特高压直流输电交流滤波器小组检修功能的设计

发表时间:2021/5/14   来源:《当代电力文化》2021年第4期   作者:张冲 李忠鹏
[导读] 交流滤波器是特高压直流输电系统中的重要设备之一
        张冲    李忠鹏
        国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司
        内蒙古通辽市   028000
        内蒙古赤峰市   024000
        摘要:交流滤波器是特高压直流输电系统中的重要设备之一, 不仅给系统提供必要的无功,还可以根据灵活的配置滤除谐波。直流输电工程中交流滤波器保护系统最初为滤波器大组保护和小组保护分别独立配置,硬件软件完全独立, 测量系统与保护系统为常规冗余的双重化配置 。
        关键词:特高压直流输电交流滤波器小组检修功能的设计
        前言:随着直流输电系统工程不断发展, 国内专家根据工程经验积累, 结合工程实际情况, 不断完善交流滤波器保护系统。现今交流滤波器保护系统大多为大组集中化配置, 集中化配置是由1 台保护设备完成大组保护与小组保护, 而测量系统与保护系统为“启动+动作” 双重化。
        一、特高压直流输电简介
        特高压输电技术是指在500kV以及750kV交流和±500kV直流之上采用更高一级电压等级的输电技术,包括交流特高压输电技术和直流特高压输电技术两部分。随着国民经济的增长,中国用电需求不断增加,中国的自然条件以及能源和负荷中心的分布特点使得超远距离、超大容量的电力传输成为必然。为减少输电线路的损耗和节约宝贵的土地资源,需要一种经济高效的输电方式。特高压直流输电技术恰好迎合了这一要求。我国西部水电的大部分电力将通过直流特高压通道向华中和华东地区输送,其中金沙江一期溪洛渡和向家坝水电站、二期乌东德和白鹤滩水电站向华东、华中地区送电,锦屏水电站向华东地区送电,宁夏和关中煤电基地向华东地区送电,呼伦贝尔盟的煤电基地向京津地区送电大约需要9条输电容量为6GW的±800kV级特高压直流输电线路。特高压直流输电工程的建设进度如下:(1)2溪洛渡、向家坝水电站向华东地区送电的第一回±800kV直流输电工程将进入建设实施阶段,计划于201 1年底投入运行;(2)2013年将建成溪洛渡、向家坝水电站向华中地区送电的第二回±800kV级直流输电工(3)建成锦屏一、二级电站向华东地区送电的±800kV级直流输电工程;系统在运行过程中不可避免地要产生大量的谐波,这些谐波必须通过交、直流滤波装置来加以抑制。因此滤波装置设计的合理与否直接关系到特高压直流输电系统的投资成本与运行性能的好坏。常规交流滤波器设计比直流滤波器设计更加复杂,因为交流滤波器容量大,设备多,设计相关标准严格,而且设计过程中要综合考虑交、直流系统的运行情况。常规交流滤波器的设计主要依靠设计人员的经验,重视滤波性能,而对滤波器设计的经济性考虑不足。
        二、交流滤波器设计的现状
        伴随着我国直流工程的建设,国内高压直流输电工程交流滤波器的设计工作不断得到发展和改进。普通交流滤波器的设计容量小,型式简单,相关文献较为丰富,但是针对高压直流输电交流滤波器设计的文献偏少,采用优化方法设计且针对高压直流输电的资料则更少。对于传统的直流输电工程交流滤波器的设计方法,国内外各种直流参考书中都有比较系统地介绍。文献[4]在系统介绍了电力系统谐波产生的原因、谐波对电气设备的影响和危害、谐波的分析方法和国内外谐波的限制措施和标准后,对常规滤波器的设计方法进行了详细的介绍。

文献[51则从工程实际的角度出发,在考虑了交流系统的频率变化范围、环境温度的变化范围、直流工程对谐波的要求、以及换流母线电压水平和电话谐波波形系数(THFF)对滤波的要求等因素以后,对传统的交流滤波器设计方法,从交流滤波器设计相关的性能计算、稳态额定值计算、暂态额定值计算等方面进行了详细描述,更有利于工程实现。而对交流滤波器设计中最重要的性能计算上,传统的计算方法主要是在考虑各种影响因素的前提下,进行反复的迭代计算,因此对于每个工程而言,满足条件的滤波器设计方案并不是唯一的。
        三、特高压直流输电交流滤波器小组检修功能的设计
        1.光TA 测量设备安装于户外,设备故障后,运行人员和设备厂家检查或更换需要耗费大量时间,这就造成了交流滤波器单套保护可能长期运行。一旦运行单套保护主机也发生严重故障退出保护,滤波器大组将处于无保护运行状态, 运行人员将按运行维护要求执行手动切除该滤波器大组操作。若直流系统处于满负荷运行、备用滤波器小组又不足以完成补偿时,只能采取降功率运行,严重影响送电用电。溪浙工程前期交流场调试过程中,发生光TA设备或配套光纤损坏情况,不仅影响正常调试进度,而且为正式投运带来隐患。根据工程实际运行状况, 迫切需要增加交流滤波器小组检修功能。当该小组首端光TA 测量设备发生故障后,交流滤波器小组检修功能需实现:①保护主机可用,能手动切换至非严重故障状态;②保护主机退出相关小组保护,不影响大组内其他小组的运行, 该大组保护仍可用;③待故障设备检查或更换完毕后,能进行光TA 注流试验且不会使大组差动保护误动。
        2.交流滤波器小组检修功能设计与实现。原保护系统接收到光TA 故障信号后, 退出相关保护, 并给后台OWS 系统上送严重故障信号, 该套保护主机退出运行。作为保护系统, 此设计方案本身并无问题, 但结合工程应用会有一定的运行维护风险。a.检测或更换光TA 设备的周期较长,可能造成单套保护长期运行。一旦正在运行的单套保护出现故障,可能对直流系统造成较大影响。b.光TA 设备更换后均需要进行注流试验,一定会造成母线电流和小组电流的不平衡, 差流过大时, 有可能引起大组差动保护误动。为避免上述情况产生, 硬件设计增加小组检修压板, 软件设计根据小组检修压板信号对光TA 故障后的处理措施进行了改进。程序中增加多处信号选择功能, 结合小组检修压板的触发信号,将多个压板的信号进行分别处理, 增加主机状态上送后台OWS 的选择信号,增加滤波器小组高端光TA 电流的选择信号。当小组首端光TA 测量设备故障后, 暂时退出本滤波器小组保护、本滤波器大组保护、保护主机向后台OWS 报严重故障信号。运行人员确认为小组首端光TA 故障后, 将互为冗余的2 套保护屏柜故障小组压板均打到检修状态。设计还考虑到检修过程中若本滤波器大组中再有其他小组首端光TA 测量设备也发生故障的处理情况。当有1 台滤波器小组高端光TA 故障处于检修状态时,又有本大组滤波器中其他小组高端光TA也发生故障,保护主机收到故障信号后,执行逻辑判断再次退出大组保护,将严重故障信号送至后台,直到运行人员确认故障原因后, 将相关光TA 滤波器小组压板投到检修状态,滤波器大组保护可用, 主机将严重故障信号切换为轻微故障信号送至后台。检修人员进行首端光TA 测量设备的检修与测试, 检修工作完成并确认设备完好后, 光TA 故障信号消失, 此时将小组检修压板退出, 检修压板退出信号将使保护主机状态由轻微故障转为ACTIVE, 所有保护均正常投入运行。小组检修功能的实现,可有效减小设备故障对系统运行的影响范围, 提高系统的可靠性, 同时也有利于运检人员对一次设备的检修维护。
        结束语:特高压直流输电交流滤波器保护小组检修功能的设计与实现,是对一次设备运行特性的有效补充。增强系统可靠性的同时,大大提升了运行操作人员应对问题的可选择性,尤其直流系统大负荷运行时交流滤波器小组一次设备出现故障后,运检人员可采取更有针对性的措施。此次设计首次应用于溪浙特高压直流输电工程交流滤波器保护中,运检人员根据操作规范,可正确无误地实现交流滤波器保护小组检修功能。交流滤波器保护小组检修功能的设计是针对一次设备缺陷的补救措施。在特高压直流输电重要性越来越高的今天, 国内二次继电保护设计越来越稳定、可靠。
        参考文献:
        [1]赵婉君. 高压直流输电工程技术[M]. 北京: 中国电力出版社, 2019.
        [2] 换流站直流系统保护装置标准化规范: Q/ GDW 628—2019[S].
投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: