直流輸電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)和提高可靠性的措施

3.2 參數(shù)靈敏度分析

(1) 換流變故障率靈敏度( 表4) 。

(2) 換流變修復(fù)時間靈敏度( 表5) 。

(3) 橋閥故障率靈敏度( 表6) 。

(4) 橋閥修復(fù)時間靈敏度( 表7) 。

3.3 運行中的直流輸電系統(tǒng)可靠性分析

2004 年江城直流、貴廣直流輸電系統(tǒng)相繼投入運行, 目前我國在運的高壓直流輸電系統(tǒng)已達(dá)到5條, 總輸送容量13 000MW, 2004 年全年輸送電量460.99 億kW·h, 直流輸電已經(jīng)成為網(wǎng)間電力交換的主要方式[7]。2004 年葛南直流輸電系統(tǒng)長期在額定功率下運行, 送電功率及送電電量均達(dá)到了歷史最高水平。下面以在運的葛南直流輸電工程為例, 具體分析其可靠性指標(biāo)并總結(jié)影響可靠性指標(biāo)的因素。2004 年度葛南直流系統(tǒng)送電功率和輸送電量達(dá)到了歷史最好水平, 共輸送電量63.45 億kW·h, 能量利用率達(dá)到60.19%, 對緩解華東地區(qū)的缺電局面起到了重要作用。2004 年葛南系統(tǒng)的各項運行指標(biāo)都達(dá)到了一個較高的水平, 特別是雙極非計劃停運次數(shù)得到了明顯降低, 全年僅為1 次( 2003 年為3次) 。對系統(tǒng)的影響主要是由于計劃停運造成, 系統(tǒng)總的能量不可用率為17.448%, 而計劃能量不可用率就達(dá)到16.983%。見表8。

說明影響葛南直流輸電可靠性的原因主要有以下幾類, 見表9 所示。

從上面的數(shù)據(jù)綜合比較可以看出對系統(tǒng)能量可用率影響較大的是換流站中的非設(shè)備因素, 在表9中歸結(jié)為“其他”, 其中年度大修成為影響指標(biāo)的主要因素, 影響全年能量可用率達(dá)到16.665 個百分點。控制及保護(hù)和直流線路是影響系統(tǒng)指標(biāo)的第2位原因, 另外直流線路的影響也應(yīng)引起各運行單位的重視。

4 提高直流輸電工程可靠性措施

所有提高常規(guī)直流輸電可靠性的措施對于提高特高壓直流輸電的可靠性依然有效, 并且要進(jìn)一步予以加強。主要包括: 降低元部件故障率; 采取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計, 如模塊化、開放式等; 廣泛采用冗余的概念, 如控制保護(hù)系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)的并行冗余和晶閘管的串行冗余等; 加強設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和設(shè)備自檢功能等。

通過對直流輸電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的分析和對實際運行的直流輸電系統(tǒng)可靠性分析, 可以看出, 為了提高系統(tǒng)的可用率, 必須從降低元部件故障率和縮短故障停運時間2 方面著手。具體介紹如下:

4.1 降低元部件故障率

元部件的故障率對系統(tǒng)的可靠性及可用率影響很大, 尤其是換流站中的很多重要設(shè)備如換流閥、換流變壓器、平波電抗器、直流場設(shè)備以及交流濾波器等。如在葛南直流輸電工程的停運事故中, 大部分與設(shè)備本身的設(shè)計與制造缺陷有關(guān), 如平波電抗器、交直流濾波器電容器等的損壞就是如此。因此, 應(yīng)要求制造廠嚴(yán)把質(zhì)量關(guān), 提高產(chǎn)品質(zhì)量, 努力降低元部件故障率。針對以往直流工程交流濾波電容器及直流濾波電容器故障率高的情況, 在特高壓直流輸電工程中應(yīng)總結(jié)分析以往直流工程經(jīng)驗, 降低交流濾波電容器及直流濾波電容器故障率。另外, 特高壓直流換流站換流變壓器臺數(shù)多, 出現(xiàn)故障時搬運備用換流變時間會較長, 因此, 應(yīng)努力降低換流變壓器的故障率, 減少使用備用換流變壓器的情況。

4.2 冗余與多重化

控制保護(hù)系統(tǒng)采用冗余與多重化全都采用多重化設(shè)計, 當(dāng)工作中的通道發(fā)生故障時, 處于熱備用狀態(tài)的通道自動切換到工作狀態(tài), 不影響功率的正常輸送, 從而提高系統(tǒng)的可靠性和可用率[8]。另外, 和常規(guī)換流站一樣, 特高壓直流換流站中可控硅數(shù)量也應(yīng)考慮一定比例的冗余。

4.3 避免控制保護(hù)系統(tǒng)死機現(xiàn)象

以往曾有直流輸電工程出現(xiàn)死機現(xiàn)象, 降低了控制保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。對于特高壓直流輸電系統(tǒng),控制保護(hù)系統(tǒng)更加復(fù)雜, 應(yīng)總結(jié)以往直流輸電工程經(jīng)驗, 提高控制保護(hù)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性, 避免發(fā)生死機現(xiàn)象。

4.4 選擇合適的電氣接線

在直流換流站中, 電氣接線包括閥組接線、換流變壓器接線、直流場接線、交流濾波器組接線、交流場接線等。如前所述, 各部分不同的接線型式可靠性不同, 要對設(shè)備制造、運輸、投資以及可靠性進(jìn)行綜合比較, 選擇合適的電氣接線。

4.5 提高直流場設(shè)備的耐污穢能力

國內(nèi)已建設(shè)的直流輸電工程大多定期對直流場設(shè)備采取涂刷RTV 的措施以提高設(shè)備的耐污穢能力。±800 kV 特高壓直流輸電工程若采用戶外直流場, 直流場高壓設(shè)備爬距將很大, 設(shè)備高度將很高,這給涂刷工作帶來了困難, 涂刷時間將更長。而涂刷時需停電進(jìn)行, 這就降低了直流系統(tǒng)的可用率, 而且, 特高壓直流輸電工程輸送容量大, 在電力系統(tǒng)中位置非常重要, 對可靠性要求高, 為提高直流場設(shè)備的耐污穢能力, 可考慮采用戶內(nèi)直流場。

4.6 提高站用電可靠性

站用電對直流輸電工程可靠性起著關(guān)鍵的作用, 換流站一旦失去站用電, 將造成直流雙極閉鎖。提高站用電可靠性包括2 個方面, 分別是站用電源的可靠性和站用電接線的可靠性。提高站用電源可靠性可采用在站內(nèi)交流場引接站用降壓變壓器方案或采用分裂變壓器方案。提高站用電接線的可靠性可采用分段接線, 低壓供電系統(tǒng)采用分區(qū)供電方案。對于±800 kV 特高壓直流換流站, 國際上尚無先例,閥廳數(shù)量及換流變數(shù)量是常規(guī)±500 kV 直流換流站的2 倍, 研究站用電的接入方案和站內(nèi)的站用電接線方式、設(shè)備配置就顯得十分重要。

4.7 優(yōu)化設(shè)計換流變的搬運及軌道布置

±800 kV 級換流變運輸尺寸大, 需要的搬運空間大, 搬運時間較長, 應(yīng)合理設(shè)計換流變的搬運及軌道布置, 使得搬運換流變方便、快捷, 縮短搬運時間,從而提高系統(tǒng)可靠性及可用率。

4.8 優(yōu)化設(shè)計備用換流變布置位置及轉(zhuǎn)向方案

備用換流變的位置及轉(zhuǎn)向方案對檢修時減少停電時間、減少停電損失至關(guān)重要, 當(dāng)工作換流變壓器需要檢修時, 如何快捷、迅速地將備用換流變運至工作換流變壓器的位置, 需要重點研究。

4.9 合理選擇設(shè)計風(fēng)速及地震設(shè)防烈度

特高壓直流工程投資大, 輸送容量大, 在系統(tǒng)中位置十分重要, 這就對安全可靠性提出了更高的要求。無疑, 提高設(shè)計風(fēng)速及地震設(shè)防烈度取值是提高安全可靠性的措施, 但相應(yīng)會增加工程投資。為此,應(yīng)研究采用不同的風(fēng)速、地震強度等設(shè)計條件對造價的影響, 對敏感性進(jìn)行分析, 找到最佳的匹配方案。

4.10 防火

工程設(shè)計及運行管理中, 應(yīng)高度重視防火, 堅決杜絕火災(zāi)事故。

5 參考文獻(xiàn)

1 趙畹君, 謝國恩, 曾南超, 陶瑜, 劉澤洪.高壓直流輸電工程技術(shù).中國電力出版社, 2004 年8 月

2 陶瑜, 龍英, 韓偉.高壓直流輸電控制保護(hù)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀.高電壓技術(shù), 2004, 30( 11) : 8～10

3 浙江大學(xué)發(fā)電教研組直流輸電科研組.直流輸電.北京: 電力出版社, 1982

4 艾琳, 陳為化.高壓直流輸電線路行波保護(hù)判據(jù)的研究.繼電器,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 余建國, 彭飽書, 等. 現(xiàn)代高壓直流輸電技術(shù)在南方電網(wǎng)的應(yīng)用.南方電網(wǎng)技術(shù)研究, 2005, 1( 1) : 9～27.

8 胡銘, 田杰, 李海英, 等.高壓直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)國產(chǎn)化研究及其應(yīng)用. 中國科協(xié)2004 年學(xué)術(shù)年會電力分會場暨中國電機工程學(xué)會2004 年學(xué)術(shù)年會論文集, 2004: 743～747