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(shí)間靈敏度( 表5) 。

(3) 橋閥故障率靈敏度( 表6) 。

(4) 橋閥修復(fù)時(shí)間靈敏度( 表7) 。

3.3 運(yùn)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(yùn)行, 目前我國(guó)在運(yùn)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(zhǎng)期在額定功率下運(yùn)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(yùn)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(duì)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(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)都達(dá)到了一個(gè)較高的水平, 特別是雙極非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)得到了明顯降低, 全年僅為1 次( 2003 年為3次) 。對(duì)系統(tǒng)的影響主要是由于計(jì)劃停運(yùn)造成, 系統(tǒng)總的能量不可用率為17.448%, 而計(jì)劃能量不可用率就達(dá)到16.983%。見(jiàn)表8。

說(shuō)明影響葛南直流輸電可靠性的原因主要有以下幾類, 見(jiàn)表9 所示。

從上面的數(shù)據(jù)綜合比較可以看出對(duì)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(gè)百分點(diǎn)。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(yùn)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(duì)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(qiáng)。主要包括: 降低元部件故障率; 采取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 如模塊化、開(kāi)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(qiáng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和設(shè)備自檢功能等。

通過(guò)對(duì)直流輸電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的分析和對(duì)實(shí)際運(yùn)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(yùn)時(shí)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(duì)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(chǎng)設(shè)備以及交流濾波器等。如在葛南直流輸電工程的停運(yùn)事故中, 大部分與設(shè)備本身的設(shè)計(jì)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(duì)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(yàn), 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(tái)數(shù)多, 出現(xiàn)故障時(shí)搬運(yùn)備用換流變時(shí)間會(huì)較長(zhǎng), 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(jì), 當(dāng)工作中的通道發(fā)生故障時(shí), 處于熱備用狀態(tài)的通道自動(dòng)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(jī)現(xiàn)象

以往曾有直流輸電工程出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象, 降低了控制保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。對(duì)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(yàn), 提高控制保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性, 避免發(fā)生死機(jī)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(chǎng)接線、交流濾波器組接線、交流場(chǎng)接線等。如前所述, 各部分不同的接線型式可靠性不同, 要對(duì)設(shè)備制造、運(yùn)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(chǎng)設(shè)備的耐污穢能力

國(guó)內(nèi)已建設(shè)的直流輸電工程大多定期對(duì)直流場(chǎng)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(chǎng), 直流場(chǎng)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(lái)了困難, 涂刷時(shí)間將更長(zhǎng)。而涂刷時(shí)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(duì)可靠性要求高, 為提高直流場(chǎng)設(shè)備的耐污穢能力, 可考慮采用戶內(nèi)直流場(chǎng)。

4.6 提高站用電可靠性

站用電對(duì)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(gè)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(chǎng)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(duì)于±800 kV 特高壓直流換流站, 國(guó)際上尚無(wú)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(jì)換流變的搬運(yùn)及軌道布置

±800 kV 級(jí)換流變運(yùn)輸尺寸大, 需要的搬運(yùn)空間大, 搬運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng), 應(yīng)合理設(shè)計(jì)換流變的搬運(yùn)及軌道布置, 使得搬運(yùn)換流變方便、快捷, 縮短搬運(yùn)時(shí)間,從而提高系統(tǒng)可靠性及可用率。

4.8 優(yōu)化設(shè)計(jì)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(duì)檢修時(shí)減少停電時(shí)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(shí), 如何快捷、迅速地將備用換流變運(yùn)至工作換流變壓器的位置, 需要重點(diǎn)研究。

4.9 合理選擇設(shè)計(jì)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(duì)安全可靠性提出了更高的要求。無(wú)疑, 提高設(shè)計(jì)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(huì)增加工程投資。為此,應(yīng)研究采用不同的風(fēng)速、地震強(qiáng)度等設(shè)計(jì)條件對(duì)造價(jià)的影響, 對(duì)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(jì)及運(yùn)行管理中, 應(yīng)高度重視防火, 堅(jiān)決杜絕火災(zāi)事故。

5 參考文獻(xiàn)

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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

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8 胡銘, 田杰, 李海英, 等.高壓直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化研究及其應(yīng)用. 中國(guó)科協(xié)2004 年學(xué)術(shù)年會(huì)電力分會(huì)場(chǎng)暨中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)2004 年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集, 2004: 743～747