可控串补装置(TCSC)的运行和维护技术

可控串补装置（TCSC）的运行和维护技术

彭夕岚 王维洲

〔摘要〕甘肃碧口～成县220kV线路上装设的TCSC装置，是我国第一套国

产化可控串补装置，于2004年12月22日投入运行，成为世界上第8套TCSC

装置。笔者通过对国内外已运行TCSC装置的了解分析，并与碧成线TCSC进行对

比，提出TCSC运行和维护中值得借鉴的技术、经验。

〔关键词〕TCSC 运行 维护 技术

1 运行串补装置简介

甘肃碧口～成县220kV线路上装设的TCSC装置投运之前，世界上运行的TCSC有7套，在美国有3套、瑞典1套、巴西2套、我国1套。这其中，ABB公司提供了3套，西门子公司提供了3套，GE公司提供了1套。我国的1套加装在广西境内的500kV天平一、二回线路的平果侧，每回线路额定补偿度为40%，额定补偿容量为400Mvar，其中35%为固定串补，5%为可控串补，全部装置由西门子公司生产。另外，华北电力集团公司山西大同～北京房山的500kV线路采用35%的固定串补，串补装置及装置保护全部由ABB公司提供。500kV丰（镇）～万（全）～顺（义）双回线路在张家口万全变电站双进双出四回线各加装一套固定串补装置，丰万线补偿度35%，万顺线补偿度45%，串补装置由芬兰诺基亚公司提供。还有山西阳城～江苏的500kV线路采用40%的固定串补，串补装置及装置保护全部由西门子公司提供。可见，220kV碧成TCSC装置国产化前，国内运行的超高压线路上的固定和可控串补装置全部是进口设备。

2 碧成220kV线路TCSC装置

为提高碧成220kV线路的送电能力及稳定裕度，在碧口～成县220kV线路上装设了我国第一套国产化可控串联电容补偿装置，该装置电容器额定容量为95.3Mvar、额定容抗为21.7Ω，金属氧化物变阻器（MOV）容量按10MJ/相配置，线路可控串补度50%。可控串补站设在成县变电所。随着330kV天水～成县线路的投运，该变电所目前有330、220、110、35、10kV 五个电压等级，通过120km的330kV线路与甘肃主网连接，通过142 km的220kV线路与碧口水电厂连接。

3 TCSC的基本原理

可控串补顾名思义就是在输电线路中串联可控的电容器，抵消输电线路本身固有的感抗，使整个输电线路的阻抗值减小并实现可控，从而加强两侧电源联系，提高系统的暂态稳定性和输电线路的输送能力，实现线路潮流控制，抑制次同步振荡（SSR）等功能。

常规的TCSC由电容器、旁路电抗器、MOV、旁路火花间隙、反向并联晶闸管和旁路断路器等组成。接线示意图见图1。

TCR — 旁路电抗器，V1、V2 — 反向并联晶闸管

图1：TCSC接线示意图

TCSC的基本原理是：通过对晶闸管阀的调节，控制流过旁路电抗器的电流，从而使TCSC 的容抗实现可控。当电压达到一定水平时，MOV动作，实现对电容器的过电压保护。当MOV 不能动作而电压升高到一定水平时，间隙击穿，实现对电容器、MOV的过电压保护。旁路断路器的动作是最后一道防线，实现对电容器、MOV的过电压保护。其原理类似电力系统的三段式保护。

4 TCSC的运行和维护技术

4.1国内外的运行经验

4.1.1瑞典的运行实例

瑞典有8条400 kV线路将北部的水电站和南部的核电站相连，每条线路长达500公里以上，都采用了串联补偿，补偿度是70%，最初采用固定串补装置（FSC），曾发生过次同步谐振。1997年首套TCSC在STODE串补站投入运行，是在原有的固定串补装置上串联了可控部分，可控部分加固定部分整体装置正常工作在1.1倍的额定容抗下，对工频电流呈现容抗，对于15～20赫兹的次同步电流呈现感抗，对次同步谐振不会产生激励作用。运行中晶闸管产生3、5、7、9次奇次谐波，但是幅值较小，不至于对电力系统造成影响，因此不需要采用过滤器。晶闸管冷却水是纯净水，水中有添加剂，但添加剂对散热不利，冷却器的风扇发出的噪音约在60分贝。TCSC投入运行后，有效的抑制了系统次同步谐振。

装置维护的情况是：绝缘平台上的设备每年检查一次。晶闸管主要检查清洁与否，其冗余度较大，坏1～2个仍可以正常运行。MOV不需要维护，其冗余度和晶闸管类似，MOV损坏的情况发生很少。电容器1～2年用电桥法测量检查一次，每 5年检修一次。冷却水系统每一个月检查一次，主要检查有无泄漏，每两年维护一次，每5年加水一次，每次加10公斤左右，每5年检修一次。冷却水水泵有冗余配置，采用水温度控制启停，水的温度设定在25度。冷却系统的控制部分和整套装置的控制部分布置在小屋内，屋内温度需要空调维持，空调的可用率要达到98.5%以上。整套装置采用无人值班方式运行，需要3～4名维护人员。

4.1.2巴西的运行实例

TCSC发挥作用显著并最能说明问题的例子发生在巴西。巴西1999年开始在相距1000公里的南北两个水电网的500kV联络线上采用串补技术，用来提高线路的传输功率。其中一

套是可控串补，补偿度6%。五套是固定串补，补偿度55%。运行中，可控串补的实际电抗和装置固有的电抗比值（提升因子）可以达到1～3倍，即补偿度在5%～15%之间，提升因子在额定状况下设定为1.2，晶闸管阀的额定耐受能力为1500A，10秒钟内的额定耐受能力为3000A，60毫秒内的额定耐受能力为40kA。实际运行中，可控串补有效抑制了系统间0.2 Hz 的低频震荡，提高联络线的传输功率约1300MW。同时，可控串补装置自身还可以分辨出系统震荡和次同步震荡的不同工况，通过改变控制软件，可以抑制不同的震荡，但是这两种功能不能同时工作。

4.1.3广西平果局的运行实例

该串补站从土建到调试，用了6个月时间就完成了（按照正常进度至少14个月）。由于工期紧，建设时没有考虑预留检修通道，给运行维护造成了一定困难。由于是国内第一套进口的TCSC，没有建立相应的标准、规程，分系统的调试没有验收就投入运行，只是在投运时进行了消缺。运行规程和检修规范是平果局自己编制的。投运半年多时间，固定部分根据调度指令一直投运，可控部分投运时间不足1个月，曾出现两次故障，其中一次造成跳闸，主要是保护配合的问题。从运行情况看，一次设备运行良好，二次部分和可控部分仍然没有完全掌握，是薄弱环节。按照设计，串补投运后可提高单回线输送能力22万千瓦，实际两条线约增加输送能力30~40万千瓦（可控部分晶闸管阀的动作整定不能超过1.1倍额定电压，超过后实际是按照固定串补运行，可能也影响了提高输送能力和抑制系统低频振荡的作用）。

4.2碧成220kV线路TCSC装置的特点

这是我国第一套国产化的示范工程，为了提高装置运行的可靠性、安全性，将TCSC的可控部分（晶闸管阀）和固定部分（固定串联补偿装置）设置于两个独立平台。如图2所示，有三种运行方式，一是固定串联补偿运行，二是可控串联补偿运行，三是串联电容器被旁路运行。以上运行方式在世界上属首次。

图2：碧成220kV线路TCSC装置接线示意图

5值得借鉴的经验

5.1国外TCSC运行良好，并发挥了很好的作用。TCSC以无人值班方式为主，运行和

维护技术不复杂，工作量不大；

5.2国内固定串补装置总体运行良好，南方电网计划在西电东送的线路上广泛应用。但