；Ihp为第h次谐波电流允许值，A；Ih为短路容量为Sk1时第h次谐波电流允许值。根据检修中心提供数据，XX站220kV侧短路容量为11891.9MVA。通过折算，220kV侧允许注入公共节点的谐波电流允许值如下表所示：
序号 | 谐波次数 | 允许电流 |
1 | 11 | 25.57A |
2 | 13 | 22.00A |
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