高压直流一次设备运行可靠性分析

高压直流一次设备运行可靠性分析

周磊

周磊

国网山东省电力公司检修公司山东省济南市250021

摘要：当发生冰雪灾害时，双换流器并联运行可进一步增大直流线路的电流，使输电线路的融冰能力显著提高。高压直流工程中配备了单极双12脉动换流器串联设计，能够提供46种可供选择的运行方式，并具有换流器在线投退功能。此模块式使特高压直流工程具有更多的选择性和更高的可靠性。首先通过对比常规直流工程与特高压直流工程一次设备接线方式，分析了单极双12脉动换流器的运行稳定性。随后研究了直流线路的融冰能力并对单极双12脉动换流器的内部故障进行可靠性分析。

关键词：输电系统；单位输电建设成本；技术经济；评估

引言

特高压交流和特高压直流输电技术是在超高压电网技术和高压直流输电技术基础上的创新和技术进步。我国特高压输电工程建设正在不断推进。应用特高压输电技术的目标是更经济、更可靠地解决现有输电技术难于解决或能解决但不经济的更大规模更远距离的输电问题。

1、特高压直流输电状态检修的实施

1.1换流站设备技术特点

从设备的重要性及总体数量来看，换流站的主要设备包括换流变压器、换流阀、交流滤波器、气体绝缘组合电器（gasinsulatedswitchgear，GIS）、控制保护设备、阀冷却设备。换流站设备的最大特点是数量大、油气绝缘间隔多、旋转设备多、设备间联系紧密。换流站有完整的控制保护系统，监控自动化水平高、智能化水平高、报警信息完善。实际上全站范围内大量的信号都已可以实时采集上送。以换流变压器为例上送到运行人员工作站的信号包括：绕组温度、油温、分接头挡位、在线气体分析结果等。通过进一步增加带电检测和在线监测可以获得：本体及分接开关油位、绝缘油色谱、红外测温图谱、SF6套管气体压力、铁心及夹件泄漏电流。可见在获得这些状态量的基础上结合运行工况分析，可以全面有效的判定换流变压器的完整性。

1.2特高压换流站状态检修现状

目前换流站主要采用的检修方式主要有故障检修、定期检修以及状态检修3种。故障检修，又称事后检修，仅在设备故障后进行检修和改造，但对于特高压换流站，需要实时保持电气设备健康状态，保证安全稳定输送电能，因此这种检修方式不能单独运用于换流站检修当中；定期检修，是在掌握设备平均寿命与故障率的基础上，按照计划时间或者检修周期所进行的检修方式，依据检修间隔期，编制检修计划，对高压电力设备进行预防性实验为基础的计划检修，统一规程制度、检修项目、检修间隔、检修工期等内容，对高压电力设备进行预防性实验为基础的计划检修，是目前特高压直流输电检修的主要方式；状态检修是根据设备状态执行的预防性操作，通过电气设备的运行、检修及试验状态与监测数据，分析趋势并加以预测、诊断，估计高压设备寿命，然后指导并确定检修项目、周期以及检修内容等。状态检修基于对特高压换流设备状态参数的实时监测，能反映状态信息参数的相对变化，并给出明确阈值及相关判据判断设备是否需要检修，可以提高特高压直流输电系统能量可用率，减少不必要的维护和检修，弥补计划维修带来的不足，是特高压直流检修的发展方向。特高压直流输电状态检修的核心在于梳理出各类设备的状态量，充分利用现代通信技术及时上传并结合历史数据判定设备状态。设备状态判断的阈值研究需要经过一段时间的积累和总结，按照“日比对、周分析、月总结”要求开展设备状态评价，有针对性的开展设备巡视、消缺、在线监测数据记录、带电检测、停电试验及故障抢修是状态检修的核心内容。目前国家电网公司所运营的特高压直流输电系统的检修遵照执行《特高压变电站和直流换流站状态检修管理标准》，该标准明确了设备状态量的确定与获取、设备状态巡视、在线监测和带电检测、设备状态评价分析、异常处理及检修等内容。预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是准确掌握设备状态，保证电力系统安全运行的有效手段。直流输电的状态检修也要通过设备的历史运行、检修及试验状态和连续监测数据，分析其趋势，加以预测、诊断，估计设备的寿命，然后确定检修项目、频度与检修内容。目前国家电网公司所辖换流站设备的预试工作执行Q/GDW299—2009《±800kV特高压直流设备预防性试验规程》及Q/GDW1168—2013《输变电设备状态检修试验规程》，直流换流站主要设备的例行试验项目、试验基准周期、试验要求等内容。

1.3在线监测系统的应用

目前换流站大量配置的在线监测系统主要是换流变在线油色谱、SF6在线监测、阀厅红外在线监测。从近5a的运行经验来看，上述系统在技术上已经成熟，实际应用中已起到了提早发现设备异常避免设备损坏的作用。

1.3.1换流变在线油色谱

变压器在出现内部短路、放电等故障的前期过程中，变压器油将和绝缘纸板在高温、电弧的作用下分解为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、一氧化碳、二氧化碳、氢气等低分子气体。随着故障的缓慢发展，低分子气体在油中不断扩散和溶解，不同的气体含

2、两种直流工程的运行方式对比

±800kV特高压直流工程主回路接线如图1（a）所示，其与±500kV常规直流输电工程最显著的不同为：主回路接线结构采用每极两个12脉动换流器串联的接线方式。其将直流输电系统电压由±500kV提高到了±800kV，双极共4个12脉动换流器，且每极的单12脉动换流器可以独立运行。根据±800kV特高压直流工程的主回路接线方式，可以有以下7类接线运行方式：

1）双极双换流器接线运行方式。2）双极换流器不平衡接线3）双极单换流器接线运行方式16种。4）单极双换流器大地回线运行方式两种。5）单极双换流器金属回线运行方式两种。6）单极单换流器大地回线运行方式8种。7）单极单换流器金属回线运行方式8种。总的接线方式共有45种。±500kV常规直流输电工程的接线方式如图1（b）所示，其主回路接线结构为每极一个12脉动换流器，双极由两个12脉动换流器串联组成，共有3类接线运行方式：1）双极双换流器大地回线运行方式。2）单极单换流器大地回线运行方式，包括极1、极2单换流器大地回线运行方式两种。3）单极单换流器金属回线运行方式，包括极1、极2单换流器金属回线运行方式两种。总的接线方式共有5种。其中，在±800kV特高压直流工程正常运行及一次设备临时检修状态下，较为常用的运行方式有：双极双换流器接线、双极换流器不平衡接线、双极单换流器接线三种，如图2所示。图2特高压工程常用接线运行方式图±500kV常规直流输电工程，较为常用的接线运行方式有：双极双换流器大地回线和单极单换流器大地回线。特高压直流工程中常用运行方式25种，特殊运行方式20种。常规直流输电工程常用运行方式3种，特殊运行方式两种。特高压直流工程与常规直流输电工程相比，除了采用了每极双12脉动换流器串联的接线方式外，由于每一个12脉动换流器均可独立运行，所以每个12脉动单换流器均可通过控制解锁/闭锁时间与旁路区域一次设备之间相互配合来实现单个12脉动换流器的在线投入退出功能。

结束语

通过对特高压直流工程与常规直流工程的一次设备的运行接线方式比较，发现特高压直流工程接线结构的常规运行方式和特殊运行方式数量远大于常规直流输电工程。单12脉动换流器内部元器件发生故障时，可以保证直流输电系统在不损失直流负荷（输送功率低于4800MW）的情况下，将故障换流器隔离检修。不仅为故障设备的隔离检修提供很大的便利性，还大大降低了因换流器内元器件故障导致单双极强迫停运的风险，提高了直流输电系统的可靠性。

参考文献：

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