交流濾波器場設備更換方案優化策略研究

馬向南 賓斌 方逍

摘要：換流站是高壓直流輸電系統的關鍵組成部分，須認真對待和高度重視設備檢修工作。交流濾波器場是換流站內調節交流電壓諧波的重要設備，本文概述了交流濾波器場設備分布狀況，對設備檢修的現狀、檢修方式方法進行了深入探討，基于當前設備更換工作方式中客觀存在的一些不足，提出了一種設備更換并行操作方案，提升了作業效率。為特高壓直流輸電工程中交流濾波器場的檢修和更換工作提供借鑒。

關鍵詞：交流濾波器場;設備更換;作業順序優化

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重要組成部分，換流站可實現交流電變換為直流電或者將直流電變換為交流電的轉換，并達到電力系統對于安全穩定及電能質量的要求而建立的站點。換流站的主要設備或設施有：換流閥、換流變壓器、平波電抗器、交流開關設備、交流濾波器及交流無功補償裝置、直流開關設備、直流濾波器、控制與保護裝置、站外接地極以及遠程通信裝置等。換流站交流濾波器場安裝在換流站交流側，用來吸收換流器交流側諧波電流，限制交流側諧波電壓。每個濾波器在一個或兩個諧波頻率的指定范圍內或高通頻帶下呈現低阻抗，使換流器產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的諧波，達到降低諧波的要求。交流濾波器作為重要的電氣一次設備，它的運行情況直接影響著系統電壓及無功功率平衡，直接決定了系統內的諧波含量，從而影響著整條直流輸電系統的穩定運行。

目前，特高壓換流站交流濾波器場設備有三種主要的檢修方式，分別為：故障排除、定期維護以及狀態檢修。故障檢修，只有在設備出現故障以后才需要進行檢修和改造工作，因此也被叫做事后維護。定期檢修是針對設備特定定期開展的檢修工作，可以延長設備的平均壽命，降低設備出現故障的幾率。狀態檢修視設備運行狀態而定，當設備運行參數良好時可不進行狀態檢修。當設備故障或者設備達到運行年限時，便需要對站內設備進行更換安裝工作。當前針對濾波器場設備的更換作業基本采用吊車、高空作業車作為主要機具。交流濾波器場設備相對笨重，更換作業過程中需使用吊車、滑輪、拉索等工具多人同時配合工作，若采取流程不規范將導致工作效率不高。為了進一步優化作業流程、縮短工作周期，亟需對高壓設備檢修更換流程、方法進行規范以及與時俱進的創新，本文在現有交流濾波器場設備檢修更換方法的基礎上提出了設備并行操作方法，將單一設備更換流程進行分解，在同一時間尺度上對相似工序進行并行操作，減少了總設備更換作業時間，提高了工作效率。

2?交流濾波器場設備更換方案現狀

交流濾波器場上層進線導線作為兩大組母線平行伸入交流濾波器區域，下層采用懸吊管母線作為小組聯絡母線，濾波器小組可采用雙柱式隔離開關。在濾波器大組配電裝置中間構架下及濾波器圍欄后設置檢修道路。大組母線避雷器及電壓互感器設置在兩小組開關回路隔離開關間，經小組間聯絡線與大組母線相連。由于兩平行大組母線距離較近，設置大組母線接地刀，布置在相鄰的兩小組開關回路間。交流濾波器場圍欄內布置如圖1所示，主要設備為小組濾波器，主要布置有電容器、避雷器、電流互感器、電阻器、電抗器等設備。

目前，針對圍欄內（小組濾波器）設備，由于其上方無任何帶電體，若設備出現故障需要更換時，需將相應小組濾波器停電以滿足安全措施要求。圍欄內設備更換作業（以斷路器更換為例），一般使用吊車開展（電容器更換使用專用作業平臺車），更換時將吊車（根據需要選擇噸位，一般使用25噸的吊車）放置在圍欄外道路或空地上即可。若只需檢查或進行簡單處理（如設備接線板或接頭發熱處理等），則小組濾波器停電后直接進入圍欄開展作業即可。針對圍欄外小組濾波器用設備，由于上方為帶電的管母（小組濾波器母線），若設備出現故障需要更換本體時，考慮到安全間距，將被迫擴大停電范圍，即停運大組濾波器，更換時將吊車放置在圍欄外合適位置的巡視檢修道路上后開展更換作業。針對大組母線避雷器、電壓互感器、等設備，若出現故障需要檢查處理或更換時，則必須停運相應大組，使用高空作業車或吊車開展作業。當前針對濾波器場設備，除圍欄內電容器外，基本采用吊車、高空作業車作為主要機具開展檢修作業。對設備的更換主要利用滑輪，采用人力拉拽吊裝的方式進行，耗時耗力，作業時間長，安全性差，在事故搶修等緊急情況下甚至影響系統恢復送電時間。當前設備更換流程、操作方式不規范，主要表現在：耗費人力、耗費時間、安全性不高等問題。

現階段換流站中設備更加復雜、自動化水平更高，如果仍然按照傳統的檢修模式，不僅效率較低，而且無法完成深度檢修，很多故障也無法從根本上排除。因此，檢修工作也必須與時俱進的創新和發展。要嘗試應用一些新技術、新設備，輔助完成換流站設備檢修工作。

3更換作業順序優化方案

交流濾波器場設備更換過程步驟繁多，不同作業環節相互依賴關系強烈，先后動作順序明顯。針對涉及多個作業點的交流濾波器場設備更換作業而言，若缺乏合理的作業流程優化方案，則將嚴重影響設備更換過程效率，故而有必要針對設備更換流程開展優化工作。

基于上述分析，本文在考慮更換過程各環節耦合特性的基礎上，針對更換作業流程開展優化工作。為提升更換作業規劃方案可靠性，本文在針對各作業環節持續時長進行處理時，統一選定該環節可能出現的最大作業時長，作為該環節的作業時長。計及設備更換環節限制條件，優化過程應遵循如下基本假設：

優化前的設備更換流程可基于設備制造工序優化問題中的順序移動模型進行描述。該模型將單個設備更換作業視為一個整體，忽略不同設備更換過程的并發可行性，認為在單個設備更換完成前，不應該開始下一個設備的更換過程。基于順序移動模型的設備更換過程如圖2所示，對應的設備更換過程持續時長可基于公式（1）計算得到。

式中，tij表示第i個設備更換過程中環節j對應的作業時長，I、J分別對應待更換設備總數以及各設備更換過程中涉及的作業環節總數。

設備更換環節的耦合特性僅存在與不同作業環節之間，不同設備更換作業之間不存在明顯的先后順序關系。順序移動模型充分考慮了不同設備更換作業之間的獨立性，其對應設備更換過程示意圖如圖3所示，對應的設備更換過程持續時長可由公式（2）求解得到。

式中，tmax表示設備更換過程中對應的單個作業環節最大作業耗時。

本文基于平行移動方式，針對交流濾波器場設備更換流程開展優化工作，對應優化模型動作步驟如下：

Step1：確定待更換設備分類數量，依次確定各設備不同作業環節耗時。基于更換過程中各作業環節耗時，通過選取最大值方式確定各環節對應的作業耗時分配結果，通過不同長度的矩形方塊代表不同作業環節，各環節矩形框長度與對應的作業環節持續時長成正比。

Step2：選定一個待更換設備，依次排列對應的設備更換過程涉及的各個作業環節矩形方框;

Step3：針對第i個待更換設備，計算i-1個設備各個作業環節結束時刻，并將上述時刻作為設備i對應作業環節的起始時刻，據此依次排列設備i更換過程矩形框;

Step4：遍歷本次設備更換作業待更換設備，得到基于平行移動方案的設備更換方案優化結果。

4?案例分析

為分析所提模型在降低交流濾波場設備更換過程耗時方面的優越性，文章基于某特定變壓站濾波器場圍欄內設備跟換作業實例開展優化工作。案例待更換設備包括電抗器1組，管母1個、以及隔離開關若干，對應的作業不同作業環節耗時如表1所示。

基于設備更換作業優化模型各環節作業持續時長定義，可分別計算得到物資運輸環節、檢查準備環節以及更換作業環節持續時長分別為15min、30min以及1.5h。

優化前后的交流濾波場設備更換作業各環節推進順序如圖4所示。其中，基于順序移動模型的設備更換作業（優化前）持續時長Ts=（0.25+0.5+1.5）×3=6.75h，基于平行移動模型的設備更換作業（優化后）持續時長Tp=（0.25+0.5+1.5）+（3-1）×1.5=5.25h。

可見，所提設備更換作業優化技術充分考慮了設備更換作業過程中不同環節之間的并發可行性，通過在同一時段同時開展不同作業環節方式，有效提升了交流濾波器場設備更換作業持續時長。較之于傳統設備更換作業方式，優化后的設備更換作業時長較之前下降22.2%，設備更換作業效率提升顯著。

結論

換流站設備繁多，設備更換流程操作繁瑣。針對涉及多個設備的交流濾波器場設備更換作業，對設備更換作業流程進行優化。針對各作業環節持續時長進行處理，統一選定該環節可能出現的最大作業時長，作為該環節的作業時長。首先比較不同設備更換操作環節用時的大小，確定特定環節最大用時，在不減少該環節操作用時的基礎上，對其他設備進行并行操作。充分考慮了設備更換作業過程中不同環節之間的并發可行性，通過在同一時段同時開展不同作業環節方式，有效提升了交流濾波器場設備更換作業持續時長。

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作者簡介：馬向南（1986—??），男，漢族，四川瀘州人，本科，高級工程師，研究方向：交流濾波器場改進優化。