吉成海
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摘要:按照特高压直流换电站的绝缘配合管理需求,开发管理软件,软件涵盖功能包括绝缘方案选择、参数存储与修改、绝缘水平计算和绝缘特性查询等。本文对于软件的开发和设计流程进行分析,将该软件应用在±800kV的绝缘配合计算当中,可以看出软件不但计算灵活,而且操作便捷,具有较强的适用性。
关键词:特高压;直流;换流站;绝缘配合;软件开发;应用
引言:由于特高压直流的输电容量相对较大,并且输电距离远,电压等级主要是从500kV提升至800kV,并且换流站、线路绝缘等属于高投资设备,对于换流站的绝缘水平进行分析,以此为基础完成设备设计,能够保证运行安全,控制电能损失,降低维护成本。结合绝缘配合软件的使用要求,依托Excel软件获取避雷器运行数据,并使用VBA编辑器,完成软件的设计,能够提高软件使用效率。
一、软件的设计和开发
换流站当中线路绝缘设备相对较多,因此,如何配置绝缘设备才能保证绝缘水平是软件开发和设计过程需要考虑的重点内容。在特高压类型的换流站当中,绝缘配合的计算与设计包含内容较多,同时,特高压换流站的绝缘配合管理软件设计过程涉及大量参数,因此,可利用Excel表格形式将相关数据存储,为用户信息分析提供便利,并借助软件自带的编辑器功能,辅助开发和设计。
(一)设计思路和软件功能
该软件使用过程可应用在Win7系统和XP系统当中,利用图形化的界面,可按照使用者需求对于管理参数进行随时设置和修改,并将计算结果存储于Excel表格当中。软件功能如下:
1.输电方式选择
为满足管理需求,需要做好如下内容的选择:第一,选择直流输电、电容换相换流器,第二,选择电缆输电、背靠背接线等线路形式;第三,利用双12的脉动方案。
2.避雷器配置
在用户使用该软件时,可利用避雷器的配置图,灵活重组不同点避雷器,改变配置方式,进而获取最佳的配置方案。
3.参数存储
不同避雷器都具备相互独立形式的参数界面,能够通过可视化窗口完成避雷器参数输入,同时还能对相关参数进行修改,最后存储。
4.计算绝缘水平
利用该软件可完成绝缘水平的计算,并利用Excel将计算结果输出。将线路当中所有避雷器相关参数相软件当中输入以后,就能自动化完成计算,并通过相应模块将结果显示出来。可按照需求对于计算结果进行输出,既可以保存在系统当中,也可以打印成文件,文件也是按照Excel表格的方式输出,为用户分析数据提供便利[1]。
5.性能曲线查询
利用该软件,用户不但能够对于避雷器型号合理选择,还能选择配合电流或者脉冲类型,获取最高特性或者最低特性曲线,按照避雷器的输入电压、电流以及柱数等,对于其重点参数进行评估。除此之外,系统还设计了预留接口,便于用户使用过程按照需求完成其他避雷器特性曲线的添加。
(二)软件模块组成
该软件的模块组成主要有如下几部分:第一,参数定义模块,能够对参与计算的所有参数进行定义,并且可对其中的参数灵活调用,使用Excel表格形式存储,便于后期管理。第二,计算模块,系统当中所有避雷器都存在计算模块,并且此类模块以独立形式存在,在计算环节使用的共用函数全部存储在此模块当中,为其他模块的访问提供便利。在计算过程主要是向函数传递相关变量,之后再执行函数计算过程。对于不同界面,避雷器的计算模块与计算过程各不相同,所有计算模块处于独立存储于系统当中,因此,使用过程相互之间不会产生干扰,影响计算结果。第三,输出模块,该软件主要利用Excel文件来保存输出信息,使用不同表格完成避雷器的绝缘水平记录。具体包括如下方面内容:一是绝缘水平,二是变压器水平,三是避雷保护水平,四是输入数据,五是空气间隙,六是避雷器目录,七是避雷器的配置方案。
(三)软件实现过程
利用该软件,可在主界面位置选择按钮,控制高压直流运行方式,选项内容如下:一是直流线路,二是电缆输电,三是背靠背输电。按照电缆输电形式,本研究选择双12脉动类型避雷器配置,可将避雷器复选框选中,在界面即可出现与之相对的避雷器。当用户选择方案图当中的避雷器以后,在窗口当作即可显示数据输入这一模块信息,为用户展开数据输入奠定基础。所有参数输入完成以后,可通过点击按钮,完成避雷器绝缘计算过程,快速获得换流站绝缘水平结果。
利用该软件,还能使用Excel表格将避雷器的特性曲线通过数据方式保存。同时,软件当中还可自动化生成取值,为曲线计算提供便利。以500A和10kA避雷器的单注特性曲线为例,图1为避雷器的特性曲线图:
图1避雷器的特性曲线图
通过上图可以看出,共有三种冲击形式,一是30/60μs;二是8/20μs;三是1/2μs,在30/60μs和8/20μs当中存在两种类型的特性曲线可供选择,分别为最大特性曲线与最小特性曲线。除此之外,软件当中还存在EXLIM P、V、E、D等各类常用避雷器类型的特性曲线[2]。
二、实例应用
(一)案例信息介绍
针对某直流输电项目(±800kV),使用此软件对于系统的绝缘水平展开计算。该换流站的接地方案为400kV+400kV形式,各极选择双12类型脉动单元式换流阀,且直流系统的两极的额定功率(输送)是6400MW,运行电流(额定)4000A,运行电压(额定)±800kV。该交流系统在运行时的额定电压等于525kV,系统处于稳态时,运行电压的最高值为550kV,理想状态下的空载电压(额定)值为242kV,直流电压的最高值为816kV,在换相过程的过冲率17%。
(二)避雷器参数计算
使用该系统,能够以Excel表格的形式,将避雷器相关参数显示出来:具体信息如表1所示(节选):
表格当中代表不同避雷器运行各项参数值,其中Uref代表其运行阶段的参考电压;CCOV代表避雷器运行峰值阶段的运行电压;PCOV代表避雷器过冲运行时的电压;LIPL代表避雷器在受到雷电冲击是的保护水平;SIPL代表操作冲击时的保护水平。
(三)绝缘水平判断
针对各个保护位置设备的过电压、绝缘水平等展开分析,结果显示交流母线处避雷器的LIPL为949kV,裕度63%,SIPL为788kV,裕度51%;阀桥两侧避雷器的LIPL为402kV,裕度10%,SIPL为416kV,裕度10%;极母线位置避雷器的LIPL为1417kV,裕度20%,SIPL为1380kV,裕度20%;下12桥中点的母线位置避雷器的LIPL为474kV,裕度20%,SIPL为462kV,裕度20%。通过上述数据可知,使用该软件,直接能够对系统的绝缘水平展开计算,获得精准的计算值,不但应用过程灵活,而且操作便捷,具有较强的使用性。因此,该软件在高压直流换流站的绝缘配合的设计中的应用具有较高价值,可利用该系统展开绝缘计算,为换流站中绝缘配合的设计环节对于避雷器的配置方案的选择奠定良好基础[3]。
结束语:总之,按照上文分析,高压直流换流站的绝缘配合设计要求,基于Excel和VBA编辑器,设计出绝缘配合管理软件,利用该软件能够实现对避雷器的配置,并且按照其特征,添加运行数据,还能计算出绝缘水平,应用到实践当中,能够总结出软件应用便捷可靠。
参考文献:
[1]崔玉,吴奕,阮思烨等.特高压直流换流站虚实结合的仿真系统:2019,(07):46-47.
[2]陶修哲,田威.特高压直流输电技术现状及在我国的应用前景[J].内蒙古煤炭经济,2019(09):155-156.
[3]何慈武,刘鹏华.特高压直流输电技术的应用探究[J].科技创新与应用,2020,(20):183-185+188.