直流輸電系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)分析

直流輸電系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)分析

0電網(wǎng)穩(wěn)定性對電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的影響日益顯著在中國經(jīng)濟發(fā)展和能源資源分布不平衡的情況下，能源輸變電系統(tǒng)承擔著西部供電和電網(wǎng)連接的重要任務(wù)。為了減少節(jié)能排放，優(yōu)化能源配置，發(fā)揮著越來越重要的作用。提高可用率和利用率，減少強制運行對能源系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟效益非常重要。隨著大批高壓直流輸電工程的投運,直流運行的穩(wěn)定性對電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的影響日益顯著［４－５］。為全面掌握國家電網(wǎng)公司(以下簡稱國網(wǎng)公司)直流輸電系統(tǒng)強迫停運情況,本文對2006—2012年直流輸電系統(tǒng)強迫停運情況進行統(tǒng)計分析,并從極端天氣、設(shè)備故障、外力破壞等角度展開討論,結(jié)合典型故障案例說明近年來國網(wǎng)公司直流輸電系統(tǒng)面臨的安全形勢,分析現(xiàn)有系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)并提出建議。1直流輸電系統(tǒng)截至2012年底,國網(wǎng)公司在運高壓直流輸電系統(tǒng)已達14個,換流站25座,換流變壓器366臺,額定輸送容量總計49.424GW,直流輸電線路總長度為12549km,詳見附錄A表A1。在運的直流輸電系統(tǒng)中,高嶺背靠背換流站是全球容量最大的背靠背換流站;靈寶背靠背單元Ⅱ是全球額定電流(4500A)最大的直流輸電系統(tǒng)之一［６－８］;銀東直流是全球第1個±660kV電壓等級的直流輸電系統(tǒng);復(fù)奉直流、錦蘇直流是全球運行電壓等級最高的直流輸電系統(tǒng)之一,其中復(fù)奉直流是全球輸送容量最大、送電距離最遠的直流輸電系統(tǒng)(2013年6月18日完成輸送7040MW過負荷試驗);柴拉直流是全球海拔最高、施工難度最大的直流輸電系統(tǒng)。2對直接供電系統(tǒng)強制運行的統(tǒng)計分析2.1年—直流雙極、單極和閥組強迫停運情況統(tǒng)計2006—2012年間,國網(wǎng)公司在運的直流輸電系統(tǒng)平均雙極強迫停運次數(shù)總體呈下降趨勢,其間雙極強迫停運累計7次共57.4h,平均每年每個直流輸電系統(tǒng)發(fā)生雙極強迫停運0.21次共1.7h,詳見附錄A表A2和表A3。其中,2010年和2011年,直流輸電系統(tǒng)運行情況良好,未發(fā)生雙極強迫停運;宜華直流在2006—2012年未發(fā)生雙極強迫停運;德寶、伊穆、復(fù)奉、銀東、林楓、柴拉、錦蘇直流系統(tǒng)自投運至2012年底均未發(fā)生雙極強迫停運。2.1.2單極強迫整體停機2006—2012年,國網(wǎng)公司在運直流輸電系統(tǒng)單極強迫停運累計105次共3088.8h,平均每年每極停運1.3次共37.8h(含2008年冰災(zāi)影響)。詳見附錄A表A4和表A5。直流輸電系統(tǒng)單極強迫停運占強迫停運總次數(shù)(不含背靠背直流單元強迫停運次數(shù))的92.1%,是影響直流輸電系統(tǒng)可靠運行的最主要方面。柴拉、錦蘇、銀東、龍政直流總體運行情況較好,單極強迫停運次數(shù)和時間較少。運行時間超過4年的葛南、江城直流總體運行情況較差,其中以葛南直流單極平均停運次數(shù)最多,江城直流平均停運時間最長,除了受2008年雨雪冰凍災(zāi)害等因素影響外,設(shè)備質(zhì)量問題也不容忽視,如2012年因換流變壓器設(shè)備故障累計停運698.7h,占當年單極強迫停運累計時間的67.2%。2.1.3復(fù)普遍強制整體民法復(fù)奉、錦蘇特高壓直流采用了雙閥組設(shè)計,每極由2個閥組串聯(lián)組成,單個閥組亦可獨立運行,靈活的運行方式降低了換流站雙極、單極強迫停運的發(fā)生概率。2011年復(fù)奉直流閥組強迫停運2次:2011年5月2日,復(fù)龍換流站極Ⅱ高端閥組因換流變壓器本體油枕左側(cè)氣囊爆裂導致強迫停運,停運時間為20.6h;2011年8月30日,復(fù)龍換流站極Ⅰ高端因閥冷主泵流量低跳閘導致強迫停運,停運時間為6.3h。2.2其他突發(fā)事件導致的強迫整體停機2006—2012年間,國網(wǎng)公司在運直流雙極、單極和閥組強迫停運累計114次共3173h,詳情如表1所示。因換流站設(shè)備故障導致強迫停運累計72次,占強迫停運總次數(shù)的63.2%。引起強迫停運次數(shù)最多的換流站設(shè)備是換流變壓器、控制和保護系統(tǒng)、直流其他一次設(shè)備、閥冷卻系統(tǒng),分別停運17,16,12,10次,這4類系統(tǒng)所導致的強迫停運次數(shù)總和占換流站設(shè)備故障原因總次數(shù)的76.4%。因直流輸電線路原因?qū)е聫娖韧＿\累計42次,占強迫停運總次數(shù)的36.8%。引起直流輸電線路強迫停運的原因主要是大風、雷雨、冰雪、山火等惡劣氣候和外力因素影響,線路對樹放電和鳥糞閃絡(luò)導致強迫停運等現(xiàn)象也偶有發(fā)生。除2008年百年一遇的冰災(zāi)導致江城直流線路強迫停運625h外,導致單極強迫停運時間最長的設(shè)備是換流變壓器,累計停運1394.7h,約占單極強迫停運總時長的56.6%。平均單次強迫停運時間最長的換流站設(shè)備也是換流變壓器,達83.3h/次。2.3強迫整體民法污染單元靈寶直流單元Ⅰ和單元Ⅱ在各自投運后的第1個完整自然年度強迫停運次數(shù)較多,均達到4次,后期平均單元強迫停運次數(shù)呈下降趨勢。高嶺直流單元Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ運行情況較好,在運行期間,每個單元的年平均停運次數(shù)保持在1次以下。黑河直流自投運后,在統(tǒng)計期間未發(fā)生強迫停運。2.4元強迫處置情況2006—2012年國網(wǎng)公司背靠背直流單元強迫停運故障設(shè)備分類如表2所示。引起背靠背直流輸電系統(tǒng)單元強迫停運次數(shù)最多的換流站設(shè)備是換流變壓器、閥冷卻系統(tǒng)、控制和保護系統(tǒng),均為4次。導致單元強迫停運時間最長的換流站設(shè)備是換流變壓器及控制和保護系統(tǒng),分別停運291.4h和109.2h。平均單次強迫停運時間最長的換流站設(shè)備是換流變壓器和直流平波電抗器,分別停運72.9h/次和34.7h/次。3直接困難的主要問題和典型案例的分析3.1自然災(zāi)害和惡劣氣候直流輸電系統(tǒng)輸送距離遠,輸電廊道地理環(huán)境復(fù)雜,氣候條件惡劣。自然災(zāi)害和惡劣天氣一直是直流輸電系統(tǒng)強迫停運的主要原因,其中以地震和雷雨、大風、冰雪等較為典型［６－９］。特別是在直流輸電通道集中地區(qū),自然災(zāi)害和惡劣氣候的影響極易導致多回直流同時或相繼閉鎖故障的發(fā)生。以下列舉3個典型案例。1極端設(shè)備恢復(fù)2008年初中國南方遭遇特大冰凍雨雪災(zāi)害,江城直流1月13日雙極線路先后降額運行,17日雙極相繼閉鎖,恢復(fù)重建后至3月6日解鎖送電。江城直流在3月6日解鎖后由于絕緣子在冰災(zāi)中損壞出現(xiàn)了多次嚴重的絕緣子掉串和破損,檢查更換絕緣子工作陸續(xù)開展至4月份結(jié)束。2惡劣天氣停運2007年7月27日晚,葛南直流極Ⅱ、宜華直流極Ⅱ、龍政直流極Ⅱ由于湖北鄂東地區(qū)出現(xiàn)雷雨、大風、冰雹等惡劣天氣于20:24,20:26,20:38相繼閉鎖,分別強迫停運1.37,1.33,1.5h。巡線發(fā)現(xiàn)武漢黃阪區(qū)的葛南直流極Ⅱ#798號塔、宜華直流極Ⅱ#718號塔、龍政直流極Ⅱ#664號塔有因強風作用導致導線對塔身放電的痕跡。3系統(tǒng)已構(gòu)影響跨行閥換流閥部分管線回采2008年5月12日14:34,江城直流輸電系統(tǒng)江陵站換流閥部分連接線受地震影響偏離原來位置并與帶電體靠近放電引起分流,雙極閥直流電流差動保護動作導致雙極閉鎖,強迫停運13.9h。3.2直流控制保護系統(tǒng)不完善,導致板卡設(shè)計不當造成直流污染直流系統(tǒng)的二次及輔助系統(tǒng)遠比交流系統(tǒng)要復(fù)雜得多,除了常規(guī)的變電站控制功能外,還有站控、極控、閥控、水冷等系統(tǒng),有50個以上的直流保護功能,一個常規(guī)站有4000多塊板卡,如果設(shè)計不當,任一點故障都可能導致直流閉鎖。深層次的隱患主要體現(xiàn)在直流控制保護系統(tǒng)軟件程序存在漏洞、板卡自檢功能不完善等。部分直流輸電系統(tǒng)的直流、交流控制保護和閥冷卻系統(tǒng)等輔助設(shè)備的控制保護系統(tǒng)未做到從測量裝置、信號傳輸裝置到控制保護裝置的全面冗余配置,尤其是投運時間較早的直流系統(tǒng)的測量及保護裝置,存在設(shè)計不足問題［１０－１３］,易導致保護裝置誤動或拒動,對直流系統(tǒng)可靠運行造成影響。部分直流輸電系統(tǒng)二次設(shè)備與回路等方面的配置和策略存在隱患,導致強迫停運事件時有發(fā)生。以下列舉2個典型案例。1中性線電壓測量裝置異常造成雙極協(xié)同運轉(zhuǎn)2009年8月12日20:36和8月13日22:21,葛南直流葛洲壩站2次因中性線電壓測量裝置異常導致雙極閉鎖,分別雙極強迫停運15.03h和6.65h。2交流濾波器過負荷配合不當2007年2月26日06:28,葛南直流輸電系統(tǒng)葛洲壩站因直流控制系統(tǒng)中備用交流濾波器投入時間與交流濾波器電抗器過負荷Ⅰ段動作時間配合不當,使得雙極強迫停運8.18h。3.3強迫處置和強迫充放電直流輸電系統(tǒng)元部件的可靠性對直流輸電系統(tǒng)可用率影響較大。換流變壓器套管等部分一次設(shè)備由于質(zhì)量缺陷導致長時間單極強迫停運;控制和保護系統(tǒng)及通信等二次設(shè)備故障造成強迫停運時間較短,但常常導致多次強迫停運。以下列舉3個典型案例。1變壓器套管質(zhì)量缺陷2008年12月21日11:02,葛南直流南橋站極Ⅱ換流變壓器套管質(zhì)量缺陷故障,單極強迫停運252.97h。2012年1月31日05:34,葛南直流極Ⅰ因南橋站極Ⅰ換流變壓器A相分接頭處漏油閉鎖,單極強迫停運308.7h。2壓器閥側(cè)套管失效2007年4月29日00:04,靈寶換流站單元Ⅰ換流變壓器閥側(cè)套管損壞,單元強迫停運235.1h。2012年8月16日03:57,林楓直流因楓涇站極Ⅱ平波電抗器直流線路側(cè)套管炸裂導致極Ⅱ閉鎖,單極強迫停運180h。3強迫整體停機2010年10月1日13:18、11月28日08:56和12月19日03:19,靈寶換流站單元Ⅱ發(fā)生3次直流分壓器故障導致的強迫停運,停運時間分別為50.53,29.73,0.28h。4從源頭防范強迫充放電現(xiàn)象為不斷提高直流輸電系統(tǒng)運行可靠性,防止因強迫停運引發(fā)電力安全事故,特別是避免通道集中、落點集中情況下多回直流同時或相繼閉鎖故障的發(fā)生,提出以下建議。1)加強抗災(zāi)能力建設(shè),提升惡劣環(huán)境下的運行能力。針對局部地區(qū)自然災(zāi)害和惡劣天氣頻發(fā)等狀況,實施差異化設(shè)計和改造,綜合考慮微地形、小氣候等,開展輸電通道地區(qū)災(zāi)害水平的風險評估,有針對性地采取措施,提高直流輸電系統(tǒng)整體抗災(zāi)能力。加強自然災(zāi)害和惡劣天氣預(yù)測預(yù)警工作,制定完善應(yīng)急預(yù)案,加強應(yīng)急演練,減少設(shè)備停運造成的損失。2)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型監(jiān)造,從源頭上防范強迫停運。加強直流輸電系統(tǒng)設(shè)計方案論證和比選,結(jié)合實際情況適當提高輸電通道集中地區(qū)、災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)直流輸電系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)施設(shè)計標準;注重從測量裝置、信號傳輸裝置到控制保護裝置全過程采用冗余和多重化配置設(shè)計［１４］,改進相關(guān)控制保護邏輯,強化系統(tǒng)自檢功能;優(yōu)化設(shè)計換流變壓器等大型設(shè)備備用位置、軌道布置,研究安排備用設(shè)備迅速就位搬運方案,減少停運時間。嚴格設(shè)備選型,加強工程質(zhì)量管理和重要設(shè)備監(jiān)造,做好設(shè)備出廠試驗、交接驗收和安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)的監(jiān)督管理,從源頭上提高設(shè)備設(shè)施的產(chǎn)品質(zhì)量。3)加強運行維護和檢修管理,保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行。加強換流變壓器等一次設(shè)備運行維護管理,掌握設(shè)備特性和運行規(guī)律,強化狀態(tài)檢修管理,提高在線監(jiān)測水平,密切跟蹤設(shè)備狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在問題和隱患。加強二次設(shè)備運行維護,查驗直流、交流控制保護系統(tǒng)和閥冷卻系統(tǒng)及其他輔助設(shè)備的控制保護系統(tǒng)等二次系統(tǒng)保護的配置和策略,查找二次設(shè)備、二次回路、保護定值等方面隱患。加強線路走廊和通道清理,加強線路巡查,熟悉掌握當?shù)氐匦魏蜌夂蛱攸c,盡早發(fā)現(xiàn)