南海某油田轻型直流输电系统调试
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摘 要：轻型直流输电作为新一代直流输电技术，其在结构上与高压直流输电类似，仍是由换流站和直流输电线路构成。本文介绍了南海某油田轻型直流输电系统的基本情况，叙述了柔性直流输电系统的工作原理，重点总结了此次直流输电系统现场调试的经验，完善了现场调试步骤及注意事项，提炼了总结过程中问题的解决方法。
关键词：直流输电系统 现场调试 解决方法
中图分类号：TE95 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）02（a）-0035-02
南海某油田使用荣信HVDC系列轻型直流系统作为平台之间的电力输送，项目进入设备调试阶段。工程调试分为前期准备、调试、试运行。前期准备阶段主要是对该系统一次设备、二次设备进行校核;调试阶段对该系统进行全面试验;试运行阶段即在所有一、二次设备带电、全部功能均投入运行的情况下，检验系统的合理性。
1 前期准备
1.1 轻型直流输电系统
高压直流输电（HVDC）技术始于20世纪60年代，随着电力电子器件和控制技术的飞速发展，采用IGBT、IGCT等元件构成电压源型换流站（VSC）来进行直流输电成为可能。由于这种方式的功能强，体积小，可以减少换流站的滤波系统，省去换流变压器，简化换流站结构，而称之为轻型直流输电（HVDC Light）。
荣信HVDC系列轻型直流系统可以实现远程监控和网络化控制，采用光纤通讯技术，系统抗电磁干扰能力强，运行更加安全可靠，和用户现场灵活接口，满足用户的不同需求。
1.2 前期的准备情况
调试人员对所有一次设备进行绝缘检查，根据设计对所有保护系统的参数重新校核;检查所有开关、单元的位置和状态，进行一次、二次设备外观;检查一次、二次回路与接线图是否一致;检查各个接地点是否牢固。
2 系统调试
2.1 整流站调试
2.1.1 控制柜电源检测
调试目的：确保设备电源工作良好。试验步骤：控制系统上电，用万用表测试线号为A、B、C相间的交流电压;用万用表分别测量插座口的电压为220V、直流电源输出的电压为±15V、直流电源输出电压为±5V、直流电源输出的电压24V。如测量值不符合，则进行调整。
2.1.2 接触器功能试验
调试目的：确保设备接触器工作良好。试验步骤：分别检查高压真空接触器、KM11、KM12、KM13分合闸功能是否正常，其反馈信号灯是否正常。
2.1.3 急停动作检测
调试目的：确保设备急停按钮工作良好。试验步骤：拍下急停，其对应的继电器将由亮变灭，否则急停信号存在故障，并可从触摸屏查看到相应急停故障信息。复查后，重新测试并做好记录。
2.1.4 触摸屏检测
调试目的：确保触摸屏工作正常。试验步骤：控制系统上电，所有功率单元板卡供低压电;从触摸屏设置参数并确认显示参数与设置参数一致。
2.1.5 低压充电合闸实验
调试目的：确认设备低压充电逻辑正常。试验步骤：控制系统上电，从触摸屏选择低压调试选项;给所有功率单元板卡供低压电，观察接触器动作顺序;充电接触器吸合30s后进线接触器合闸，则表示充电逻辑正常。
2.1.6 变压器超温保护试验
调试目的：确保设备保护系统运行正常。试验步骤：给控制系统上电，从变压器温度检测仪给入超温跳闸信号，查看触摸屏故障信息显示是否正确，复位以后重复上面步骤。
2.1.7 低压反充电试验
调试目的：确认设备低压反充电工作正常。试验步骤：给控制系统上电，确认直流输出隔离开关QS1处于断开状态，从触摸屏选择“调试”功能选项，观察接触器动作顺序以及合闸时功率单元电压显示。
2.1.8 高压同步相位校验
调试目的：确认设备高压输入与低压控制电相位同步。试验步骤：给控制系统上电，确认直流输出隔离开关QS1处于断开状态，拍下柜内急停按钮，送10kV电源，确认高压输入系统与低压交流供电系统相序一致。
2.1.9 高压充电合闸试验
调试目的：确认设备高压充电合闸正常。试验步骤：给控制系统上电，确认直流输出隔离开关QS1处于断开状态;拍下控制柜内的急停按钮，送10kV电源;解开急停按钮，触摸屏上选择复位，单元开始充电约30s后高压输入接触器闭合，此时在触摸屏上的单元状态中可以看到单元电压在770V左右;拍下急停按钮，断开10kV电源。
2.1.10 高压空载运行试验
调试目的：考核设备高压空载运行效果。试验步骤：给控制系统上电，确认直流输出隔离开关QS1处于断开状态，拍下控制柜内的急停按钮;送10kV电源，解开急停按钮，功率单元反充电，等待整流侧就绪（触摸屏上显示“轻型直流输电设备已就绪”）;触摸屏上点击“起动”，整流运行。
2.2 逆变站调试
和整流站调试相同，对逆变站控制柜电源、急停动作检测、触摸屏检测、变压器超温保护等进行调试，符合要求后，系统进入联调阶段。
2.3 直流输电系统联调
2.3.1 高压充电合闸试验
整流站送10kV电源，设备进行低压反充电;低压反充电结束后，高压进线接触器合闸，设备顯示已就绪;启动整流模块，进入下一步试验。 2.3.2 直流输电设备空载运行
启动整流站，低压反充电达到6200V后，KM1自动闭合，给移相变压器供电，设备正常后启动整流单元，给海缆和逆变单元送电;启动逆变柜，系统输出设定值为400VAC;持续10min后停机，断开整流站10kV电源，系统放电后，则可进入下一步试验。
2.3.3 直流输电设备轻载运行
将逆变柜接入轻载系统（电阻箱1000kW），整流站送10kV电源，等待整流站及逆变站就绪;启动整流柜，监控现场参数;启动逆变柜，监控现场参数，逐步提高负载;持续10min后停机，断开整流站10kV电源，系统放电后，则可进入下一步试验。
2.3.4 直流输电设备全载运行
将逆变柜接入全载系统（电阻箱2000kW）;整流站送10kV电源，等待整流站及逆变站就绪;启动整流柜，监测运行数据是否正常;启动逆变柜，监测运行数据是否正常，逐步提高负载;持续10min后停机，断开整流站10kV电源，系统放电后，则可进入下一步试验。
2.3.5 直流输电设备半容量运行
将逆变柜接入轻载系统（电阻箱1000kW）;整流站送10kV电源，等待整流站及逆变站就绪;启动整流柜，监测运行数据;启动逆变柜，监测运行数据;随机拔掉逆变柜上正极或负极功率单元所对应的任意一根光纤，检查是否进入系统负极或正极半容量运行状态;持续10min后停机，断开整流站10kV电源，等待系统放电完成，进入下一步试验。
2.3.6 直流输电系统与应急发电机并网调试
事前完成逆变站输出的三相电源与平台应急发电机输出的三相电源进行电压值、相序、频率等进行校核，具备并网调试。调试步骤：检查直流输电系统逆变站输出400VAC正常，启动平台应急发电机，带上应急母排负荷;直流输电系统给正常母排供电，應急发电机与正常母排进行并车，直流输电带载试运行。
3 故障排查
3.1 整流侧带电缆充电试验故障排除
整流站先采用380V绕组给整流器预充电，待电压上升到最高值后（设定值为6800V），由于带40km海缆后，预充直流电压达不到6800V，将设定值更改为6200V，充电成功。
3.2 整流站和逆变站功率元件柜故障排除
（1）整流站和逆变站两边重新对模块各个接点进行检查和加固，排除接线、插槽等松动影响。
（2）逆变站下载IGBT模块过流保护程序，增加环流控制。
（3）IGBT为英菲琳和富士两个品牌，但1200V/450A量级的IGBT没有单独检测，IGBT老化不够。
（4）逆变器各个模块的电容电压比较均衡，但每个逆变单元输出的三相空载电流值差异较大，最大为28A，最小9A。从仿真的情况看，此时电流是非正弦电流，会存在差异。在带载调试时，随着负载的增加，空载状态下电流大的模块其电流值上升的慢，空载电流值小的模块电流增加较快，且各个逆变单元的输出电流逐渐平均，与理论基本相符。
3.3 中控操作站画面信息和操控功能与现场操作站不统一
主要包括不能显示功率单元的状态和运行情况，如模块的电压，电流，功率，报警信息，故障代码，IGBT温度等;直流母排的电流在触摸屏和上位机均无法显示，另外接地极没有装设电流互感器，半容量运行时接地极的电流无法读取，仅依靠单极的互感器显示电流。
3.4 海缆保护
海上平台海底电缆是相对比较脆弱的环节。为了保护海缆，防止短路电流对海底电缆造成不可逆的损害，建议在海缆两端各增加一套限流电抗器和直流熔断器，以消除电流的突变。
4 调试结果概述
本轮调试完成了轻型直流输电系统启动和停止实验、轻载和全载试验、单极带载试验;与应急发电机并车试验等，验证了该系统的可用性和可靠性，完成了不同功率控制方式下系统的稳定性，实现了预期的目标。
该系统开发尚不够完善，数据录取不全，响应速度不快，配件兼容性较差;作为一个新系统，油田现场缺少相应的技能人才，需要加强培养;设备运行管理方面经验缺少，需进一步完善监控系统，完善各项规程。
5 结语
该油田采用的轻型直流输电系统作为一种新型的输电方式，具有反应速度快、可控性好、体积小、线路输电能力强、损耗小、两侧交流系统不需同步运行、发生故障时对电网造成的损失小、运行方式灵活、并能消除长距离海缆输送交流电带来的巨大容性无功等优点。该系统的调试成功，积极推动了海上油田田大胆采用新技术的决心，特别适合用于长距离点对点大功率输电，为海上油气田电力输送方式提供了一种全新的借鉴。
参考文献
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