高压直流输电系统主设备状态监测的探索分析

高压直流输电系统主设备状态监测的探索分析

张凯安佰强

张凯安佰强

（国网陕西省电力公司检修公司陕西西安710065）

摘要：电力系统中，要保证高压直流输电系统的安全稳定运行，就必须通过检测确保换流站中各设备处于正常运行状态中，并且为了可以合理的制定检修策略，就必须开展对各个设备的在线状态的准确监测。本文简述了直流输电系统

设备状态进行监测的意义，重点对主设备检测的相关内容作了探讨。

关键词：电力系统；高压直流输电系统；主设备；状态检测

在整个电网中，直流输电设备是个关键性的要素，其安全稳定运行是影响整个电网正常运行的决定性要素。直流换流站中具有复杂的中换流阀和换流变压器，检修流程也比较繁琐，并且设备价格比较昂贵，为此，加强对直流换流站的检测是非常必要和关键的工作。状态监测是以设备的家族缺陷、相关参数、运行情况和运行历史为基础数据。通过利用在线监测的方法分析设备的监控情况，对设备故障可能的发展方向进行预测，进而制定合理的检修方案，此方法具有设备损耗率小、花费小、系统稳定等优点。

1.对直流输电系统设备状态进行监测的意义

伴随着国家能源发展目标的缓慢推进，国内的大局域电网也逐渐向着世界上的最大规范方向迈进，高压直流输电现已得到普遍的推广，它具有造价少、损耗低、调节便利、安全可靠、可以有效控制短路电流等优点，各种输电工程相继出现，例如水电、火电等集中外送网络。由于直流换流站的变压器和换流阀修理比较困难、投入较多，一经出现故障就会产生很大的经济问题，因此对高压直流输电系统主设备的状态进行检测具有重要意义。状态检修流程如图1所示。

图1状态检修流程图

2.直流主设备的状态监测

2.1换流变压器的状态监测

换流变压器是直流换流站的核心设备之一，其费用昂贵、制造技术复杂、所处位置重要。换流变压器可靠性及可用性对整个直流系统来说非常关键，一旦发生故障，则可能导致整个直流输电系统闭锁停运。换流变压器较普通的交流变压器有较大不同，主要体现在换流变压器的直流偏磁、短路阻抗、谐波、换流变压器阀侧绕组对地电位含有直流分量等情况。

①直流偏磁。

当与换流变压器所连接的换流阀触发脉冲信号时间不等时，换流变压器内部容易产生直流偏磁现象，直流偏磁是造成变压器振动加剧的主要原因，将导致换流变压器铁芯周期性饱和，加大换流变的损耗，增加谐波含量，降低其效率，加速绝缘老化，增大其噪声[1]。

②短路阻抗。

短路阻抗能够在换流变压器桥臂发生短路故障时，限制过大的短路电流从而保护换流阀的安全运行，所以换流变压器要有较大的短路阻抗。但短路阻抗过大，会增加换流变损耗，还会使换流变压器的无功分量增大，直流电压中换相压降过大，将导致直流线路电压降低，功率传输效率降低。

③谐波

由于换流变压器的非线性特性，在交流系统和直流系统中将出现谐波电压和电流，交直流产生的谐波会使换流变的温度升高、损耗加剧，还会对其所连接的通信设备产生电磁干扰，当换流变压器铁芯饱和或者交直流系统满足互补谐振的条件时会诱发谐波不稳定现象[2]。谐波不稳定将会导致谐波进一步放大，从而导致直流输电系统崩溃，故谐波问题必须引起足够的注意。目前抑制谐波的最有效方式是在交流母线上安装滤波器以及在直流线路上安装平波电抗器及直流滤波器。

④直流分量

换流变阀侧绕组对地电位可能含有直流电流分量，这对换流变绝缘结构提出了更高要求。在运行中，由于换流变压器阀侧绕组不仅受到交流电压而且受到直流电压的作用，此外直流电压的极性还应根据需要进行反转。因此，阀侧绕组内部绝缘中的电位分布和场强与普通电力变压器不同，要采用全绝缘。这使其绝缘成本大大提高。

换流变压器包含七个标准，即工作情况、电阻、外形、温度、绝缘性、机械性和绝缘油功能，有三十几个指标共同反馈换流变压器的性能；每一种情况的获取方式有五种，即翻阅材料、巡检、电检、在线检查和实验检测[3]。换流变压器的工作情况是依据以上标准监测的数据来确定其正常与否的，依据这些信息来选取最佳的检修策略，换流变压器的常规色谱显示的信息是非正常的时候，依据直流电阻的情况来估算出现问题的位置和进展的情况，随时进行检查，杜绝故障的出现。

2.2监测换流阀

换流阀是和换流变压器相连的，是电力电子技术实现交流、直流、交流相互转换的关键设备。经过触发脉冲信号使晶闸管流通，从而实现交直流的转换，换流阀一旦出现问题就会给直流体系造成巨大的制约。换流阀的组成部件较多，换流阀包括许多的阀组，阀组又包含许多的阀，阀又包含许多的可控硅。该工程的换流阀正常工作的时候，以每个阀为基础，其包含了四个重要的组成部分，即组件、体系、配件和部件，如图2所示。该工程的换流阀还包括五个重要标准，即绝缘性、阀触发状况、外部特点、元件热量与参数。每一个指标有二十几个状态量，每一个状态量都会有五种监测获取方式，即翻阅材料、巡检、电检、在线监测和试验检测。

滤波器的关键性能包含七个重要组成部分，即绝缘、导电、调谐、提高温度、工作情况、不均衡电流、外形等。电流互感器和避雷器的功能可以参考其他的指标来执行，有24个指标来控制交直流滤波器的功能状态情况，每一个状态量的获取形式包括五种形式，即翻阅材料、巡检、电检、在线监察和实验检测。换流站的滤波器常以组为单位来进行配置，五个左右的滤波器组成一个小组，还会搭配多个备用的滤波器，所以它的性能要比换流变压器和换流阀的性能要差一些。常规的检查标准可以确保滤波器能够正常的工作，对于平波电抗器来说可以根据上面的几种设备情况来确定。

3.结语

总之，高压直流输电主设备的运行状态是直接关系到整个电力系统的安全稳定运行的关键要素，因此开展对换流变压器、换流阀等主设备状态监测量工作有着非常重要的实际意义。

参考文献：

[1]饶宏，黄莹，黎小林，李岩，郭丽平，方晓燕，果岩.±800kV特高压直流输电标准体系及主设备标准的探讨[J].南方电网技术，2010，S1:167-170.

[2]王峰.高压直流输电系统基本设计若干问题研究[D].浙江大学，2011.

[3]杨光亮，邰能灵，郑晓冬，朱云华.±800kV特高压直流输电控制保护系统分析[J].高电压技术，2012，12:3277-3283.