高壓直流輸電系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)分析與運(yùn)維研究

李貴婷 羅富貴

摘要：直流輸電具有較好的控制能力及低泵本的造價(jià)特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，但在其運(yùn)行過程中如出現(xiàn)故障就會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)，分析與研究高壓直流輸電系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)分析及運(yùn)維研究，有利于進(jìn)一步明晰與界定高壓直流輸電系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)執(zhí)行及原因，繼而提出針對(duì)性運(yùn)維保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：高壓直流輸電;強(qiáng)迫停運(yùn);控制保護(hù)系統(tǒng);站用電系統(tǒng)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們的生活水平的不斷提高，人們對(duì)我國的電力供應(yīng)，尤其是 HVDC系統(tǒng)的研究日益受到人們的重視。在實(shí)現(xiàn)大容量、高電壓、長(zhǎng)距離傳輸?shù)那疤嵯?，直流輸電具有異步網(wǎng)絡(luò)的作用。強(qiáng)制停機(jī)是直流傳輸系統(tǒng)中比較特別的一種，它是用來解決各類突發(fā)事件的。所以，如何提升 HVDC的運(yùn)維能力成為電力行業(yè)相關(guān)部門的一個(gè)重要課題。

一、高壓直流輸電系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)分析

（一）高壓直流輸電系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)執(zhí)行過程

HVDC電力系統(tǒng)強(qiáng)迫停用有先后次序，其主要有兩種：中等優(yōu)先級(jí)和最高優(yōu)先級(jí)。FASOF的快速中斷是中等優(yōu)先權(quán)，而中等優(yōu)先權(quán)仍然可以分為兩大類。當(dāng) DC濾波器的斷路信號(hào)和最小的 AC濾波器容量不能滿足手動(dòng)按鍵和信號(hào)時(shí)，執(zhí)行過程為整流側(cè)移相后閉鎖。另一種是通過控制閥門的一個(gè)硅器件來探測(cè)，使電流全部退出或者使內(nèi)冷水的導(dǎo)電率升高。這時(shí)的運(yùn)行程序就是當(dāng)系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，跳出直流電路，然后返回到高壓直流斷電，進(jìn)入低溫備用。ESOF的應(yīng)急斷電是最重要的，這時(shí) HVDC系統(tǒng)會(huì)回到 HVDC的斷開狀態(tài)，而 DC側(cè)的母線與斷路器的 AC閘刀分用[1]。

（二）高壓直流輸電系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)原因分析

在 HVDC系統(tǒng)中，強(qiáng)迫停運(yùn)的原因有兩個(gè)。第一種原因是由零點(diǎn)控制保護(hù)系統(tǒng)引起的極閉鎖。在這種情況下，直流保護(hù)濾波器、交流保護(hù)濾波器和獨(dú)立的交流保護(hù)設(shè)備都會(huì)導(dǎo)致極閉鎖，而線路斷路試驗(yàn)保護(hù)、真電流線路保護(hù)、單極保護(hù)、雙極保護(hù)、換流變區(qū)域保護(hù)等都會(huì)導(dǎo)致極閉鎖。另外，強(qiáng)迫中斷是由系統(tǒng)監(jiān)視要求引起的極性鎖定引起的。其原因有通訊系統(tǒng)故障、輔助系統(tǒng)故障、 TM系統(tǒng)監(jiān)控、站控監(jiān)控系統(tǒng)等方面的要求。

二、高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)維措施探討

（一）輔助控制系統(tǒng)故障的運(yùn)維保護(hù)措施

在 HVDC系統(tǒng)中，由于主泵的頻繁起動(dòng)會(huì)造成軟起動(dòng)機(jī)的失效。在冷水閥門的控制和保護(hù)設(shè)備正常工作時(shí)，出現(xiàn)110 kV信號(hào)源丟失、管線壓力表斷電、流量中間繼電器發(fā)生故障等，都會(huì)造成主泵不能啟動(dòng)、軟啟動(dòng)器故障、直流系統(tǒng)的單極閉鎖等問題。為了解決這一問題，國內(nèi) HVDC運(yùn)行單位提出一種改進(jìn)的方法。CCP系統(tǒng)一旦接收到故障的斷泵指令，然后對(duì)冷卻器的控制和保護(hù)軟件進(jìn)行修改和調(diào)試，就可以將系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為備用系統(tǒng)，同時(shí)還可以向用戶展示如何切換主水泵。本區(qū)域在此項(xiàng)目開始前，將110 kV直流配電屏進(jìn)行改裝，以實(shí)現(xiàn)對(duì)冷水閥的控制與保護(hù)，并能向用戶提供電力負(fù)載的有關(guān)信息。該方法能有效地防止在正常工作時(shí)發(fā)生的直流系統(tǒng)的故障。同時(shí)，區(qū)域 HVDC運(yùn)行部門也在積極制訂設(shè)備故障處理方案，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)將手動(dòng)調(diào)整模式替換為自動(dòng)控制[2]。

（二）站用電系統(tǒng)故障的運(yùn)維保護(hù)措施

在對(duì) HVDC變電站供電系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，由于使用不當(dāng)，很容易造成變電站用電系統(tǒng)的失效。舉例來說，在葛南地區(qū)的 HVDC變電站，就出現(xiàn)因停電而造成的強(qiáng)迫停運(yùn)事故。為了解決這個(gè)問題，本區(qū)域建議在電力系統(tǒng)的改造中，設(shè)置一個(gè)備用的自投式設(shè)備，并將主水泵的開關(guān)時(shí)間設(shè)置為100 ml，將備用的自投設(shè)備設(shè)置為1.8。經(jīng)過調(diào)試，本地HVDC系統(tǒng)的后備自投設(shè)備在運(yùn)行中，可以避免出現(xiàn)故障時(shí)的電上交開關(guān)。在極端工況下如果只有一路站供電，負(fù)載為380 kV，則 HVDC系統(tǒng)在 HVDC系統(tǒng)中出現(xiàn)斷路將導(dǎo)致 HVDC系統(tǒng)被迫停運(yùn)。為增強(qiáng)變電站的電力冗余，必須將發(fā)電車與380 kV匯流排連接起來[3]。

（三）直流場(chǎng)設(shè)備故障的運(yùn)維保護(hù)措施

HVDC直流場(chǎng)裝置的故障多集中在直流線路的避雷器上，如果出現(xiàn)嚴(yán)重的污閃現(xiàn)象，那么線路上的極丹線差動(dòng)保護(hù)就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。為了解決這個(gè)問題，在國內(nèi)電網(wǎng)運(yùn)行管理部門，結(jié)合當(dāng)?shù)氐呐_(tái)風(fēng)、暴雨等極端天氣，對(duì)附近的變電站和可能發(fā)生線路短路的直流系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控。

本區(qū)域電力系統(tǒng)運(yùn)堆部門，及時(shí)關(guān)閉與設(shè)備有關(guān)的門窗、終端盒，清除現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的浮物，并檢查設(shè)備和建筑的穩(wěn)定性。由于在雷暴天氣下，直流輸電線路極易遭受雷擊，從而造成輸電線路的換相故障，因此，在此區(qū)域，及時(shí)開啟排水泵與備用排水泵，并進(jìn)行相應(yīng)的排水。在遇到雨、雪、冰雹的時(shí)候，這個(gè)區(qū)域還在系統(tǒng)里面安裝融冰的軟件，保證高壓直流輸電系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)故障或者坍塌的情況。通過定期組織人員對(duì) HVDC系統(tǒng)的各個(gè)部件進(jìn)行定期的維護(hù)，使本地 HVDC系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到極大的提升，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

三、構(gòu)建故障防護(hù)對(duì)策

在 HVDC系統(tǒng)的故障防護(hù)方面，首先是防污策略：利用絕緣串子提高特高壓 DC系統(tǒng)的防污性能，根據(jù) HVDC系統(tǒng)的具體位置，涂上防污漆，并對(duì)其進(jìn)行定期清洗和清理。第二，防雷策略：根據(jù)系統(tǒng)的基本操作特點(diǎn)，在高壓 DC電網(wǎng)四周設(shè)置架空接地保護(hù)措施，以達(dá)到嚴(yán)密的防雷效果，減少雷擊的幾率。在平地上，要保證地面和特高壓直流系統(tǒng)的傾斜，有些地方傾斜度小于20，必須在上面安裝防雷裝置，在高原地區(qū)要設(shè)置-2℃的防雷裝置;三是防震措施：在特高壓 DC系統(tǒng)中采用隔板隔板，使電線在系統(tǒng)周圍纏繞，從而減少 THVDC系統(tǒng)的顫動(dòng)。第四點(diǎn)為防冰[4]-[5]。根據(jù)電網(wǎng)的具體位置進(jìn)行分區(qū)、線路的再配置、融冰、除冰，以及對(duì)電網(wǎng)覆蓋的細(xì)致、認(rèn)真的檢測(cè)，以減少覆冰事故的發(fā)生。

在實(shí)際工作中，主要包括以下幾種常用的 HVDC設(shè)備的運(yùn)行和維修技術(shù)：一是在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。通過對(duì) THVDC系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握其工作狀態(tài)，以保證其運(yùn)行的安全性，將在線監(jiān)測(cè)技術(shù)用于某些高壓設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其威風(fēng)震動(dòng)、覆冰、氣象參數(shù)的監(jiān)測(cè);如果在特高壓直流系統(tǒng)中發(fā)生停電，那么，就會(huì)對(duì)整個(gè)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展造成巨大的影響，因此，在特高壓直流系統(tǒng)中進(jìn)行帶電工作，不僅能夠減少系統(tǒng)的損耗，而且還能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠。

總結(jié)：

綜上所述，作為我國電力系統(tǒng)當(dāng)中的一項(xiàng)重要組成部分，對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)的強(qiáng)迫停運(yùn)與系統(tǒng)達(dá)維保護(hù)措施進(jìn)行研究具有十分重要的意義。針對(duì)不同高壓直流輸電系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)產(chǎn)生的原因，采取相應(yīng)的手段進(jìn)行故障排除與系統(tǒng)運(yùn)堆可以增強(qiáng)電力系統(tǒng)工作人員維護(hù)和管理高壓直流輸電機(jī)器設(shè)備的能力，從而為我國電力事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展和進(jìn)步奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展作出積極有益的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]程爽， 馬驥峰， 梅筠颋，等. 高壓直流輸電系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)分析與運(yùn)維措施[J]. 能源技術(shù)， 2012， 033（006）：526-530，534.

[2]Billinton. Reliability Evaluation of Engineering Systems. Plenum Press， 1983.

[3]曾慶禹. 1000kV特高壓輸電系統(tǒng)輸電能力研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù)， 2012， 36（2）：6.

[4] Billinton R ， ?Allan R N . Reliability evaluation of engineering systems || approximate system reliability evaluation[M]. Plenum Press， 1983.

[5]陳磊，張侃君，夏勇軍.基于ADPSS的高壓直流輸電系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)-電磁暫態(tài)混合仿真研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41 （12）： 136-142.