南海某油田輕型直流輸電系統調試

駱金龍

摘 ? 要：輕型直流輸電作為新一代直流輸電技術，其在結構上與高壓直流輸電類似，仍是由換流站和直流輸電線路構成。本文介紹了南海某油田輕型直流輸電系統的基本情況，敘述了柔性直流輸電系統的工作原理，重點總結了此次直流輸電系統現場調試的經驗，完善了現場調試步驟及注意事項，提煉了總結過程中問題的解決方法。

關鍵詞：直流輸電系統 ?現場調試 ?解決方法

中圖分類號：TE95 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（a）-0035-02

南海某油田使用榮信HVDC系列輕型直流系統作為平臺之間的電力輸送，項目進入設備調試階段。工程調試分為前期準備、調試、試運行。前期準備階段主要是對該系統一次設備、二次設備進行校核;調試階段對該系統進行全面試驗;試運行階段即在所有一、二次設備帶電、全部功能均投入運行的情況下，檢驗系統的合理性。

1 ?前期準備

1.1 輕型直流輸電系統

高壓直流輸電（HVDC）技術始于20世紀60年代，隨著電力電子器件和控制技術的飛速發展，采用IGBT、IGCT等元件構成電壓源型換流站（VSC）來進行直流輸電成為可能。由于這種方式的功能強，體積小，可以減少換流站的濾波系統，省去換流變壓器，簡化換流站結構，而稱之為輕型直流輸電（HVDC Light）。

榮信HVDC系列輕型直流系統可以實現遠程監控和網絡化控制，采用光纖通訊技術，系統抗電磁干擾能力強，運行更加安全可靠，和用戶現場靈活接口，滿足用戶的不同需求。

1.2 前期的準備情況

調試人員對所有一次設備進行絕緣檢查，根據設計對所有保護系統的參數重新校核;檢查所有開關、單元的位置和狀態，進行一次、二次設備外觀;檢查一次、二次回路與接線圖是否一致;檢查各個接地點是否牢固。

2 ?系統調試

2.1 整流站調試

2.1.1 控制柜電源檢測

調試目的：確保設備電源工作良好。試驗步驟：控制系統上電，用萬用表測試線號為A、B、C相間的交流電壓;用萬用表分別測量插座口的電壓為220V、直流電源輸出的電壓為±15V、直流電源輸出電壓為±5V、直流電源輸出的電壓24V。如測量值不符合，則進行調整。

2.1.2 接觸器功能試驗

調試目的：確保設備接觸器工作良好。試驗步驟：分別檢查高壓真空接觸器、KM11、KM12、KM13分合閘功能是否正常，其反饋信號燈是否正常。

2.1.3 急停動作檢測

調試目的：確保設備急停按鈕工作良好。試驗步驟：拍下急停，其對應的繼電器將由亮變滅，否則急停信號存在故障，并可從觸摸屏查看到相應急停故障信息。復查后，重新測試并做好記錄。

2.1.4 觸摸屏檢測

調試目的：確保觸摸屏工作正常。試驗步驟：控制系統上電，所有功率單元板卡供低壓電;從觸摸屏設置參數并確認顯示參數與設置參數一致。

2.1.5 低壓充電合閘實驗

調試目的：確認設備低壓充電邏輯正常。試驗步驟：控制系統上電，從觸摸屏選擇低壓調試選項;給所有功率單元板卡供低壓電，觀察接觸器動作順序;充電接觸器吸合30s后進線接觸器合閘，則表示充電邏輯正常。

2.1.6 變壓器超溫保護試驗

調試目的：確保設備保護系統運行正常。試驗步驟：給控制系統上電，從變壓器溫度檢測儀給入超溫跳閘信號，查看觸摸屏故障信息顯示是否正確，復位以后重復上面步驟。

2.1.7 低壓反充電試驗

調試目的：確認設備低壓反充電工作正常。試驗步驟：給控制系統上電，確認直流輸出隔離開關QS1處于斷開狀態，從觸摸屏選擇“調試”功能選項，觀察接觸器動作順序以及合閘時功率單元電壓顯示。

2.1.8 高壓同步相位校驗

調試目的：確認設備高壓輸入與低壓控制電相位同步。試驗步驟：給控制系統上電，確認直流輸出隔離開關QS1處于斷開狀態，拍下柜內急停按鈕，送10kV電源，確認高壓輸入系統與低壓交流供電系統相序一致。

2.1.9 高壓充電合閘試驗

調試目的：確認設備高壓充電合閘正常。試驗步驟：給控制系統上電，確認直流輸出隔離開關QS1處于斷開狀態;拍下控制柜內的急停按鈕，送10kV電源;解開急停按鈕，觸摸屏上選擇復位，單元開始充電約30s后高壓輸入接觸器閉合，此時在觸摸屏上的單元狀態中可以看到單元電壓在770V左右;拍下急停按鈕，斷開10kV電源。

2.1.10 高壓空載運行試驗

調試目的：考核設備高壓空載運行效果。試驗步驟：給控制系統上電，確認直流輸出隔離開關QS1處于斷開狀態，拍下控制柜內的急停按鈕;送10kV電源，解開急停按鈕，功率單元反充電，等待整流側就緒（觸摸屏上顯示“輕型直流輸電設備已就緒”）;觸摸屏上點擊“起動”，整流運行。

2.2 逆變站調試

和整流站調試相同，對逆變站控制柜電源、急停動作檢測、觸摸屏檢測、變壓器超溫保護等進行調試，符合要求后，系統進入聯調階段。

2.3 直流輸電系統聯調

2.3.1 高壓充電合閘試驗

整流站送10kV電源，設備進行低壓反充電;低壓反充電結束后，高壓進線接觸器合閘，設備顯示已就緒;啟動整流模塊，進入下一步試驗。

2.3.2 直流輸電設備空載運行

啟動整流站，低壓反充電達到6200V后，KM1自動閉合，給移相變壓器供電，設備正常后啟動整流單元，給海纜和逆變單元送電;啟動逆變柜，系統輸出設定值為400VAC;持續10min后停機，斷開整流站10kV電源，系統放電后，則可進入下一步試驗。

2.3.3 直流輸電設備輕載運行

將逆變柜接入輕載系統（電阻箱1000kW），整流站送10kV電源，等待整流站及逆變站就緒;啟動整流柜，監控現場參數;啟動逆變柜，監控現場參數，逐步提高負載;持續10min后停機，斷開整流站10kV電源，系統放電后，則可進入下一步試驗。

2.3.4 直流輸電設備全載運行

將逆變柜接入全載系統（電阻箱2000kW）;整流站送10kV電源，等待整流站及逆變站就緒;啟動整流柜，監測運行數據是否正常;啟動逆變柜，監測運行數據是否正常，逐步提高負載;持續10min后停機，斷開整流站10kV電源，系統放電后，則可進入下一步試驗。

2.3.5 直流輸電設備半容量運行

將逆變柜接入輕載系統（電阻箱1000kW）;整流站送10kV電源，等待整流站及逆變站就緒;啟動整流柜，監測運行數據;啟動逆變柜，監測運行數據;隨機拔掉逆變柜上正極或負極功率單元所對應的任意一根光纖，檢查是否進入系統負極或正極半容量運行狀態;持續10min后停機，斷開整流站10kV電源，等待系統放電完成，進入下一步試驗。

2.3.6 直流輸電系統與應急發電機并網調試

事前完成逆變站輸出的三相電源與平臺應急發電機輸出的三相電源進行電壓值、相序、頻率等進行校核，具備并網調試。調試步驟：檢查直流輸電系統逆變站輸出400VAC正常，啟動平臺應急發電機，帶上應急母排負荷;直流輸電系統給正常母排供電，應急發電機與正常母排進行并車，直流輸電帶載試運行。

3 ?故障排查

3.1 整流側帶電纜充電試驗故障排除

整流站先采用380V繞組給整流器預充電，待電壓上升到最高值后（設定值為6800V），由于帶40km海纜后，預充直流電壓達不到6800V，將設定值更改為6200V，充電成功。

3.2 整流站和逆變站功率元件柜故障排除

（1）整流站和逆變站兩邊重新對模塊各個接點進行檢查和加固，排除接線、插槽等松動影響。

（2）逆變站下載IGBT模塊過流保護程序，增加環流控制。

（3）IGBT為英菲琳和富士兩個品牌，但1200V/450A量級的IGBT沒有單獨檢測，IGBT老化不夠。

（4）逆變器各個模塊的電容電壓比較均衡，但每個逆變單元輸出的三相空載電流值差異較大，最大為28A，最小9A。從仿真的情況看，此時電流是非正弦電流，會存在差異。在帶載調試時，隨著負載的增加，空載狀態下電流大的模塊其電流值上升的慢，空載電流值小的模塊電流增加較快，且各個逆變單元的輸出電流逐漸平均，與理論基本相符。

3.3 中控操作站畫面信息和操控功能與現場操作站不統一

主要包括不能顯示功率單元的狀態和運行情況，如模塊的電壓，電流，功率，報警信息，故障代碼，IGBT溫度等;直流母排的電流在觸摸屏和上位機均無法顯示，另外接地極沒有裝設電流互感器，半容量運行時接地極的電流無法讀取，僅依靠單極的互感器顯示電流。

3.4 海纜保護

海上平臺海底電纜是相對比較脆弱的環節。為了保護海纜，防止短路電流對海底電纜造成不可逆的損害，建議在海纜兩端各增加一套限流電抗器和直流熔斷器，以消除電流的突變。

4 ?調試結果概述

本輪調試完成了輕型直流輸電系統啟動和停止實驗、輕載和全載試驗、單極帶載試驗;與應急發電機并車試驗等，驗證了該系統的可用性和可靠性，完成了不同功率控制方式下系統的穩定性，實現了預期的目標。

該系統開發尚不夠完善，數據錄取不全，響應速度不快，配件兼容性較差;作為一個新系統，油田現場缺少相應的技能人才，需要加強培養;設備運行管理方面經驗缺少，需進一步完善監控系統，完善各項規程。

5 ?結語

該油田采用的輕型直流輸電系統作為一種新型的輸電方式，具有反應速度快、可控性好、體積小、線路輸電能力強、損耗小、兩側交流系統不需同步運行、發生故障時對電網造成的損失小、運行方式靈活、并能消除長距離海纜輸送交流電帶來的巨大容性無功等優點。該系統的調試成功，積極推動了海上油田田大膽采用新技術的決心，特別適合用于長距離點對點大功率輸電，為海上油氣田電力輸送方式提供了一種全新的借鑒。

參考文獻

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