在南方電網區域的貴州大部分地區、廣西桂北地區、廣東粵北等地區冬季經常有低溫雨雪冰凍災害，導致電網設施遭受到嚴重破壞，西氣東輸也受到嚴重影響， 而且一些輸電線路經常跨越高山，容易形成大規模的覆冰，造成輸電線路倒塌、變形等事故， 嚴重的影響了輸電線路的正常運行, 也危害了電網的安全穩定運行。

目前國內的直流融冰裝置，多采用6脈直流融冰，通過6脈直流融冰系統將覆冰線路作為負載，施加直流電源，用較低電壓提供直流電流來加熱導線使覆冰融化，具有適應性強、融冰速度快等優點。

但如果融冰裝置只用于融冰，在一年內的大多少時間處于閑置狀態，造成了設備不能充分利用，給用戶造成很大的資源浪費，為了保證設備能夠充分利用，在國內我們最先采用6脈直流融冰兼SVC系統，在貴州電網變電站投入運行，根據電網的電壓等級不同，采用不同的設計方案，在500kV及以上電壓等級輸電線路中，6脈直流融冰兼SVC已經不能滿足用戶的要求，因此開發研制了12脈波直流融冰兼SVC系統，以滿足高電壓等級輸電線路融冰的需求。

1. 系統概述

1.1. 系統組成

由于整流器與SVC裝置的主要元器件都為晶閘管，同時在結構上有一定的相似性，因此通過切換裝置來控制SVC裝置與直流融冰裝置的轉換，實現裝置具有直流融冰和SVC雙重功能。12脈波直流融冰兼SVC系統的實現是通過控制系統和晶閘管閥組共同完成的。

控制系統根據選擇的功能（SVC功能和融冰功能）不同，設置不同的窗口來完成相應的功能。控制系統采集現場的電流、電壓信號，以同步電壓信號為基準來控制晶閘管閥組上的晶閘管觸發角度，同時接收晶閘管閥組的回報信號，通過回報信號實時監測和顯示晶閘管閥組上的各個晶閘管的狀態。

1.2. 系統功能

本系統具有直流融冰功能和SVC雙重功能。

直流融冰功能：在遭遇冰雪災害的情況下，通過對系統進行切換、重構，可以快速構建成為輸電線路直流融冰裝置，直流融冰裝置是通過整流器將交流電流轉換為直流電流對覆冰輸電線路進行加熱以實現融冰的裝置。

在貴州電網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，利用直流短路電流在導線電阻中產生熱量使覆冰融化，對輸電線路進行快速融冰，保證電網安全運行，提高輸電線路渡越冰雪災害的能力。

SVC功能：考慮到直流融冰裝置每年只工作有限的天數，在其余時間就可以將可控整流直流融冰裝置擴展成無功補償裝置（SVC），經過擴展一次設備，用可控電抗器TCR、濾波裝置FC和固定電容器組，提供系統需要的感性及容性無功功率的功能。

系統控制閥組觸發角在105-165度范圍內調節無功輸出，和電抗器、轉換開關刀閘等，可作為動態調節的無功靜止補償，提供系統需要的無功功率的功能。

1.3. 系統直流融冰方式

直流融冰時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，但由于大多數現場沒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進行融冰，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. 系統切換方案

2.1. 系統總體電氣圖設計

本系統包括整流變壓器、切換裝置、檢測裝置、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等。整流變壓器的接線依次是Δ/Δ、Δ/Ｙ，整流變壓器設計成不同的連接組別，使整流變壓器原、副邊電壓形成不同的相位移，從而使兩臺六脈沖整流器串聯構成12脈沖整流器，以減小交流側的諧波電流，系統總體電氣圖如圖3：

圖3 系統總體電氣圖

2.2. 系統重構方案

根據貴州電網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。

12脈波直流融冰兼SVC系統的實現，通過切換功能裝置實現對融冰功能和SVC功能的切換。兩種功能切換后，融冰功能的平波電抗器轉換成SVC功能時的相控電抗器；融冰功能的晶閘管整流轉換成SVC功能的閥組晶閘管反并聯串；融冰功能的兩個6脈波整流裝置轉換成SVC 功能兩套TCR系統；融冰功能的整流器會消耗無功并產生諧波，所以在母線側配有濾波器，SVC功能時，濾波器濾除TCR 產生的諧波，并提供容性無功。

通過控制切換功能裝置，系統的融冰功能重構圖如圖4所示：

圖4 直流融冰重構圖

在融冰功能下，經過兩個6 脈波整流橋串聯而成12脈波整流橋，接入系統后采用中性點接地方式，保證12脈波直流融冰穩態運行時正負極對稱運行，進而滿足安全要求。

12脈波直流融冰的額定輸出電流為4400A，控制系統根據站內不同線路的融冰需求，來輸出不同的晶閘管觸發角，輸出不同的直流電流，為融冰線路提供直流電源，實現融冰功能。同時經過切換融冰方式裝置，選擇合適的融冰方式，對覆冰輸電線路實現融冰。

系統的SVC功能重構圖如圖5所示：

圖5 SVC重構圖

在SVC功能時，控制系統采集現場的同步電壓、相控電流信號、電網電流，計算處理后給晶閘管發出觸發脈沖，實現SVC功能。

3. 控制系統

控制系統在通常情況下，為SVC控制功能界面，實現無功補償功能；在需要融冰時，把控制系統的界面調到融冰控制功能界面，實現融冰。

3.1. 控制系統組成

控制系統包括SVC控制柜、融冰控制柜、開關控制柜、脈沖切換柜。其控制系統框圖如圖6所示。

圖6 控制系統框圖

SVC控制柜采集交流電壓、交流電流與同步電壓信號，通過SVC控制策略，計算出補償導納和相應的觸發角，并以同步電壓為基準發出此角度的觸發脈沖給脈沖切換柜，通過光纖傳送到晶閘管閥組上的觸發板上，觸發相應的晶閘管，同時觸發板上產生回報信號，通過光纖傳送到SVC控制柜，使SVC控制柜實時監視晶閘管的擊穿狀態。

融冰控制柜采集直流電壓、直流電流信號和同步電壓信號，通過融冰控制策略，計算出晶閘管觸發角大小，并以同步電壓為基準發出觸發脈沖給脈沖切換柜，通過光纖傳送到晶閘管閥組上的觸發板上，觸發相應的晶閘管，同時觸發板上產生回報信號，通過光纖傳送到融冰控制柜，使融冰控制柜也實時監視晶閘管的擊穿狀態。

開關控制柜采集系統的切換功能裝置的開關狀態，實現SVC功能與融冰功能的切換。

脈沖切換柜接收SVC控制柜、融冰控制柜和開關控制柜的命令，然后發出相應命令的觸發脈沖，控制相應功能的晶閘管觸發，使晶閘管閥組完成SVC功能或融冰功能；同時將晶閘管閥組的回報信號輸出給SVC控制柜的回報信號接收板，或者融冰控制柜的回報信號接收板。

3.2保護策略

本系統保護策略均按雙重化配置，每一重保護具有全部的保護功能，同時每重保護具有獨立的、完整的硬件配置和軟件配置，并與另一重保護之間在物理上和電氣上完全獨立[3]。

本系統的融冰模式的時間較短，如果產生誤動也不會對系統產生大的影響，但一旦拒動，就會對設備造成很大的損壞，因此在設計本系統保護時，優先考慮保護的靈敏性，本系統設計了閥短路保護、橋差動保護、直流過流保護、接地過流保護、諧波保護、交流過電壓保護、交流欠壓保護等。

4. 晶閘管閥組

晶閘管閥組包括兩個6脈的晶閘管閥組，每個6脈晶閘管閥組由三個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，上下兩層閥組通過銅排連接。 每層為一個閥組單元，為了方便電氣接線，每個閥組單元設計成相同的結構。

每個閥組單元均由晶閘管單元、觸發板單元、阻容保護單元以及框架單元、均壓單元、水管單元、走線槽單元等組成。

通過切換裝置切換到SVC模式時，單相閥組的上下兩層閥組為正負晶閘管串，實現SVC功能；當融冰模式時，上層閥組單元為正向橋臂，下層閥組單元為負向橋臂，來實現融冰功能。

5. 現場應用分析

本系統應用于貴州電網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

根據表1對貴州電網500kV變電站的500kV線路融冰的進行詳細的分析和計算，則融冰裝置的主要技術參數為：閥側額定電壓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不能滿足以上參數，因此選用了12脈波直流融冰兼SVC系統，12脈波是指在原有6脈波整流的基礎上，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，它把整流器的一個周期內脈波數從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500kV變電站融冰兼SVC系統已經安裝并調試完成，在現場低壓調試的過程中，用示波器測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系統的實際輸出就是在一個周波（20mS）內產生12個脈波，使輸出的電壓連續平穩。

6. 結論

12脈波直流融冰兼SVC系統通過切換重構實現融冰功能與SVC功能，采用了國內先進的整流技術，在技術上達到了國內先進水平。該系統首次應用在貴州電網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、改善電網質量。

本文對系統功能、切換方案、控制系統和晶閘管閥組做了詳細分析，總結了6脈波直流融冰與12脈波直流融冰的異同，對12脈波直流融冰兼SVC系統的應用進行了有益的實現。

（編自《電氣技術》，標題為“12脈波直流融冰兼SVC系統的實現”，作者為胡建華、司明起 等。）