试论直流换流站运行方式与对策

试论直流换流站运行方式与对策摘要：在我国，工农业的大力发展也带动了电力事业。国家每年对于电力产能的要求都在不断的提高，换流站作为高压输电系统中的中转驿站，国家交变电的重要电力工程设施，为工农业生产和国民生活提供着可靠的直流电能和交流电能，也间接的提高了生产效率，是高压输电系统中关键的一环。本文将尝试分析500kV常规直流换流站不同的运行方式与其特点，并结合操作，来探讨一下直流换流站运行中可能遇到的问题和对策。关键词：换流站；500kV；OLT试验；维护措施随着我国工农业生产水平水平的逐年提高，对于电力尤其是电能质量的要求也在不断严苛。为了达到电力系统的安全稳定和电能质量保证优质的要求，就建立了换流站。一、换流站换流站简单来说就是在高压直流输电系统中，为了满足产业不同需要，将交流电转换为直流电，将直流电转换为交流电的过程。其中将交流电转为直流电的的技术叫做整流，而将直流电转化为交流电的技术称之为逆变。整流和逆变这两者如果通过适当的控制手段是可逆的，这种逆转行为称为翻转。（一）换流器换流站的核心就是换流器。换流器可以分为十二脉波和六脉波两种形式，它是根据周期内直流电压波形的脉波数而确定的。十二脉动换流器由两个相位相差30°的基波电角度六脉动换流器串级组成，因此所产生的交流侧谐波和直流侧谐波都会小于六脉动换流器。所以在近些年的高压大容量的换流站都基本采用十二脉动换流器作为换流基础单元，为的是减少交、直流滤波器的组数，从而达到简化线路和节约成本的目的。在换流站中，直流线路导线的极性与直流端的连接由换流站的运行方式决定。（二）换流站的设备换流站主要由换流阀、换流变压器、保护系统、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、控制调节系统、避雷器等组成。其中最重要的部分就是换流阀和换流变压器。换流站中的控制调节系统和保护系统可以实时监测换流站的各种数据、保证换流阀的正常运行，排除系统干扰对于换流站设备的影响并能够控制电力潮流的方向，所以它们也是换流站的大脑，智能化的管理和控制着整个换流站。（三）换流阀换流阀是换流站的主力，它的核心元件是晶闸管。其他部分还有阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均压电阻、饱和电抗器等等。换流阀的通流这一项是由晶闸管决定的，串联多个晶闸管就可以得到想要的系统电压。（四）换流变压器换流变压器一般会安装在换流桥和交流系统之间，它是一种电力变压器。它会为换流桥提供一个中心点不接触地面的三相换相电压。它和换流桥共同组成一个换流单元。换流变压器主要有几个作用。它可以传送电力、转换电压，最重要的是它可以避免交流系统与直流电部分接触，形成一道让二者相互绝缘的屏障。因为换流变压器在运行中，与由换相造成的非线性有关，所以换流变压器在漏抗、谐波、绝缘、有载调压等方面与普通的电力变压器有着不同的特点。二、500kV直流输电系统的运行方式一般我们知道在500kV的直流输电系统中，如果按照接线方式划分的话可以分为三种方式，它们分别是双极大地回线、单极大地回线和单极金属回线。双极大地回线是比较常见的运行方式，它是在500kV直流输电系统正常运行下的一种情况，由于两极会对称方向接地，所以电流会很小，经过测量只有15A上下。单极大地回线是通过一个直线高压极线与大地形成回路，只通过大地回线方式运行。一般用于海底电缆的输电系统。上图为单极大地回线接线方式。单极金属回线方式也很常见，当一极出现接地极故障时，就可以选择这种单极金属回线的方式。上图为单极金属回线接线方式。三、运行方式分析和相应对策。（一）双极平衡运行如果双极平衡运行中发生了某一极的停运，就会导致直流系统可能会长期处于超负荷大于一倍的状态下运行。这时接地电流会非常大，最大可以达到3000A以上。此刻应该让主控站换流站将系统功率降低到1500MW甚至以下，随后及时向电力系统要求申请将极功率继续下降或转为金属回线方式。在2010年10月，某站就发生了类似情况，当时的解决方式是快速将单极大地回线方式转为单极金属回线方式运行，进而回复正常。500kV常规直流系统可以根据调节和系统的要求以及单极系统运行条件，采取双极不平衡的运行方式。就是一极全压运行，一极降压运行或者功率不对称的运行，但是这样的双极不对称的运行方式可能会有隐患。首先是当双极为3000MW全压大地回线运行时，单极的直流线路可能会出严重的闪络放电现象，这时就需要将单极直流系统降压到350kV以内运行。但是当单极降压到350kV左右运行，就会导致另一极超负荷到1950MW以上运行，造成危险。所以正确的做法应该是先降功率从3000MW降到2250MW左右，再降压单极到350kV运行，这样另一极可以平衡在1500MW左右运行，而单极也能在较为合理的1000MW下运行。如果在同样情况下，将单极关闭，那么另一极也会超负荷运行在大概2000MW的环境下。所以应该首先下降功率到1500MW，再关闭单极，保持另一极在1500MW的环境下运行。（二）OLT试验操作极开路试验又称OLT试验，是对500kV直流输电系统进行的不带线路极开路试验和带线路极开路试验。OLT主要用来测试直流侧长时间停运后的绝缘情况。它可以在换流站正式送电前，对换流站的故障极进行不带线路的极开路试验。在直流线路检修或故障后，对相应线路进行带线路极开路试验。应该注意的是，如果是在单极大地回线的运行方式下，那OLT试验应该在极功率运行方式下独立控制运行。如果在运行正常期间，换流变分接头不一致报警，有可能导致换流变流的保护动作，这是一种自我保护，它会让单极自动闭锁。这时我们应该通过ETCS即换流变分接头档位单系统来测量电流的异常，或者检查运行人员的工作站，检查换流器的变分接头档位是否与其他换流变分接头档位一致。或者通过查看软件来确认ETSC系统的测量是否异常。如果换流变分接头不同步报警，并且操作箱电机电源开关跳闸，应该开启调节试验，如果调节失败则很有可能是因为机器操作结构卡涩造成的，此时不要强行操作以免造成进一步的损坏。在调节换流变分接头时，应该关闭电源电闸再作进一步的检查。（三）换流站直流系统超负荷运行当直流系统在换流运行时超负荷运行就必须停止运行换流变电。如果不停止换流变电运行就会引起线充电保护动作，闭锁所有相应的直流系统。在05年4月，某换流站就触发了开关的短引线保护，从而导致开关闸跳开，所有对应的直流线路停止运行。其原因就是因为直流系统的超负荷运行，在那时电流瞬间超过了1100A，所以系统启动了保护动作跳电停运。四、运行维护的相应措施由于常规直流换流系统的运行方式多并且可能出现的问题也很复杂，所以要进行相应的维护措施。第一是监控，进行实时的监控工作，如果膨胀罐内部的压力超过了0.15MPa~0.32MPa这个标准范围，那就需要报警并进行现场检查。第二是要定时的对膨胀罐内的压力读数进行抄录，并且要监视整个回路，检查压力阀的读数。如果压力下降快，就需要提高警惕对数据进行分析处理。如果减压阀出现了重大故障，就必须释放高压气体来减轻内部压力，防止内部过压可能会导致危险情况的发生。2013年冬天，南方某站发生了连续的雨雪天气，导致输电线路结冰，这影响了输电线路的正常运行。所以此时500kV直流输电系统应该开启融冰模式，通过线路上的热量来融化冰雪，恢复输电线路的正常运行。此应急方式在北方地区较为常见，总结：通过对于直流换流站换电运行方式的分析，我们对可能出现的问题提出了相应的解决措施，换流站作为一项重要的电力工程设施应该得到电网系统的重视和严加管理，真正的做到“多看、多管理、多检修”的原则，保证直流换流站的正常运行，也就是保证国家电网输送的电能质量，更进一步推动我国工农业的发展。参考文献：[1]邓旭.特高压直流及柔性直流输电系统换流站绝缘配合研究[D].浙江大学,2014.[2]周浩,王东举.高压直流换流站过电压保护和绝缘配合[J].电网技术,2012,36(9).[3]郑映斌,罗范.500kV常规直流换流站运行方式分析及对策[J].湖南电力,2013,33(5).