向家坝-上海800kv特高压直流输电系统可靠性评价

向家坝-上海800kv特高压直流输电系统可靠性评价

0直流系统接收点单极的可靠性问题每个直流设备的输入系统的输出能力为6400mm。在送端,向家坝和溪洛渡2个换流站联系紧密,任何一个直流系统故障都将会对其它直流系统乃至整个送端电网产生不良影响。对于受端电网,6400MW也是一个很大的受电功率,即使失去直流单极,也会对电网产生不小的冲击。因此,对于特高压直流系统而言,可靠性是一个不容忽视的问题。2个送端换流站中,向家坝-上海直流输电工程(简称向上工程)和溪洛渡-浙西直流输电工程采用共用接地极设计,即在送端换流站外将共用1个接地极。如果2个直流系统同时运行在单极大地回路方式并且极性相同时,接地极中承受的电流将是2个换流站单极电流的总和,甚至还需要考虑此时换流站的过负荷运行。2个直流系统同时输送大功率时发生同极性单极强迫停运对换流站接地极设计的影响很大,因此,本文对于向上工程,不仅需要考核常规的直流输电可靠性指标,而且还需对2个直流系统同时输送大功率时发生同极性单极强迫停运的可靠性指标进行评价。1特高压直流系统可靠性的计算方法三常、三广、三沪等直流工程采用的可靠性指标如表1所示。上述3个直流工程投运后故障停运率和强迫能量不可用率基本达到表1中指标的要求,统计见表2、3。其中,每种设备停运次数所占比例是指以某个时间段的总停运次数为基准,每种设备停运次数占总次数的比例。2002~2004年,葛南、天广直流工程的故障率和能量不可用率的运行数据见表4、5。根据上述统计数据分别计算直流系统中换流器、极线设备、控制保护设备以及辅助设备及其它环节的故障率。计算原理如图1所示。通常直流系统单极故障的主要原因有:线路、极线及极线设备、换流阀、换流变压器、控制保护系统、辅助系统等。双极故障的主要原因有:线路、接地极线路及设备、控制保护系统、辅助系统、中性母线及设备等。根据前面计算得到的超高压直流系统各元件的故障率和强迫能量不可用率,可以推算出每极2个串联换流器的特高压直流系统的可靠性指标,计算原理如图2所示。根据三常、三广工程以及葛南、天广工程的运行水平推算出2个换流器串联的直流系统故障率及强迫能量不可用率如表6所示。根据不同时期投运的直流系统的运行数据为样本,计算得到的每极双换流器串联直流系统的故障率和强迫停运率差别较大,近期投运的直流系统的运行水平明显高于较早时期投运的直流系统。对于特高压直流系统,由于其输送功率大,对电网的安全稳定运行影响很大,在电网中的重要性很高,因而对可靠性的要求,特别是双极停运率的要求比500kV直流系统更高。然而,从技术复杂性的角度考虑,由于特高压直流系统目前世界上还没有先例,其技术难度比超高压直流系统要大,过高的可靠性指标也不现实。因此,基于现有运行水平较高的直流工程的运行经验,采用每极双换流器串联的特高压直流系统可靠性指标见表7。2同极性单极强迫整体失效频率fds强迫停运随机发生,非人力所能控制,且大部分强迫停运是可修复的,特高压直流发生单极强迫停运一般就属于这种情况。可修复强迫失效可以通过稳态“运行-停运-运行”的循环过程来模拟。图3、4分别为循环过程图和状态转移图。长期循环过程中的平均不可用率η,其数学形式可由下列3个定义之一来表示式中,λ为失效率(失效次数/a);μ为修复率(修复次/a);tMTTR为平均修复时间,h;tMTTF为失效前平均时间,h;f为平均失效频率(失效次/a)。这3个定义本质相同。式中的参数仅有2个是独立的,换言之,若其中的2个已知,则其余参数均可以被推算出来。f和λ是2个完全不同的参数,大多数情况下f(或λ)和1/μ的数值都很小,因此f和λ在数值上接近。不难看出,对于2个直流系统发生同极性单极强迫停运的可靠性指标计算来说,采用第3个定义公式最为简便,下面给出计算的详细过程。单极强迫停运率就是每个换流站每个极的平均失效频率(单位为次/a),特高压直流系统单极强迫停运率指标为2次/a,即f=2次/a。根据国网运行公司葛南、三广、三常等直流输电工程历年的运行记录,直流系统发生单极强迫停运后的平均修复时间一般为2~3d,每年安排的正常检修时间为1个月,计算中,平均修复时间取3d,即tMTTR=72h,年运行时间取11个月,即8040h。将f和tMTTR的值代入公式(1),有2个直流系统同时发生单极强迫停运的平均不可用率2个直流系统同时发生同极性单极强迫停运的平均不可用率2个直流系统同时发生同极性单极强迫停运的平均失效频率fds=0.0006416×728040=0.07165次/a;在特高压直流输电工程35a的设计使用年限之内,2个直流系统同时发生同极性单极强迫停运的平均失效次数考虑到直流在输送大功率时更易发生故障,因此,可以假设2次/a单极强迫停运次数仅发生在特高压直流5000h的设计年利用小时数时间内,即年运行时间取5000h,代入以上公式计算,35a内2个直流系统同时发生同极性单极强迫停运的平均失效次数fds35=4.03次,此值比年运行时间8040h条件下的平均失效频率更加严酷。综上所述,2个直流系统同时发生同极性单极强迫停运的平均失效频率见表8。3直流系统可靠性的评价指标由于2个特高压换流站共用1个接地极,因此,对于向上工程,不仅需要考核常规的直流输电可靠性指标,而且需对2个直流系统同时输送大功率时发生同极性单极强迫停运的可靠性指标进行评价。a)直流系统在输送大功率时更易发生故障,35a内2个直流系统同时发生同极性单极强迫停运的平均失效次数4.03次。b)年运行时间对两个直流系统同时发生同极性单极强迫停运的平均失效频率计算有较大影响。c)共用接地极换流站