吳江變STATCOM保護系統設計

錢偉 張赟 瞿峰 周強 鄧凱

摘要：STATCOM裝置可提供快速無功控制，能解決無功不足引起的多種問題。現以蘇州南部電網吳江變STATCOM裝置為背景，介紹主設備概況并詳細闡述保護系統設計方案，可為今后更高電壓等級、更大容量STATCOM裝置工程化提供設計參考。

關鍵詞：靜止同步補償器（STATCOM）;主設備;保護配置

0 ? ?引言

江蘇吳江地域電源數目較負荷需求量的缺口大，需要外部潮流輸送來彌補，但存在以下幾個問題：（1）有功和無功電力缺乏，易發生電壓崩潰或動態失穩;（2）交流系統故障易造成錦蘇直流換相失敗導致閉鎖;（3）吳江區域再次接入區外來電將進一步增加電網安全隱患[1-2]。在蘇州南部電網加裝靜止無功補償器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）提供快速無功控制，可在防止系統電壓崩潰、提高系統電壓穩定性、抑制直流換相失敗等方面起到顯著作用[3-5]。

1 ? ?吳江STATCOM基本結構

吳江STATCOM裝置主設備包括連接變、啟動裝置、換流閥、水冷系統等。換流閥是STATCOM核心部件，通過35/220 kV連接變壓器接入220 kV母線，單個橋臂由多個基于IGBT的全橋結構子模塊而級聯輸出額定電壓。啟動裝置包括啟動電阻、旁路刀閘、連接開關等，可以降低換流閥啟動電流沖擊。連接變是換流閥與交流母線之間的連接器，用于向交流系統輸出或吸收可調無功功率。水冷系統利用冷卻水強流循環帶走IGBT正常運行中散發出的熱量，采用內水冷、外風冷的冷卻方式。

2 ? ?吳江變STATCOM保護配置方案

為保證STATCOM設備安全可靠運行，保護設計應滿足繼保四性的要求，吳江變STATCOM保護系統采用分區配置原則，如圖1所示，包括交流保護區、直流保護區及水冷保護區，其中交流保護又包括變壓器保護及35 kV母線保護，直流保護包括3組換流閥及電抗器保護。

2.1 ? ?變壓器保護

220 kV專用變壓器配置2套電氣量保護和1套非電量保護，保護動作時跳開變壓器高、低壓側4臺斷路器的同時，需將3臺STATCOM系統閉鎖。220 kV斷路器的失靈由變壓器保護和35 kV母差保護共同啟動。

2.2 ? ?35 kV母差保護

35 kV母差保護雙套配置，保護動作時跳開3條支路斷路器及220 kV側斷路器，閉鎖換流閥觸發脈沖，35 kV斷路器失靈保護及STATCOM控制保護系統的無流判據都會啟動35 kV母差保護。

2.3 ? ?STATCOM直流保護

STATCOM直流保護設置了三層，主要針對閥組和系統故障提供有效的保護功能，分為器件級保護、閥組級保護和系統級保護。器件級保護會檢測閥組內部器件級的故障，閥組級保護包含閥組內元器件的保護及通信故障保護等，這兩層保護只旁路單個閥模塊，模塊冗余不足時跳閘。系統級保護主要針對STATCOM系統進行保護，故障時延時保護跳閘或單獨閉鎖脈沖。STATCOM直流保護方案如圖2所示。

閥組內的電抗器保護由STATCOM的角內、角外差流驅動其出口，電抗器保護動作會閉鎖相應支路換流閥并跳開35 kV斷路器，同時啟動該斷路器的失靈保護。

2.4 ? ?閥冷控制保護

閥冷控制保護雙套配置，方案如圖3所示，通過對循環水的溫度、電導率、壓力、液位和流量進行實時監測與控制，同時根據各在線參數及機電單元狀態和故障情況輸出報警信號和跳閘信號，并將在線監測數據上傳至后臺PC機，完成水冷系統控制與保護功能。

3 ? ?結語

本文介紹了蘇州南部電網500 kV吳江變STATCOM裝置基本結構及主設備情況，詳細闡述了保護系統配置情況，其能夠保證工程的安全穩定運行，也為后續柔性交直流輸電工程的保護系統研究提供了參考。

[參考文獻]

[1] 蔡暉，張文嘉，萬振東，等.蘇州南部電網的電壓穩定問題及無功補償策略研究[J].電力電容器與無功補償，2017，38（1）：110-116.

[2] 瞿峰，鄧凱，張赟，等.500 kV蘇南UPFC接入對距離保護的影響及應對策略[J].電力工程技術，2018，37（2）：27-32.

[3] 楊曉峰，范文寶，王曉鵬，等.基于模塊組合多電平變換器的STATCOM及其控制[J].電工技術學報，2011（8）：7-13.

[4] 王軒，魏宏，歐朱建，等.一種抑制HVDC換相失敗的STATCOM補償方案[J].電力系統保護與控制，2018，46（5）：135-142.

[5] 肖文靜，李杰，王應芬，等.基于STATCOM的無功補償策略研究[J].電力電容器與無功補償，2019，40（6）：24-29.

收稿日期：2020-07-08

作者簡介：錢偉（1993—），男，江蘇吳江人，助理工程師，研究方向：柔性交直流系統控制與保護。