高壓直流輸電換流站設(shè)備運行障礙分析與防護措施

檀金華

(許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000)

高壓直流輸電換流站設(shè)備運行障礙分析與防護措施

檀金華

(許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000)

系統(tǒng)分析了在高壓直流輸電換流站運行過程當(dāng)中容易發(fā)生的各種設(shè)備運行障礙及原因，并據(jù)此提出了相關(guān)的防護對策與措施。

高壓直流輸電；換流站；設(shè)備；障礙；防護

0 引言

通常將整個高壓直流輸電系統(tǒng)當(dāng)中，為了實現(xiàn)交流電與直流電轉(zhuǎn)化，同時確保電力系統(tǒng)所提供電能質(zhì)量安全可靠的站點定義為換流站[1]。當(dāng)前我國電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中的換流站設(shè)備數(shù)量不斷提升，為了做好換流站的安全保護工作，就需要對各種常見的設(shè)備故障問題加以全面分析，研究相應(yīng)的防護措施，做到有備無患，從而提高其運行質(zhì)量。

1 高壓直流輸電換流站設(shè)備障礙表現(xiàn)

1.1 水冷卻系統(tǒng)障礙表現(xiàn)

在高壓直流輸電換流站設(shè)備運行期間，水冷卻系統(tǒng)所發(fā)生的故障大多表現(xiàn)為：一是內(nèi)冷水壓力的異常；二是電導(dǎo)率的異常；三是溫度的異常；四是控制系統(tǒng)的異常。

1.2 直流控制保護系統(tǒng)障礙表現(xiàn)

對于一般意義上的換流站而言，為了確保設(shè)備運行的安全與可靠，直流保護與控制系統(tǒng)的配置大多需要遵循雙重化的基本原則[2]。若主用、備用系統(tǒng)同時發(fā)生故障或者是出現(xiàn)失電問題，則會導(dǎo)致直流雙極閉鎖，給換流站的正常運行帶來不良影響。

1.3 站用設(shè)備障礙表現(xiàn)

在高壓直流輸電換流站設(shè)備運行期間，站用設(shè)備所發(fā)生的故障大多表現(xiàn)為：一是站用電設(shè)備執(zhí)行異常跳閘動作；二是2套直流保護系統(tǒng)失電；三是換流站閥冷卻系統(tǒng)主泵失電；四是換流站直流跳閘。

1.4 無功不足障礙表現(xiàn)

在高壓直流輸電換流站設(shè)備運行期間，無功不足因素影響下所發(fā)生的故障大多表現(xiàn)為：直流的功率傳輸受到嚴重影響。

2 高壓直流輸電換流站設(shè)備障礙原因

2.1 水冷卻系統(tǒng)障礙原因

圖1為正常運行條件下，換流站水冷卻系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合實踐工作經(jīng)驗，筆者認為：內(nèi)冷水壓力的異常以及閥塔均壓電極水冷卻密封圈的滲漏水現(xiàn)象是最容易誘發(fā)系統(tǒng)故障的因素。

圖1 換流站水冷卻系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 直流控制保護系統(tǒng)障礙原因

換流站運行實踐中，導(dǎo)致直流控制保護系統(tǒng)障礙的主要原因為：直流級控系統(tǒng)電源插件發(fā)生故障，同時主用、備用系統(tǒng)切換失效。

2.3 站用設(shè)備障礙原因

在高壓直流輸電換流站運行期間，直流系統(tǒng)若受到站用電設(shè)備故障因素的影響，則可能出現(xiàn)異常跳閘動作。同時，若換流站涉及對站用電設(shè)備的切換動作，且切換指令執(zhí)行不成功，則也將導(dǎo)致系統(tǒng)2套直流保護系統(tǒng)出現(xiàn)失電問題(也有可能表現(xiàn)為換流站閥冷卻系統(tǒng)的主泵失電問題)，同樣會導(dǎo)致?lián)Q流站出現(xiàn)直流跳閘問題。

2.4 無功不足障礙原因

由于交、直流濾波器為直流輸電提供無功補償，當(dāng)交、直流濾波器故障時，會引起無功缺少，將直接影響直流的功率傳輸。

3 高壓直流輸電換流站設(shè)備障礙防護

3.1 水冷卻系統(tǒng)障礙防護

第一，由于閥塔設(shè)備漏水問題可能致使整個水冷卻系統(tǒng)被迫停運，因此采取的防護方法是：利用直流停電檢修的工作時機，安排專人拆除與雙級閥塔相連接的所有小水管及匯流管，并使用純凈水進行徹底清潔，沖洗內(nèi)冷水系統(tǒng)內(nèi)部所附著的環(huán)氧樹脂粉，避免發(fā)生墊圈腐蝕的問題。第二，由于設(shè)備發(fā)熱會導(dǎo)致溫度異常升高，并最終表現(xiàn)為水冷卻系統(tǒng)的運行故障。因此需要采取的防護措施為：在換流站閥塔設(shè)備運行期間，按照每周一次的頻率對設(shè)備進行巡視，期間需要引入紅外線技術(shù)，避免電阻器、電抗器、TE板等設(shè)備出現(xiàn)運行故障。第三，可以充分利用直流系統(tǒng)停電檢修的工作時機，安排有經(jīng)驗的人員進入閥廳內(nèi)觀察水冷阻尼電阻與密封墊圈接頭部分是否存在堵塞問題，若發(fā)生堵塞，則需要及時排除堵塞物。第四，日常維護工作中對膨脹箱的水位變化進行全面記錄，在各種運行工況下對比膨脹箱的水位變動特點，若發(fā)現(xiàn)膨脹箱水位在短時間內(nèi)異常下降，則認為水冷卻系統(tǒng)中存在滲水點，需要進一步通過檢查管道以及閥廳設(shè)備的方式，找到滲水點并進行處理。

3.2 直流控制保護系統(tǒng)障礙防護

第一，在換流站正常運行狀態(tài)下，要求級控系統(tǒng)時鐘保持自動切換的工作狀態(tài)，直流級控與站控系統(tǒng)所對應(yīng)的主用、備用系統(tǒng)需要確保狀態(tài)正常。第二，如何防范直流保護系統(tǒng)運行故障，最大限度地減少跳閘回路誤出口問題，同樣是防護直流系統(tǒng)保護故障中的關(guān)鍵內(nèi)容之一。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要工作人員在整個換流站的運行過程當(dāng)中，定期對測量回路進行校驗，針對日常工作中所發(fā)現(xiàn)的測量故障以及單系統(tǒng)故障問題進行處理，避免因發(fā)生雙系統(tǒng)故障而造成直流閉鎖的問題。在此基礎(chǔ)之上，針對容易誘發(fā)直流控制保護系統(tǒng)故障的電流變化器設(shè)備以及電壓變化器設(shè)備，需要通過紅外線監(jiān)測的方式定期對其溫度進行監(jiān)測與記錄，及時處理異常問題。第三，在對換流站進行日常運行維護的過程當(dāng)中，需要做好對級控系統(tǒng)相關(guān)備品插件的管理工作，確保備品的充足性，以便在故障處理中能夠及時更換相應(yīng)的備件。

3.3 站用設(shè)備障礙防護

第一，對于換流站運行系統(tǒng)當(dāng)中如閥冷卻系統(tǒng)以及換流變冷卻系統(tǒng)等一類關(guān)鍵性的系統(tǒng)而言，由于其負荷水平會直接對系統(tǒng)運行安全性產(chǎn)生影響，因此，需要確保其分別對應(yīng)有兩路完全獨立的電源完成供電任務(wù)。假如在實際工作中任意電源出現(xiàn)故障，則需要及時在兩路供電電源中進行倒換，使系統(tǒng)始終對應(yīng)有兩路電源完成供電工作。第二，若換流站運行期間發(fā)生站用直流系統(tǒng)接地告警的問題，需要工作人員及時對其進行檢查，找準(zhǔn)發(fā)生問題的部分，并及時加以處置。考慮到戶外端子箱在外部環(huán)境濕度較高的情況下容易發(fā)生受潮問題，因此需通過加大巡檢頻率的方式，避免戶外端子箱因受潮而出現(xiàn)直流接地的故障。第三，需要對換流站站用設(shè)備所使用的UPS電源進行全面監(jiān)督控制，確保其供電的不間斷性。

3.4 無功不足障礙防護

第一，需要縮短換流站交直流濾波器的日常巡視間隔，若巡視過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)電容器存在漏油或者是鼓肚問題，則需要立即停電并進行處理，避免事故影響進一步擴大。第二，若在設(shè)備運行過程當(dāng)中所配置的全部A型交流濾波器裝置均出現(xiàn)無法運行的問題，則需要工作人員及時進行處理，處理的方法為：及時對系統(tǒng)任意一級進行手動閉鎖，避免事故波及范圍的擴大。第三，實際研究經(jīng)驗證實：若換流站交流濾波器中的小組保護TA因不平衡而發(fā)出告警信息，則意味著該區(qū)段存在無功不足的故障。出現(xiàn)此類故障后，應(yīng)立即提出申請，要求調(diào)整該小組交流濾波器的工作狀態(tài)，使其處于非選擇狀態(tài)下，對保護系統(tǒng)內(nèi)的計數(shù)器進行歸零，避免因計數(shù)數(shù)值累計而在短時間內(nèi)發(fā)生二段告警，并誘發(fā)系統(tǒng)設(shè)備故障。

4 結(jié)語

運行實踐顯示：以上防護措施具有切實可行的優(yōu)勢，能夠在降低設(shè)備故障發(fā)生率，提高直流輸電可用率水平方面發(fā)揮相應(yīng)的價值。同時，需要特別注意的是，由于我國當(dāng)前的電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展過程當(dāng)中，高壓直流輸電核心技術(shù)還處于前期探索階段，有很大的發(fā)展與進步空間，未來實際工作中需要進一步重視推廣對換流站設(shè)備運行維護經(jīng)驗的積累與交流，盡可能多地總結(jié)換流站設(shè)備的運行規(guī)律，從而促使其維護水平的全面提升。

[1] 成敬周，徐政.換流站內(nèi)的交流系統(tǒng)故障分析及保護動作特性研究[J].中國電機工程學(xué)報，2011，31(22)

[2] 呂鵬飛，梁志峰，阮思燁，等.南橋換流站500 kV換流變壓器故障保護動作分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37(16)

2014-09-19

檀金華(1974—)，男，安徽安慶人，碩士研究生，工程師，研究方向：電力設(shè)備制造與管理。