特高压直流运行风险评估技术研究及应用

特高压直流运行风险评估技术研究及应用

沈涛

国网山西省电力公司超高压变电分公司   山西太原  030000

摘要：特高压直流输送容量大、外部运行环境复杂、一二次设备繁多，一旦故障将对送受端同步交流电网造成较大影响，实时运行中亟需研究构建特高压直流运行风险评估技术。构建了特高压直流运行风险评估总体框架，描述了直流一二次设备建模情况，提出了针对特高压直流运行特点的在线分析关键技术，最后给出了直流闭锁、再启动和换相失败、多馈入短路比等核心分析模块。相关成果已在相关调度机构部署，保障了特高压互联电网的安全运行。

关键词：特高压直流；运行风险评估；复杂严重故障

引言

电力技术发展及应用关系着群众的用电安全，而特高压直流输电作为我国发展建设中的重要组成部分，创造了世界电力工业史上的奇迹。但就目前情况来看，特高压直流输电技术应用中还仍然存在着一些问题有待解决，因此需要电力企业相关从业人员对其进行全方位的分析，并提出合理的对策进行解决，进而保障电力的可持续运输，提高群众的用电质量和用电安全[1]。

1特高压直流输电技术概述

我国特高压直流输电是指±800kV及以上的电压，随着近几年我国各地区对输送电容量要求的不断提高，为了使我国电力资源得到合理开发和利用，对特高压直流输电技术的研究正不断深化，现已可以实现超远距离输电这一目标，解决了自然资源和能源分布不均的问题。直流输电的工作原理是通过换流器将交流电先整流再逆变，输电过程中注重稳定性以及安全性，该技术的应用能够节约设备占地面积、减少输电损耗，满足我国各地区用电逐年递增的使用需求[2]。

为推动能源革命，将其转变为绿色经济，我国电力专家开始广泛关注并对技术进行改进，要求在建项目不可破坏周边的生态环境，以此为基础分析未来发展趋势，总结特高压输电相关设备运行维护经验，确保我国的特高压直流输电技术不断创新完善。在如今全世界电力系统大规模采用直流输电的情况下，特高压直流输电技术的应用优势较为明显，综合比较现有的高强度输电手段，该技术的经济效益更高、适用范围更广，能够在使用中灵活改变输电方式，电能输送会最终注入交流电网，不仅可以保证地理优势不明显地区资源的合理利用，且能够减少输电过程中的线路损耗，提高一次能源利用率。

2基础建模

2.1一次设备建模

一次设备建模合理与否，直接影响稳态分析和暂态过程仿真，在不同类型暂态分析中，所需考虑元件类型及对该元件数学模型精细程度等不尽相同。一次设备在线建模通常以离线建模作为基础，但需反映实际运行需求。本节仅以分层接入的特高压直流输电系统为例作简要说明。分层接入特高压直流输电系统是指送端或受端换流站高低端换流变交流出口分别接入不同电压等级的电网，以减小交流系统故障对直流输电系统另一侧的冲击，现阶段，一般在受端侧将高/低端换流器接入不同电压等级的交流电网。在设备建模中，应支持分层接入特高压直流输电系统运行方式自动识别，具备换相失败、再启动、闭锁等故障的仿真功能，实现直流功率转带、直流功率调制、直流频率控制等功能模拟。

2.2二次设备动作策略模拟

系统保护、失步解列装置、频率电压紧急控制装置等是保障大电网安全稳定运行的重要手段。为准确评估特高压直流运行风险，需要对二次设备动作策略进行模块化建模。实际应用中，一般采用运行方式描述语言对其动作策略进行标准化建模，通过结构解析、结构语法树、表达式解析、表达式语法树以及执行单元实现策略的自动匹配与功能的准确模拟。此外，保护拒动、断路器拒动、CT死区故障等故障可能引发多回直流连续换相失败、电网连锁故障等，因此有必要开展详细建模分析。需对站内一次设备进行拓扑分析，确定需要同时跳开的设备，进而根据电压等级、接线方式、失灵后备保护延时等信息，对含断路器、刀闸等设备在内的在线数据开展拓扑搜索并形成断路器动作时序，满足复杂严重故障模拟仿真需求。

2.3稳控装置在线监测与管理

当前电网稳控装置的建设重点在于稳定控制策略的实现，而对装置的状态监视、方式维护、策略共享、动作分析等缺乏有效的支撑手段，需要建设稳控装置在线监测与管理模块。

首先在厂站端实现站内稳控装置的接入，然后厂站或其他调控中心通过调度数据网与国家电力调度控制中心（国调中心）调度控制系统进行数据通信，实现稳控装置的信息交互，并在调度端建设稳控装置在线监测与管理功能。稳控装置在线监测与管理模块主要实现运行监测、策略管理和数据应用等功能。运行监视方面，可对稳控装置的投退状态、运行方式、可用措施量、通信通道、动作策略等信息进行实时监视，发生故障后可实时召唤稳控装置动作信息，辅助开展故障分析；策略管理方面，可实现稳控定值远程下发、安控措施量充裕度评估、稳控策略在线校核等功能；数据应用方面，可通过消息总线、服务总线、进程调用等为其他高级应用提供稳控装置实时策略信息。

3特高压直流输电技术的应用策略

3.1合理进行主接线选型

特高压直流输电技术应用中，主接线选型十分重要，其基本以成套设计的形式出现，所以需要对系统可靠性、系统损耗、实施难度加大关注，合理选择接线方案以及相应的交流、直流设备具体配置方案，进行完整全面的研究论证，综合考虑现有技术水平，采用换流器串联的接线方案。同时要确定主接线方案的关键因素，考虑换流变压器的设计制造和运输方面因素，不论是2个12脉动换流器方案还是3个12脉动换流器的串联方案，都需要考虑主设备、控制保护和直流场的复杂程度，采用分层接入方式接入500kV/1000kV，明确不同交流电压的等级，要求低端接入1000kV交流电网，提高运行过程中的稳定性。

3.2加强监督与运营维护

特高压直流输电项目必须加强维护，明确维护的相关标准等内容，加强工作人员日常运营和维护的能力和水平，采用非磁性材料形成闭合电磁回路，要求金属夹板厚度≥3mm，避免主变套管均压环、导线金具未打排水孔的问题。同时要确保工作人员按照相关标准开展运营和维护工作，详细记录特高压直流输电工程的具体情况，发现问题要及时进行分析并解决，在此基础上需要进一步加强反思，对维护过程中发现的问题进行总结，为后续工作提供支持和保障。

3.3提高施工人员综合能力

选择具有责任心的工作人员，在施工前通过加强培训提高建设队伍的素质和能力，与此同时，要通过技能培训来提高施工人员的技术水平，对于表现优秀的施工人员可予以一定的物质和精神奖励，从而能提高施工人员的积极性；而管理人员则应通过巡视了解施工人员的情况，判断当前是否存在建设安全问题。同时，施工人员应结合实际情况选用技术设备等，判断地质情况后确定大地接线截面积，如发现接地装置不合格引起的接地问题，可直接更换接地装置，而因施工原因引起的此类事故，则需要进行深入调查，并对违规施工单位给予一定的处罚，后续也应通过培训教育提高相关人员的安全意识。

4结束语

随着全球能源互联网建设的逐步推进，特高压直流输电工程趋于稳定，但若想在世界保持领先地位，我国还需进一步完善特高压直流输电技术，提高系统对环境的适应性，在此基础上深入研究特高压直流输电系统的技术与经济性。

参考文献

[1]付超.高压断路器机械振动信号分析及故障诊断技术的研究[D].河北工业大学,2016.

[2]裴孙静苑.高压断路器故障诊断先验知识库设计与实现[D].华北电力大学,2016.