高壓直流輸電換流站設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)

系統分析了在高壓直流輸電換流站運行過程當中容易發生的各種設備運行障礙及原因，并據此提出了相關的防護對策與措施。

高壓直流輸電；換流站；設備；障礙；防護

0 引言

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

1 高壓直流輸電換流站設備障礙表現

1.1 水冷卻系統障礙表現

在高壓直流輸電換流站設備運行期間，水冷卻系統所發生的故障大多表現為：一是內冷水壓力的異常；二是電導率的異常；三是溫度的異常；四是控制系統的異常。

1.2 直流控制保護系統障礙表現

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

1.3 站用設備障礙表現

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

1.4 無功不足障礙表現

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

2 高壓直流輸電換流站設備障礙原因

2.1 水冷卻系統障礙原因

圖1為正常運行條件下，換流站水冷卻系統的基本結構示意圖。結合實踐工作經驗，筆者認為：內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象是最容易誘發系統故障的因素。

圖1 換流站水冷卻系統基本結構示意圖

2.2 直流控制保護系統障礙原因

換流站運行實踐中，導致直流控制保護系統障礙的主要原因為：直流級控系統電源插件發生故障，同時主用、備用系統切換失效。

2.3 站用設備障礙原因

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

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備障礙防護

3.1 水冷卻系統障礙防護

第一，由于閥塔設備漏水問題可能致使整個水冷卻系統被迫停運，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，沖洗內冷水系統內部所附著的環氧樹脂粉，避免發生墊圈腐蝕的問題。第二，由于設備發熱會導致溫度異常升高，并最終表現為水冷卻系統的運行故障。因此需要采取的防護措施為：在換流站閥塔設備運行期間，按照每周一次的頻率對設備進行巡視，期間需要引入紅外線技術，避免電阻器、電抗器、TE板等設備出現運行故障。第三，可以充分利用直流系統停電檢修的工作時機，安排有經驗的人員進入閥廳內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，若發現膨脹箱水位在短時間內異常下降，則認為水冷卻系統中存在滲水點，需要進一步通過檢查管道以及閥廳設備的方式，找到滲水點并進行處理。

3.2 直流控制保護系統障礙防護

第一，在換流站正常運行狀態下，要求級控系統時鐘保持自動切換的工作狀態，直流級控與站控系統所對應的主用、備用系統需要確保狀態正常。第二，如何防范直流保護系統運行故障，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保護故障中的關鍵內容之一。為實現這一目標，需要工作人員在整個換流站的運行過程當中，定期對測量回路進行校驗，針對日常工作中所發現的測量故障以及單系統故障問題進行處理，避免因發生雙系統故障而造成直流閉鎖的問題。在此基礎之上，針對容易誘發直流控制保護系統故障的電流變化器設備以及電壓變化器設備，需要通過紅外線監測的方式定期對其溫度進行監測與記錄，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中，需要做好對級控系統相關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的備件。

3.3 站用設備障礙防護

第一，對于換流站運行系統當中如閥冷卻系統以及換流變冷卻系統等一類關鍵性的系統而言，由于其負荷水平會直接對系統運行安全性產生影響，因此，需要確保其分別對應有兩路完全獨立的電源完成供電任務。假如在實際工作中任意電源出現故障，則需要及時在兩路供電電源中進行倒換，使系統始終對應有兩路電源完成供電工作。第二，若換流站運行期間發生站用直流系統接地告警的問題，需要工作人員及時對其進行檢查，找準發生問題的部分，并及時加以處置。考慮到戶外端子箱在外部環境濕度較高的情況下容易發生受潮問題，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直流接地的故障。第三，需要對換流站站用設備所使用的UPS電源進行全面監督控制，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，若巡視過程當中發現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，若在設備運行過程當中所配置的全部A型交流濾波器裝置均出現無法運行的問題，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因不平衡而發出告警信息，則意味著該區段存在無功不足的故障。出現此類故障后，應立即提出申請，要求調整該小組交流濾波器的工作狀態，使其處于非選擇狀態下，對保護系統內的計數器進行歸零，避免因計數數值累計而在短時間內發生二段告警，并誘發系統設備故障。

4 結語

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

[1] 成敬周，徐政.換流站內的交流系統故障分析及保護動作特性研究[J].中國電機工程學報，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：電力設備制造與管理。