特高压交直电流的可靠性分析

特高压交直电流的可靠性分析

刘洋

大同供电公司输电运检中心   山西省大同市平城区   037000

摘要：

在我国,电力需求和能源的分布极为不平衡,急切需要去建设超长距离大容量的高压交直流输电工程,以满足未来将对电力资源进行合理的配置,从而提高电力输送的可靠性和经济性的内在要求。并且对于特高压交直流输电系统在可靠性方面的要求也变的越来越高。

超高压交直流输电现如今是较为成熟的技术之一，输变电和控制设备在国内外大量工程实例中已经开始生产投用，这也为研究提供了丰富的运行经验。但在设备投运时产生的一个影响因素是，任何一个交直流输电系统故障发生都将会对其他交直流输电系统，乃至整个送端电网都会产生极大的影响。由于特高压输电的可靠性和经济性的评估对整个电力系统有一定的必要性并对运行可靠性产生相对的影响，因此，量化二者的可靠性和经济性进行分析对比，并且开展相应的分析，这对于特高压输电工程的规划和建设来说具有及其重要的意义。

关键词：特高压交流；特高压直流；可靠性；稳定性；交直流配合

一.特高压输电概述

  特高压输电技术是世界上最先进的输电技术。交流输电电压一般分为高压、超高压和特高压。国际上定义高压(HV)通常指35kV-220kV电压。超高压(EHV)通常指330kV及以上，1000kV以下的电压[1]。特高压(UHV)定义为1000kV及以上电压。而对于直流输电而言，高压直流(HVDC)通常指的是±600kV及以下的直流输电电压，±800kV（±750kV）以上的电压称为特高压直流(UHVDC)。

二．特高压交直流输电特点分析
  特高压交直流输电主要是为了超长距离大容量输电而提出。可以通过提高电压的等级来增加输送电量的容量,这样可以大大的减少输送电的回路数目而且节省了线路的走廊和投资[2]。在uHVDc输电系统当中,换流变压器不仅仅需要在两个电压等级系统之间进行电能的传输,还需要去借助换流变压器非常大的调压范围来实现最优的运行。但是由于在特高压换流站中,换流变压器的台数比较多,单台的容量就显得更加的大,而且与电压最高电压一组阀相连的换流变压器的阀侧电压会更高,着就导致变压器所用的套管等辅助设备的可靠性降低。对于特高压换流变压器来说,除了需要去解决绝缘、强度、油流带电等常规问题外,特高压换流器作为换流站内最大件的设备，受到运输的限制也是十分的大的。换流变压器主要采用的是单相双绕组型式。这与平波电抗器有很多相似的地方,同样的存在绝缘、强度、运输等问题,但是平波电抗器在制造难度上不如换流变压器,随着绝缘和电感量的增加,由于受到电压和运输的限制,不得不采用多台分散布置。从制造的难度和造价来说,干式平波抗电器抗相对来说更有优势。

三．我国特高压交流输电技术
  从我国首个特高压交流试验示范工程2006年底开工建设，到如今“特高压交流输电关键技术、成套设备及工程应用”获国家科技进步奖特等奖，特高压，这一备受社会关注、并一度伴有诸多争议的输电技术，终于取得良好成效。
(1)确定了特高压交流输电标准电压。创新形成了稳态电压控制技术、瞬态过电压抑制和潜供电弧抑制技术。在国际上首次实现了特高压系统电压优化控制。
(2)揭示了复杂环境下特高压系统外绝缘非线性放电特性，研发了空气间隙、绝缘子配置和雷电防护技术。特高压交流试验示范工程安全稳定运行四年多。在世界上首次实现了复杂环境下特高压系统外绝缘优化配置[3]。

(3)形成了特高压输变电设备设计、制造和试验关键技术，建立了完整的技术产业体系。自主研制成功代表国际最高水平的全套特高压交流输变电设备，改变了中国在电气设备制造领域长期从发达国家“引进技术，消化吸收”的发展模式，首次实现了中国制造。

(4)实现了特高压工程环境友好目标，特高压交流试验示范工程电磁环境实测满足国家环保要求。
(5)提出了特高压输变电工程整套设计和施工方法、设备现场试验方案，研制出线路带电作业工器具和试验装备等。特高压交流试验示范工程成为世界上电压等级最高、输电能力最强的交流输电工程。

(6)提出了综合模拟高海拔、重覆冰、重污秽等环境条件的高压试验方法等，形成了国际上可试参数最高的高电压、强电流试验检测能力，建立了完整的特高压试验研究体系。

并且特高压交流输电技术具有相对可靠性，重点可体现在如下方面：
(1)主接线方案要采用灵活可靠的。如果设备受到运输和制造能力等的限制，但是晶闸管通流容量仍然满足要求的时候,就可以采用每极2x12脉动阀组串联接线,而整流和逆变侧都采用2x12脉动阀组接线对更好一些;
(2)将每极2xlZ脉动阀组都进行串联接线,最好设置有旁路开关回路;
(3)换流站应该设置备用的换流变、平波电抗器等主要的设备;
(4)如果工程没有特殊的要求,对每极的2火12脉动阀组进行串联接线,高低端阀组电压也应该相同;
(5)国内超高压直流输电系统可靠性最主要的影响因素之一就是非设备类因素,其中的计划检修等等的影响更加的突出。合理的安排检修方案,减小检修的时间和检修的周期是有效的提高特高压直流输电系统可靠性的重要手段;

(6)采用可靠的控制保护装置和更加完善的、更具针对性的配套软件设计,能够有效的降低能量不可用率;

四．1000kV/800kV交/直流输电系统强廹停运对电网稳定性的影响
  单回1000kV，2000km交流输电系统接入500kV电网的4290MW输电能力是指保持静态静定裕度条件下输送的功率，静稳定极限输电能力达4767MW。输电系统在N1永久性故障下，继电保护正确动作切除故障，强迫停运将中断输电，使送受端电网中断输电的节点出现大的动态功率不平衡。对于短路电流控制在50kA的500kV电网来说，强迫停运引起节点功率不平衡可达电网内开机容量的10%左右。送受端电网单一节点如此大的功率缺失，在动态过程中将转移至电网内部，形成大的功率转移。如与故障停运节点相关输电线路安全裕度不足以承担如此大的功率转移，可产生系统稳定性问题。在没有暂态安全稳定措施情况下，1000kV交流输电系统暂态过程及后故障过程所形成大的功率转移，甚至可能引起故障连锁反应风险[4]。

六．结论
  对比老式可靠性评估的方法，我们提出的可靠性评估方法充分的考虑了特高交直流输电系统有关每极两组12脉动换流器的结构特点和多种灵活运行方式，可以将特高压交直流输电系统的实际运行情况较为准确的反映出来。若在输送电力的时出现一个12脉动换流器的故障，完整的换流器同时可以和相同的极对端的任意换流器共同运行。因此，单极停运的概率就极小的降低了。并且由于系统的研究水平与设备制造技术等持续提高，特高压交直流工程将会比常规的交直流工程更加的可靠。

参考文献
[1]黄晓明,等,金沙江一期送电华中、华东士80万伏级直流输电工程锦屏一、二级送电华东*80万伏级直流输电工程”士80OkV换流站直流主接线研究.成都:西南电力设计院,2005.

[2]娄彦涛,刘宁,王江平. 两种结构形式特高压换流阀均压设计对比分析[J].高压电器.2016(10)
[3]刘铁桥,何发亮,吴美珍. 防掉串用环-环型±800kV特高压直流复合绝缘子的研制[J].电瓷避雷器.2016(05)
[4]张贵德,成川,刘浔,戴迪,郑华. 国产高压直流可控硅触发阻尼试验装置研制[J].电子世界.2016(19).