论特高压交直流输电系统可靠性

论特高压交直流输电系统可靠性

纪何李增寿

（国网湖南省电力有限公司衡阳供电分公司）

摘要:随着我国的经济的飞速发展和科技的进步，我国对于电力的需求也就越来越大，超长距离大容量的交直流输电项目也就越来越多，随之，我国对于超高压、特高压直流输电系统的可靠性问题也就越来越重视。我们可以根据1000kV/800kV交/直流输电的系统结构来构建基于确定性指标的输电系统串并联可靠性的模型，然后提出相应的评估方法，用相关的元器件和子系统的实际运行可靠性指标来进行两种输电系统可靠性的评估，然后将两种输电系统可靠性的特点进行比较分析，看看这两种输电系统强迫停运对电网运行稳定性是否会存在影响，若存在影响会有多大，以及保证电网运行稳定措施的可靠性。

关键词：输电系统；可靠性；模型；评价方法；稳定措施；经济性

在我国，电力需求和能源的分布显的极为不平衡,未来将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,我们就急切的需要去建设超长距离大容量的高压交直流输电工程,并且我们对于论特高压交直流输电系统可靠性的要求也变的越来越高。超高压交直流输电是已经比骄傲成熟的技术、输变电和控制设备,在国内外已经开始在大量工程实例中进行投用，这也为我们提供了丰富的运行经验。但是在进行运行的时候，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。因为特高压输电的可靠性和经济性的评估对整个电力系统来说都是十分有必要和有极大的影响的，所以说，将二者的可靠性和经济性进行量化，并且开展相应的对比分析，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。

1、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。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,不国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。

2、交/直流输电系统通用可靠性模型和评估方法

2.1交/直流输电系统可靠性概念

交/直流输电系统的可靠性是指能在一定的条件下和一定的时间内完成设计确定的输送电力和电能的概率。目前，输电系统可靠性采用确定性可靠性指标表示和统计。这些指标包括：强迫停运率(次/a)、强迫停运时间(h/次)和计划停运率(次/a)，计划停运时间(h/次)以及能量可利用百分比，即实际可利用的输送功率与最大持续输电能力的百分比。交/直输电系统可靠性与设计准则、元件可靠性、运行环境和运行管理有关。输电系统一次建设成本随能量实际可利用率或可靠性指标的提高呈指数上升，同时用户因停运投入的附加成本和不可靠性损失成本随可靠性指标的提高而減少。可靠性的优化目标是输电系统为提升系统可靠性所增加的一次建设成本等于用户所减少的可靠性损失成本。输电系统多按寿命周期成本最小进行技术经济比较，接入电网后在N1运行可靠性准则基础上优化建设成本和运行成本。

2.2交/直流输电系统基于确定性指标的可靠性模型

交/直流输电系统都是由一系列的元器件通过串并联构成的。它们的可靠性可根据系统结构，按照单个元件的停运率和停运时间与相邻元器件可靠性关联的紧密程度，分割为若干可靠性子系统的串并联矩阵组合。各子系统可靠性决定于其组成的元器件可靠性，按照单个元件的停运率和停运时间建立确定性指标子系统可靠性模型。当已知元件统计的可靠性指标，通过过程解析法估算子系统可靠性。输电系统停运率和停运时间由可靠性子系统的串并联代数运算进行评价。通过分层的串并联可靠性评估可得出交/直流输电系统的可靠性指标。

3、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、特高压直流输电系统可靠性提高

4.1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;

4.2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;

4.3换流站应该设置备用的换流变、平波电抗器等主要的设备;

4.4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;

4.5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;

4.6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;

结论：

和以前老的可靠性评估的方法相比较的话，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的方式，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给我们，如果在输送电力的时候出现一个12脉动换流器的故障，完整的换流器还可以和相同的极对端的任意话留起共同运行，所以这样的话，单极停运的概率就极小的降低了，还有就是由于系统的研究水平和设备制造技术等的提高，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]2004年高压直流输电系统运行可靠性指标,2005.

[3]2001和2002年部分国外直流输电系统运行可靠性指标.

[4]赵宏伟,罗建.士sookV特高压换流站可靠性评估[C」南宁:全国高校电力系统及其自动化专业年会,2005.