在南方電網(wǎng)區(qū)域的貴州大部分地區(qū)、廣西桂北地區(qū)、廣東粵北等地區(qū)冬季經(jīng)常有低溫雨雪冰凍災(zāi)害，導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)施遭受到嚴(yán)重破壞，西氣東輸也受到嚴(yán)重影響， 而且一些輸電線路經(jīng)?？缭礁呱?，容易形成大規(guī)模的覆冰，造成輸電線路倒塌、變形等事故， 嚴(yán)重的影響了輸電線路的正常運(yùn)行, 也危害了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前國(guó)內(nèi)的直流融冰裝置，多采用6脈直流融冰，通過(guò)6脈直流融冰系統(tǒng)將覆冰線路作為負(fù)載，施加直流電源，用較低電壓提供直流電流來(lái)加熱導(dǎo)線使覆冰融化，具有適應(yīng)性強(qiáng)、融冰速度快等優(yōu)點(diǎn)。

但如果融冰裝置只用于融冰，在一年內(nèi)的大多少時(shí)間處于閑置狀態(tài)，造成了設(shè)備不能充分利用，給用戶造成很大的資源浪費(fèi)，為了保證設(shè)備能夠充分利用，在國(guó)內(nèi)我們最先采用6脈直流融冰兼SVC系統(tǒng)，在貴州電網(wǎng)變電站投入運(yùn)行，根據(jù)電網(wǎng)的電壓等級(jí)不同，采用不同的設(shè)計(jì)方案，在500kV及以上電壓等級(jí)輸電線路中，6脈直流融冰兼SVC已經(jīng)不能滿足用戶的要求，因此開發(fā)研制了12脈波直流融冰兼SVC系統(tǒng)，以滿足高電壓等級(jí)輸電線路融冰的需求。

1. 系統(tǒng)概述

1.1. 系統(tǒng)組成

由于整流器與SVC裝置的主要元器件都為晶閘管，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上有一定的相似性，因此通過(guò)切換裝置來(lái)控制SVC裝置與直流融冰裝置的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)裝置具有直流融冰和SVC雙重功能。12脈波直流融冰兼SVC系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)控制系統(tǒng)和晶閘管閥組共同完成的。

控制系統(tǒng)根據(jù)選擇的功能（SVC功能和融冰功能）不同，設(shè)置不同的窗口來(lái)完成相應(yīng)的功能?？刂葡到y(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)的電流、電壓信號(hào)，以同步電壓信號(hào)為基準(zhǔn)來(lái)控制晶閘管閥組上的晶閘管觸發(fā)角度，同時(shí)接收晶閘管閥組的回報(bào)信號(hào)，通過(guò)回報(bào)信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示晶閘管閥組上的各個(gè)晶閘管的狀態(tài)。

1.2. 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)具有直流融冰功能和SVC雙重功能。

直流融冰功能：在遭遇冰雪災(zāi)害的情況下，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行切換、重構(gòu)，可以快速構(gòu)建成為輸電線路直流融冰裝置，直流融冰裝置是通過(guò)整流器將交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流對(duì)覆冰輸電線路進(jìn)行加熱以實(shí)現(xiàn)融冰的裝置。

在貴州電網(wǎng)500kV變電站直流融冰工程中，直流融冰裝置接入變電站35kV系統(tǒng)，利用直流短路電流在導(dǎo)線電阻中產(chǎn)生熱量使覆冰融化，對(duì)輸電線路進(jìn)行快速融冰，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，提高輸電線路渡越冰雪災(zāi)害的能力。

SVC功能：考慮到直流融冰裝置每年只工作有限的天數(shù)，在其余時(shí)間就可以將可控整流直流融冰裝置擴(kuò)展成無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC），經(jīng)過(guò)擴(kuò)展一次設(shè)備，用可控電抗器TCR、濾波裝置FC和固定電容器組，提供系統(tǒng)需要的感性及容性無(wú)功功率的功能。

系統(tǒng)控制閥組觸發(fā)角在105-165度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，和電抗器、轉(zhuǎn)換開關(guān)刀閘等，可作為動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的無(wú)功靜止補(bǔ)償，提供系統(tǒng)需要的無(wú)功功率的功能。

1.3. 系統(tǒng)直流融冰方式

直流融冰時(shí)的線路組合形成有多種，主要融冰方式有融冰方式A和融冰方式B，但由于大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有專用的整流變壓器，所以一般采用融冰方式A。融冰方式A是指三相輸電線路中的兩相構(gòu)成電流回路，每次融冰需要兩次操作。如圖1所示。

圖1 融冰方式A

融冰方式B是指三相輸電線路同時(shí)進(jìn)行融冰，每次融冰需要一次操作即可。如圖2所示。

圖2 融冰方式B

2. 系統(tǒng)切換方案

2.1. 系統(tǒng)總體電氣圖設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括整流變壓器、切換裝置、檢測(cè)裝置、電抗器、35kV濾波支路、直流融冰兼SVC的晶閘管閥組及冷卻水系統(tǒng)等。整流變壓器的接線依次是Δ/Δ、Δ/Ｙ，整流變壓器設(shè)計(jì)成不同的連接組別，使整流變壓器原、副邊電壓形成不同的相位移，從而使兩臺(tái)六脈沖整流器串聯(lián)構(gòu)成12脈沖整流器，以減小交流側(cè)的諧波電流，系統(tǒng)總體電氣圖如圖3：

圖3 系統(tǒng)總體電氣圖

2.2. 系統(tǒng)重構(gòu)方案

根據(jù)貴州電網(wǎng)500kV變電站的500kV線路融冰功能要求，選定12脈波直流融冰兼SVC系統(tǒng)。

12脈波直流融冰兼SVC系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)切換功能裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)融冰功能和SVC功能的切換。兩種功能切換后，融冰功能的平波電抗器轉(zhuǎn)換成SVC功能時(shí)的相控電抗器；融冰功能的晶閘管整流轉(zhuǎn)換成SVC功能的閥組晶閘管反并聯(lián)串；融冰功能的兩個(gè)6脈波整流裝置轉(zhuǎn)換成SVC 功能兩套TCR系統(tǒng)；融冰功能的整流器會(huì)消耗無(wú)功并產(chǎn)生諧波，所以在母線側(cè)配有濾波器，SVC功能時(shí)，濾波器濾除TCR 產(chǎn)生的諧波，并提供容性無(wú)功。

通過(guò)控制切換功能裝置，系統(tǒng)的融冰功能重構(gòu)圖如圖4所示：

圖4 直流融冰重構(gòu)圖

在融冰功能下，經(jīng)過(guò)兩個(gè)6 脈波整流橋串聯(lián)而成12脈波整流橋，接入系統(tǒng)后采用中性點(diǎn)接地方式，保證12脈波直流融冰穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)正負(fù)極對(duì)稱運(yùn)行，進(jìn)而滿足安全要求。

12脈波直流融冰的額定輸出電流為4400A，控制系統(tǒng)根據(jù)站內(nèi)不同線路的融冰需求，來(lái)輸出不同的晶閘管觸發(fā)角，輸出不同的直流電流，為融冰線路提供直流電源，實(shí)現(xiàn)融冰功能。同時(shí)經(jīng)過(guò)切換融冰方式裝置，選擇合適的融冰方式，對(duì)覆冰輸電線路實(shí)現(xiàn)融冰。

系統(tǒng)的SVC功能重構(gòu)圖如圖5所示：

圖5 SVC重構(gòu)圖

在SVC功能時(shí)，控制系統(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)的同步電壓、相控電流信號(hào)、電網(wǎng)電流，計(jì)算處理后給晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)SVC功能。

3. 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)在通常情況下，為SVC控制功能界面，實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償功能；在需要融冰時(shí)，把控制系統(tǒng)的界面調(diào)到融冰控制功能界面，實(shí)現(xiàn)融冰。

3.1. 控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)包括SVC控制柜、融冰控制柜、開關(guān)控制柜、脈沖切換柜。其控制系統(tǒng)框圖如圖6所示。

圖6 控制系統(tǒng)框圖

SVC控制柜采集交流電壓、交流電流與同步電壓信號(hào)，通過(guò)SVC控制策略，計(jì)算出補(bǔ)償導(dǎo)納和相應(yīng)的觸發(fā)角，并以同步電壓為基準(zhǔn)發(fā)出此角度的觸發(fā)脈沖給脈沖切換柜，通過(guò)光纖傳送到晶閘管閥組上的觸發(fā)板上，觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管，同時(shí)觸發(fā)板上產(chǎn)生回報(bào)信號(hào)，通過(guò)光纖傳送到SVC控制柜，使SVC控制柜實(shí)時(shí)監(jiān)視晶閘管的擊穿狀態(tài)。

融冰控制柜采集直流電壓、直流電流信號(hào)和同步電壓信號(hào)，通過(guò)融冰控制策略，計(jì)算出晶閘管觸發(fā)角大小，并以同步電壓為基準(zhǔn)發(fā)出觸發(fā)脈沖給脈沖切換柜，通過(guò)光纖傳送到晶閘管閥組上的觸發(fā)板上，觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管，同時(shí)觸發(fā)板上產(chǎn)生回報(bào)信號(hào)，通過(guò)光纖傳送到融冰控制柜，使融冰控制柜也實(shí)時(shí)監(jiān)視晶閘管的擊穿狀態(tài)。

開關(guān)控制柜采集系統(tǒng)的切換功能裝置的開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)SVC功能與融冰功能的切換。

脈沖切換柜接收SVC控制柜、融冰控制柜和開關(guān)控制柜的命令，然后發(fā)出相應(yīng)命令的觸發(fā)脈沖，控制相應(yīng)功能的晶閘管觸發(fā)，使晶閘管閥組完成SVC功能或融冰功能；同時(shí)將晶閘管閥組的回報(bào)信號(hào)輸出給SVC控制柜的回報(bào)信號(hào)接收板，或者融冰控制柜的回報(bào)信號(hào)接收板。

3.2保護(hù)策略

本系統(tǒng)保護(hù)策略均按雙重化配置，每一重保護(hù)具有全部的保護(hù)功能，同時(shí)每重保護(hù)具有獨(dú)立的、完整的硬件配置和軟件配置，并與另一重保護(hù)之間在物理上和電氣上完全獨(dú)立[3]。

本系統(tǒng)的融冰模式的時(shí)間較短，如果產(chǎn)生誤動(dòng)也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生大的影響，但一旦拒動(dòng)，就會(huì)對(duì)設(shè)備造成很大的損壞，因此在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)保護(hù)時(shí)，優(yōu)先考慮保護(hù)的靈敏性，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了閥短路保護(hù)、橋差動(dòng)保護(hù)、直流過(guò)流保護(hù)、接地過(guò)流保護(hù)、諧波保護(hù)、交流過(guò)電壓保護(hù)、交流欠壓保護(hù)等。

4. 晶閘管閥組

晶閘管閥組包括兩個(gè)6脈的晶閘管閥組，每個(gè)6脈晶閘管閥組由三個(gè)單相晶閘管閥組單元組成，6脈晶閘管閥組圖見圖7。

圖7 6脈晶閘管閥組圖

每相閥組分為上下兩層，上下兩層閥組通過(guò)銅排連接。 每層為一個(gè)閥組單元，為了方便電氣接線，每個(gè)閥組單元設(shè)計(jì)成相同的結(jié)構(gòu)。

每個(gè)閥組單元均由晶閘管單元、觸發(fā)板單元、阻容保護(hù)單元以及框架單元、均壓?jiǎn)卧⑺軉卧?、走線槽單元等組成。

通過(guò)切換裝置切換到SVC模式時(shí)，單相閥組的上下兩層閥組為正負(fù)晶閘管串，實(shí)現(xiàn)SVC功能；當(dāng)融冰模式時(shí)，上層閥組單元為正向橋臂，下層閥組單元為負(fù)向橋臂，來(lái)實(shí)現(xiàn)融冰功能。

5. 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

本系統(tǒng)應(yīng)用于貴州電網(wǎng)500kV變電站中，直流融冰裝置容量見表1：

表1 500kV變電站直流融冰裝置容量

根據(jù)表1對(duì)貴州電網(wǎng)500kV變電站的500kV線路融冰的進(jìn)行詳細(xì)的分析和計(jì)算，則融冰裝置的主要技術(shù)參數(shù)為：閥側(cè)額定電壓35kV、額定輸出直流電流4400A、額定輸出直流電壓±10kV、額定直流容量88MW。

由于6脈波的直流融冰系統(tǒng)不能滿足以上參數(shù)，因此選用了12脈波直流融冰兼SVC系統(tǒng)，12脈波是指在原有6脈波整流的基礎(chǔ)上，在輸入端、增加移相變壓器后再增加一組6脈波整流器，使直流母線電流由12組晶閘管整流完成，因此又稱為12脈波整流，它把整流器的一個(gè)周期內(nèi)脈波數(shù)從6提高到12，從而改善了輸出的直流波形，降低了輸出諧波電流。

貴州電網(wǎng)500kV變電站融冰兼SVC系統(tǒng)已經(jīng)安裝并調(diào)試完成，在現(xiàn)場(chǎng)低壓調(diào)試的過(guò)程中，用示波器測(cè)試的直流融冰方式下的輸出波形如圖8：

圖8 直流融冰方式下的輸出波形

12脈波直流融冰兼SVC系統(tǒng)的實(shí)際輸出就是在一個(gè)周波（20mS）內(nèi)產(chǎn)生12個(gè)脈波，使輸出的電壓連續(xù)平穩(wěn)。

6. 結(jié)論

12脈波直流融冰兼SVC系統(tǒng)通過(guò)切換重構(gòu)實(shí)現(xiàn)融冰功能與SVC功能，采用了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的整流技術(shù)，在技術(shù)上達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。該系統(tǒng)首次應(yīng)用在貴州電網(wǎng)500kV變電站直流融冰兼SVC工程，提高了抗冰保障能力，又提高線路送電能力、改善電網(wǎng)質(zhì)量。

本文對(duì)系統(tǒng)功能、切換方案、控制系統(tǒng)和晶閘管閥組做了詳細(xì)分析，總結(jié)了6脈波直流融冰與12脈波直流融冰的異同，對(duì)12脈波直流融冰兼SVC系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了有益的實(shí)現(xiàn)。

（編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“12脈波直流融冰兼SVC系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)”，作者為胡建華、司明起 等。）