交流濾波器場(chǎng)設(shè)備更換方案優(yōu)化策略研究

馬向南 賓斌 方逍

摘要：換流站是高壓直流輸電系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，須認(rèn)真對(duì)待和高度重視設(shè)備檢修工作。交流濾波器場(chǎng)是換流站內(nèi)調(diào)節(jié)交流電壓諧波的重要設(shè)備，本文概述了交流濾波器場(chǎng)設(shè)備分布狀況，對(duì)設(shè)備檢修的現(xiàn)狀、檢修方式方法進(jìn)行了深入探討，基于當(dāng)前設(shè)備更換工作方式中客觀存在的一些不足，提出了一種設(shè)備更換并行操作方案，提升了作業(yè)效率。為特高壓直流輸電工程中交流濾波器場(chǎng)的檢修和更換工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：交流濾波器場(chǎng);設(shè)備更換;作業(yè)順序優(yōu)化

Research?on?Optimization?Strategy?of?Equipment?Replacement?Scheme?for?AC?Filter?Field

Ma?Xiangnan??Bin?Bin???Fang?Xiao

Kunming?Bureau，?CSG?EHV?Transmission?Company???Yunnan?Kunming???650000

Abstract：?The?converter?station?is?a?key?component?of?the?high-voltage?direct?current?transmission?system，?and?equipment?maintenance?must?be?treated?seriously?and?highly?valued.?The?AC?filter?field?is?an?important?equipment?for?adjusting?AC?voltage?harmonics?in?the?converter?station.?This?article?summarizes?the?distribution?of?AC?filter?field?equipment，?and?conducts?an?in-depth?discussion?on?the?current?status?of?equipment?maintenance?and?maintenance?methods.?Based?on?the?objective?For?some?shortcomings，?a?parallel?operation?plan?for?equipment?replacement?is?proposed，?which?improves?work?efficiency.?It?provides?reference?for?the?maintenance?and?replacement?of?AC?filters?in?UHV?DC?transmission?projects.

Keywords：?AC?filter?field;Equipment?replacement;Work?sequence?optimization

1概述

換流站是高壓直流輸電系統(tǒng)重要組成部分，換流站可實(shí)現(xiàn)交流電變換為直流電或者將直流電變換為交流電的轉(zhuǎn)換，并達(dá)到電力系統(tǒng)對(duì)于安全穩(wěn)定及電能質(zhì)量的要求而建立的站點(diǎn)。換流站的主要設(shè)備或設(shè)施有：換流閥、換流變壓器、平波電抗器、交流開(kāi)關(guān)設(shè)備、交流濾波器及交流無(wú)功補(bǔ)償裝置、直流開(kāi)關(guān)設(shè)備、直流濾波器、控制與保護(hù)裝置、站外接地極以及遠(yuǎn)程通信裝置等。換流站交流濾波器場(chǎng)安裝在換流站交流側(cè)，用來(lái)吸收換流器交流側(cè)諧波電流，限制交流側(cè)諧波電壓。每個(gè)濾波器在一個(gè)或兩個(gè)諧波頻率的指定范圍內(nèi)或高通頻帶下呈現(xiàn)低阻抗，使換流器產(chǎn)生的這些諧波電流絕大部分流入濾波器，從而減少注入交流系統(tǒng)的諧波，達(dá)到降低諧波的要求。交流濾波器作為重要的電氣一次設(shè)備，它的運(yùn)行情況直接影響著系統(tǒng)電壓及無(wú)功功率平衡，直接決定了系統(tǒng)內(nèi)的諧波含量，從而影響著整條直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，特高壓換流站交流濾波器場(chǎng)設(shè)備有三種主要的檢修方式，分別為：故障排除、定期維護(hù)以及狀態(tài)檢修。故障檢修，只有在設(shè)備出現(xiàn)故障以后才需要進(jìn)行檢修和改造工作，因此也被叫做事后維護(hù)。定期檢修是針對(duì)設(shè)備特定定期開(kāi)展的檢修工作，可以延長(zhǎng)設(shè)備的平均壽命，降低設(shè)備出現(xiàn)故障的幾率。狀態(tài)檢修視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)而定，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)良好時(shí)可不進(jìn)行狀態(tài)檢修。當(dāng)設(shè)備故障或者設(shè)備達(dá)到運(yùn)行年限時(shí)，便需要對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行更換安裝工作。當(dāng)前針對(duì)濾波器場(chǎng)設(shè)備的更換作業(yè)基本采用吊車、高空作業(yè)車作為主要機(jī)具。交流濾波器場(chǎng)設(shè)備相對(duì)笨重，更換作業(yè)過(guò)程中需使用吊車、滑輪、拉索等工具多人同時(shí)配合工作，若采取流程不規(guī)范將導(dǎo)致工作效率不高。為了進(jìn)一步優(yōu)化作業(yè)流程、縮短工作周期，亟需對(duì)高壓設(shè)備檢修更換流程、方法進(jìn)行規(guī)范以及與時(shí)俱進(jìn)的創(chuàng)新，本文在現(xiàn)有交流濾波器場(chǎng)設(shè)備檢修更換方法的基礎(chǔ)上提出了設(shè)備并行操作方法，將單一設(shè)備更換流程進(jìn)行分解，在同一時(shí)間尺度上對(duì)相似工序進(jìn)行并行操作，減少了總設(shè)備更換作業(yè)時(shí)間，提高了工作效率。

2?交流濾波器場(chǎng)設(shè)備更換方案現(xiàn)狀

交流濾波器場(chǎng)上層進(jìn)線導(dǎo)線作為兩大組母線平行伸入交流濾波器區(qū)域，下層采用懸吊管母線作為小組聯(lián)絡(luò)母線，濾波器小組可采用雙柱式隔離開(kāi)關(guān)。在濾波器大組配電裝置中間構(gòu)架下及濾波器圍欄后設(shè)置檢修道路。大組母線避雷器及電壓互感器設(shè)置在兩小組開(kāi)關(guān)回路隔離開(kāi)關(guān)間，經(jīng)小組間聯(lián)絡(luò)線與大組母線相連。由于兩平行大組母線距離較近，設(shè)置大組母線接地刀，布置在相鄰的兩小組開(kāi)關(guān)回路間。交流濾波器場(chǎng)圍欄內(nèi)布置如圖1所示，主要設(shè)備為小組濾波器，主要布置有電容器、避雷器、電流互感器、電阻器、電抗器等設(shè)備。

目前，針對(duì)圍欄內(nèi)（小組濾波器）設(shè)備，由于其上方無(wú)任何帶電體，若設(shè)備出現(xiàn)故障需要更換時(shí)，需將相應(yīng)小組濾波器停電以滿足安全措施要求。圍欄內(nèi)設(shè)備更換作業(yè)（以斷路器更換為例），一般使用吊車開(kāi)展（電容器更換使用專用作業(yè)平臺(tái)車），更換時(shí)將吊車（根據(jù)需要選擇噸位，一般使用25噸的吊車）放置在圍欄外道路或空地上即可。若只需檢查或進(jìn)行簡(jiǎn)單處理（如設(shè)備接線板或接頭發(fā)熱處理等），則小組濾波器停電后直接進(jìn)入圍欄開(kāi)展作業(yè)即可。針對(duì)圍欄外小組濾波器用設(shè)備，由于上方為帶電的管母（小組濾波器母線），若設(shè)備出現(xiàn)故障需要更換本體時(shí)，考慮到安全間距，將被迫擴(kuò)大停電范圍，即停運(yùn)大組濾波器，更換時(shí)將吊車放置在圍欄外合適位置的巡視檢修道路上后開(kāi)展更換作業(yè)。針對(duì)大組母線避雷器、電壓互感器、等設(shè)備，若出現(xiàn)故障需要檢查處理或更換時(shí)，則必須停運(yùn)相應(yīng)大組，使用高空作業(yè)車或吊車開(kāi)展作業(yè)。當(dāng)前針對(duì)濾波器場(chǎng)設(shè)備，除圍欄內(nèi)電容器外，基本采用吊車、高空作業(yè)車作為主要機(jī)具開(kāi)展檢修作業(yè)。對(duì)設(shè)備的更換主要利用滑輪，采用人力拉拽吊裝的方式進(jìn)行，耗時(shí)耗力，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，安全性差，在事故搶修等緊急情況下甚至影響系統(tǒng)恢復(fù)送電時(shí)間。當(dāng)前設(shè)備更換流程、操作方式不規(guī)范，主要表現(xiàn)在：耗費(fèi)人力、耗費(fèi)時(shí)間、安全性不高等問(wèn)題。

現(xiàn)階段換流站中設(shè)備更加復(fù)雜、自動(dòng)化水平更高，如果仍然按照傳統(tǒng)的檢修模式，不僅效率較低，而且無(wú)法完成深度檢修，很多故障也無(wú)法從根本上排除。因此，檢修工作也必須與時(shí)俱進(jìn)的創(chuàng)新和發(fā)展。要嘗試應(yīng)用一些新技術(shù)、新設(shè)備，輔助完成換流站設(shè)備檢修工作。

3更換作業(yè)順序優(yōu)化方案

交流濾波器場(chǎng)設(shè)備更換過(guò)程步驟繁多，不同作業(yè)環(huán)節(jié)相互依賴關(guān)系強(qiáng)烈，先后動(dòng)作順序明顯。針對(duì)涉及多個(gè)作業(yè)點(diǎn)的交流濾波器場(chǎng)設(shè)備更換作業(yè)而言，若缺乏合理的作業(yè)流程優(yōu)化方案，則將嚴(yán)重影響設(shè)備更換過(guò)程效率，故而有必要針對(duì)設(shè)備更換流程開(kāi)展優(yōu)化工作。

基于上述分析，本文在考慮更換過(guò)程各環(huán)節(jié)耦合特性的基礎(chǔ)上，針對(duì)更換作業(yè)流程開(kāi)展優(yōu)化工作。為提升更換作業(yè)規(guī)劃方案可靠性，本文在針對(duì)各作業(yè)環(huán)節(jié)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行處理時(shí)，統(tǒng)一選定該環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的最大作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，作為該環(huán)節(jié)的作業(yè)時(shí)長(zhǎng)。計(jì)及設(shè)備更換環(huán)節(jié)限制條件，優(yōu)化過(guò)程應(yīng)遵循如下基本假設(shè)：

優(yōu)化前的設(shè)備更換流程可基于設(shè)備制造工序優(yōu)化問(wèn)題中的順序移動(dòng)模型進(jìn)行描述。該模型將單個(gè)設(shè)備更換作業(yè)視為一個(gè)整體，忽略不同設(shè)備更換過(guò)程的并發(fā)可行性，認(rèn)為在單個(gè)設(shè)備更換完成前，不應(yīng)該開(kāi)始下一個(gè)設(shè)備的更換過(guò)程。基于順序移動(dòng)模型的設(shè)備更換過(guò)程如圖2所示，對(duì)應(yīng)的設(shè)備更換過(guò)程持續(xù)時(shí)長(zhǎng)可基于公式（1）計(jì)算得到。

式中，tij表示第i個(gè)設(shè)備更換過(guò)程中環(huán)節(jié)j對(duì)應(yīng)的作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，I、J分別對(duì)應(yīng)待更換設(shè)備總數(shù)以及各設(shè)備更換過(guò)程中涉及的作業(yè)環(huán)節(jié)總數(shù)。

設(shè)備更換環(huán)節(jié)的耦合特性僅存在與不同作業(yè)環(huán)節(jié)之間，不同設(shè)備更換作業(yè)之間不存在明顯的先后順序關(guān)系。順序移動(dòng)模型充分考慮了不同設(shè)備更換作業(yè)之間的獨(dú)立性，其對(duì)應(yīng)設(shè)備更換過(guò)程示意圖如圖3所示，對(duì)應(yīng)的設(shè)備更換過(guò)程持續(xù)時(shí)長(zhǎng)可由公式（2）求解得到。

式中，tmax表示設(shè)備更換過(guò)程中對(duì)應(yīng)的單個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)最大作業(yè)耗時(shí)。

本文基于平行移動(dòng)方式，針對(duì)交流濾波器場(chǎng)設(shè)備更換流程開(kāi)展優(yōu)化工作，對(duì)應(yīng)優(yōu)化模型動(dòng)作步驟如下：

Step1：確定待更換設(shè)備分類數(shù)量，依次確定各設(shè)備不同作業(yè)環(huán)節(jié)耗時(shí)?；诟鼡Q過(guò)程中各作業(yè)環(huán)節(jié)耗時(shí)，通過(guò)選取最大值方式確定各環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的作業(yè)耗時(shí)分配結(jié)果，通過(guò)不同長(zhǎng)度的矩形方塊代表不同作業(yè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)矩形框長(zhǎng)度與對(duì)應(yīng)的作業(yè)環(huán)節(jié)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)成正比。

Step2：選定一個(gè)待更換設(shè)備，依次排列對(duì)應(yīng)的設(shè)備更換過(guò)程涉及的各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)矩形方框;

Step3：針對(duì)第i個(gè)待更換設(shè)備，計(jì)算i-1個(gè)設(shè)備各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)結(jié)束時(shí)刻，并將上述時(shí)刻作為設(shè)備i對(duì)應(yīng)作業(yè)環(huán)節(jié)的起始時(shí)刻，據(jù)此依次排列設(shè)備i更換過(guò)程矩形框;

Step4：遍歷本次設(shè)備更換作業(yè)待更換設(shè)備，得到基于平行移動(dòng)方案的設(shè)備更換方案優(yōu)化結(jié)果。

4?案例分析

為分析所提模型在降低交流濾波場(chǎng)設(shè)備更換過(guò)程耗時(shí)方面的優(yōu)越性，文章基于某特定變壓站濾波器場(chǎng)圍欄內(nèi)設(shè)備跟換作業(yè)實(shí)例開(kāi)展優(yōu)化工作。案例待更換設(shè)備包括電抗器1組，管母1個(gè)、以及隔離開(kāi)關(guān)若干，對(duì)應(yīng)的作業(yè)不同作業(yè)環(huán)節(jié)耗時(shí)如表1所示。

基于設(shè)備更換作業(yè)優(yōu)化模型各環(huán)節(jié)作業(yè)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)定義，可分別計(jì)算得到物資運(yùn)輸環(huán)節(jié)、檢查準(zhǔn)備環(huán)節(jié)以及更換作業(yè)環(huán)節(jié)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)分別為15min、30min以及1.5h。

優(yōu)化前后的交流濾波場(chǎng)設(shè)備更換作業(yè)各環(huán)節(jié)推進(jìn)順序如圖4所示。其中，基于順序移動(dòng)模型的設(shè)備更換作業(yè)（優(yōu)化前）持續(xù)時(shí)長(zhǎng)Ts=（0.25+0.5+1.5）×3=6.75h，基于平行移動(dòng)模型的設(shè)備更換作業(yè)（優(yōu)化后）持續(xù)時(shí)長(zhǎng)Tp=（0.25+0.5+1.5）+（3-1）×1.5=5.25h。

可見(jiàn)，所提設(shè)備更換作業(yè)優(yōu)化技術(shù)充分考慮了設(shè)備更換作業(yè)過(guò)程中不同環(huán)節(jié)之間的并發(fā)可行性，通過(guò)在同一時(shí)段同時(shí)開(kāi)展不同作業(yè)環(huán)節(jié)方式，有效提升了交流濾波器場(chǎng)設(shè)備更換作業(yè)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)。較之于傳統(tǒng)設(shè)備更換作業(yè)方式，優(yōu)化后的設(shè)備更換作業(yè)時(shí)長(zhǎng)較之前下降22.2%，設(shè)備更換作業(yè)效率提升顯著。

結(jié)論

換流站設(shè)備繁多，設(shè)備更換流程操作繁瑣。針對(duì)涉及多個(gè)設(shè)備的交流濾波器場(chǎng)設(shè)備更換作業(yè)，對(duì)設(shè)備更換作業(yè)流程進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)各作業(yè)環(huán)節(jié)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行處理，統(tǒng)一選定該環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的最大作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，作為該環(huán)節(jié)的作業(yè)時(shí)長(zhǎng)。首先比較不同設(shè)備更換操作環(huán)節(jié)用時(shí)的大小，確定特定環(huán)節(jié)最大用時(shí)，在不減少該環(huán)節(jié)操作用時(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行并行操作。充分考慮了設(shè)備更換作業(yè)過(guò)程中不同環(huán)節(jié)之間的并發(fā)可行性，通過(guò)在同一時(shí)段同時(shí)開(kāi)展不同作業(yè)環(huán)節(jié)方式，有效提升了交流濾波器場(chǎng)設(shè)備更換作業(yè)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)。

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作者簡(jiǎn)介：馬向南（1986—??），男，漢族，四川瀘州人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：交流濾波器場(chǎng)改進(jìn)優(yōu)化。