2.4 500 kV 交流滤波器分组及接线

根据目前直流工程的研究成果, 交流滤波器组可能的接线方案有: ( 1) 交流滤波器分成四大组接入3/2 断路器接线串中; ( 2) 交流滤波器小组直接接母线; ( 3) 交流滤波器分成两大组, T 接每极换流变压器; ( 4) 交流滤波器小组直接接入3/2 断路器接线串中。从可靠性角度看, 方案( 4) 可靠性最高; 方案( 1)可靠性较方案( 4) 稍低, 该方案滤波器投切灵活, 且便于两极间的相互备用, 适应性好; 方案( 2) 接线会降低主母线的可靠性; 方案( 3) 为交流滤波器按极配置, 在国外一些工程中有运用, 其主要缺点是不便于交流滤波器两极间的相互备用, 而且增加了换流变压器进线故障的几率。从可靠性角度看, 首推方案( 4) , 但其投资太大, 目前很少采用。国内大多数直流输电工程采用可靠性高且投切灵活的方案( 1) 。

2.5 主要设备对直流输电系统可靠性的影响

2.5.1 换流器

换流器的故障分为如下3 类:

阀的触发失败和误导通, 是由控制和触发设备的各种故障造成的。这些故障发生在逆变侧的概率更高, 并将导致更为严重的后果。

换相失败, 是由于外部交流或直流电路条件的变化, 加之逆变器熄弧角预置控制不当造成的。交流电压偏低, 直流电流偏大, 都可能使得换相不能在足够的时间内完成。

换流站内部短路, 此故障非常少见, 起因可能是接地开关误操作, 或绝缘老化和避雷器失效。

2.5.2 交流系统

(1) 三相短路故障

若故障发生在整流侧, 则不需要采取特殊的控制措施, 而离逆变器足够近的故障将造成换相失败。

(2) 不对称故障

故障时, 通过一系列操作进行故障隔离后, 系统可以降低功率继续运行。

(3) 交流滤波器

据统计, 滤波回路中电容器的故障率与时间有关, 用于可用度计算的故障率为一年0.2%, 但期望值为0.05%, 保证值为0.1%。滤波器分组的停运不会导致强迫极停运, 或电能传输中断。因此滤波器对可靠度影响极小。

2.5.3 直流线路

直流线路故障比内部短路更为频繁, 现今几条重要高压直流输电系统的运行经验表明, 直流架空线接地故障是强迫停运的主要原因[4~6]。直流架空线故障的原因有雷击、滑坡、植物、风等。直流滤波器故障不会造成强迫极停运。

2.5.4 控制和保护系统

由于不会触发跳闸信号, 控制设备故障对传输系统没有直接影响, 因而不加考虑。但为了防止备用耗尽, 控制和保护系统必须是“热维修”,“维修”包括故障电路板或插件的替换, 且没有额外的延时。

2.5.5 开关设备

计算开关设备的可用度时, 较为困难的是如何计算隔离开关的故障率。一方面, 绝大多数故障出现于配件箱和驱动系统, 然而这些故障并不会在正常运行时引发极停运, 因为此时不需要隔离开关动作。另一方面, 当出现开关命令而隔离开关无法遥控时,仍有可能用手动方式执行开关命令, 因而要区别隔离开关的静态故障率和动态故障率。动态故障率是隔离开关作为一个部件时的故障率; 而低得多的静态故障率只计及引起极停运的故障, 如引发接地故障的瓷套或焊点破裂。计算极停运时, 要考虑开关设备的静态和动态故障率。

3 高压直流输电系统的可靠性评估

特高压换流站可靠性评估中, 主要考虑以下因素: ( 1) 考虑到设备实际运行情况, 模型仅包含双极正常运行、单极金属回路、单极大地回路运行方式。( 2) 对有旁路开关回路接线, 任意一个12 脉动换流单元发生故障都可以独立退出而不影响其他设备的正常运行, 且不考虑设备过载运行允许增供的容量。但是当6 脉动桥故障退出运行时, 与之组成12 脉动换流单元的剩余桥必须同时退出。( 3) 忽略三重及三重以上故障事件。( 4) 考虑设备维护时发生故障情况。( 5) 考虑设备安装过程。( 6) 由于正常运行中, 刀闸S, Sp 均不动作, 故不考虑其故障影响。直流侧的滤波器、平波电抗器等设备可等效为一个极设备元件。

EDSA 是一面向电力工程应用的专业软件。它主要由2 部分构成: 一是系统仿真图形绘制, 二是专业计算仿真分析。从功能上看, EDSA 可以完成各种形式的短路计算、潮流计算、暂态分析、谐波分析和可靠性分析等诸多方面, 并提供了丰富的帮助文件。其中, 可靠性可以对配电系统、变电站进行评估, 采用状态空间模型对设定的可靠性模型进行分析计算。通过EDSA 可靠性计算, 可以直接得到某一负荷点的年故障次数、停运持续时间、可靠度、年停电损失等。在此基础上可进一步计算得到其他可靠性指标。

3.1 可靠性数据和主要的计算结果

通过EDSA 对换流站主接线的可靠性进行了计算。通过综合分析国内运行数据及国外设备可靠性数据, 本计算采用表1 中数据作为计算依据。

采用EDSA 可靠性软件包对双极12 脉动换流单元串联情况进行了计算, 结果如表2、3。

3.2 参数灵敏度分析

(1) 换流变故障率灵敏度( 表4) 。

(2) 换流变修复时间灵敏度( 表5) 。

(3) 桥阀故障率灵敏度( 表6) 。

(4) 桥阀修复时间灵敏度( 表7) 。