直流输电系统可靠性指标和提高可靠性的措施
3.2 参数灵敏度分析
(1) 换流变故障率灵敏度( 表4) 。
(2) 换流变修复时间灵敏度( 表5) 。
(3) 桥阀故障率灵敏度( 表6) 。
(4) 桥阀修复时间灵敏度( 表7) 。
2004 年江城直流、贵广直流输电系统相继投入运行, 目前我国在运的高压直流输电系统已达到5条, 总输送容量13 000MW, 2004 年全年输送电量460.99 亿kW·h, 直流输电已经成为网间电力交换的主要方式[7]。2004 年葛南直流输电系统长期在额定功率下运行, 送电功率及送电电量均达到了历史最高水平。下面以在运的葛南直流输电工程为例, 具体分析其可靠性指标并总结影响可靠性指标的因素。2004 年度葛南直流系统送电功率和输送电量达到了历史最好水平, 共输送电量63.45 亿kW·h, 能量利用率达到60.19%, 对缓解华东地区的缺电局面起到了重要作用。2004 年葛南系统的各项运行指标都达到了一个较高的水平, 特别是双极非计划停运次数得到了明显降低, 全年仅为1 次( 2003 年为3次) 。对系统的影响主要是由于计划停运造成, 系统总的能量不可用率为17.448%, 而计划能量不可用率就达到16.983%。见表8。
说明影响葛南直流输电可靠性的原因主要有以下几类, 见表9 所示。
从上面的数据综合比较可以看出对系统能量可用率影响较大的是换流站中的非设备因素, 在表9中归结为“其他”, 其中年度大修成为影响指标的主要因素, 影响全年能量可用率达到16.665 个百分点。控制及保护和直流线路是影响系统指标的第2位原因, 另外直流线路的影响也应引起各运行单位的重视。
4 提高直流输电工程可靠性措施
所有提高常规直流输电可靠性的措施对于提高特高压直流输电的可靠性依然有效, 并且要进一步予以加强。主要包括: 降低元部件故障率; 采取合理的结构设计, 如模块化、开放式等; 广泛采用冗余的概念, 如控制保护系统、水冷系统的并行冗余和晶闸管的串行冗余等; 加强设备状态监视和设备自检功能等。
通过对直流输电系统可靠性指标的分析和对实际运行的直流输电系统可靠性分析, 可以看出, 为了提高系统的可用率, 必须从降低元部件故障率和缩短故障停运时间2 方面着手。具体介绍如下:
4.1 降低元部件故障率
元部件的故障率对系统的可靠性及可用率影响很大, 尤其是换流站中的很多重要设备如换流阀、换流变压器、平波电抗器、直流场设备以及交流滤波器等。如在葛南直流输电工程的停运事故中, 大部分与设备本身的设计与制造缺陷有关, 如平波电抗器、交直流滤波器电容器等的损坏就是如此。因此, 应要求制造厂严把质量关, 提高产品质量, 努力降低元部件故障率。针对以往直流工程交流滤波电容器及直流滤波电容器故障率高的情况, 在特高压直流输电工程中应总结分析以往直流工程经验, 降低交流滤波电容器及直流滤波电容器故障率。另外, 特高压直流换流站换流变压器台数多, 出现故障时搬运备用换流变时间会较长, 因此, 应努力降低换流变压器的故障率, 减少使用备用换流变压器的情况。
4.2 冗余与多重化
控制保护系统采用冗余与多重化全都采用多重化设计, 当工作中的通道发生故障时, 处于热备用状态的通道自动切换到工作状态, 不影响功率的正常输送, 从而提高系统的可靠性和可用率[8]。另外, 和常规换流站一样, 特高压直流换流站中可控硅数量也应考虑一定比例的冗余。
4.3 避免控制保护系统死机现象
以往曾有直流输电工程出现死机现象, 降低了控制保护系统的可靠性。对于特高压直流输电系统,控制保护系统更加复杂, 应总结以往直流输电工程经验, 提高控制保护系统的运行稳定性, 避免发生死机现象。
4.4 选择合适的电气接线
在直流换流站中, 电气接线包括阀组接线、换流变压器接线、直流场接线、交流滤波器组接线、交流场接线等。如前所述, 各部分不同的接线型式可靠性不同, 要对设备制造、运输、投资以及可靠性进行综合比较, 选择合适的电气接线。
4.5 提高直流场设备的耐污秽能力
国内已建设的直流输电工程大多定期对直流场设备采取涂刷RTV 的措施以提高设备的耐污秽能力。±800 kV 特高压直流输电工程若采用户外直流场, 直流场高压设备爬距将很大, 设备高度将很高,这给涂刷工作带来了困难, 涂刷时间将更长。而涂刷时需停电进行, 这就降低了直流系统的可用率, 而且, 特高压直流输电工程输送容量大, 在电力系统中位置非常重要, 对可靠性要求高, 为提高直流场设备的耐污秽能力, 可考虑采用户内直流场。
4.6 提高站用电可靠性
站用电对直流输电工程可靠性起着关键的作用, 换流站一旦失去站用电, 将造成直流双极闭锁。提高站用电可靠性包括2 个方面, 分别是站用电源的可靠性和站用电接线的可靠性。提高站用电源可靠性可采用在站内交流场引接站用降压变压器方案或采用分裂变压器方案。提高站用电接线的可靠性可采用分段接线, 低压供电系统采用分区供电方案。对于±800 kV 特高压直流换流站, 国际上尚无先例,阀厅数量及换流变数量是常规±500 kV 直流换流站的2 倍, 研究站用电的接入方案和站内的站用电接线方式、设备配置就显得十分重要。
4.7 优化设计换流变的搬运及轨道布置
±800 kV 级换流变运输尺寸大, 需要的搬运空间大, 搬运时间较长, 应合理设计换流变的搬运及轨道布置, 使得搬运换流变方便、快捷, 缩短搬运时间,从而提高系统可靠性及可用率。
4.8 优化设计备用换流变布置位置及转向方案
备用换流变的位置及转向方案对检修时减少停电时间、减少停电损失至关重要, 当工作换流变压器需要检修时, 如何快捷、迅速地将备用换流变运至工作换流变压器的位置, 需要重点研究。
4.9 合理选择设计风速及地震设防烈度
特高压直流工程投资大, 输送容量大, 在系统中位置十分重要, 这就对安全可靠性提出了更高的要求。无疑, 提高设计风速及地震设防烈度取值是提高安全可靠性的措施, 但相应会增加工程投资。为此,应研究采用不同的风速、地震强度等设计条件对造价的影响, 对敏感性进行分析, 找到最佳的匹配方案。
4.10 防火
工程设计及运行管理中, 应高度重视防火, 坚决杜绝火灾事故。
5 参考文献
1 赵畹君, 谢国恩, 曾南超, 陶瑜, 刘泽洪.高压直流输电工程技术.中国电力出版社, 2004 年8 月
2 陶瑜, 龙英, 韩伟.高压直流输电控制保护技术的发展与现状.高电压技术, 2004, 30( 11) : 8～10
3 浙江大学发电教研组直流输电科研组.直流输电.北京: 电力出版社, 1982
4 艾琳, 陈为化.高压直流输电线路行波保护判据的研究.继电器,2003,31(10):41~44.
5 Mallat S, HwangWL. Singularity detection and processingwith wavelets.IEEE Transaction on Information Theory,1992,38(2):617~643
6 Mallat S, Zhong S. characterization of Signal fromMulti- scale Edges .IEEE Trans on Pattern Analysis andMachine Intelligence, 1992, 14(7)
7 余建国, 彭饱书, 等. 现代高压直流输电技术在南方电网的应用.南方电网技术研究, 2005, 1( 1) : 9～27.
8 胡铭, 田杰, 李海英, 等.高压直流输电控制保护系统国产化研究及其应用. 中国科协2004 年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004 年学术年会论文集, 2004: 743～747
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