摘 要

直流输电工程在整个电力系统中占有举足轻重的地位，换流阀是其核心设备，换流阀的健康状态能够在很大程度上影响直流输电工程的可靠性。首先分析了现有的各种高压直流输电换流阀监测技术原理，并总结了现有换流阀监测技术的局限性，之后提出了晶闸管级阻尼回路和静态均压回路以及换流阀温度的实时在线监测方法。使用该方法可使换流阀的年度定期检修变为状态检修，实现换流阀在运行中免维护，提高了设备可用率和可靠性。

本文结合高压直流输电换流阀状态评价标准和在线监测以及带电检测技术在电网中的应用，设计了基于计算机辅助决策的高压直流输电换流阀健康状态监测平台。介绍了换流阀的基本结构和作用，讨论了换流阀状态量的组成并提出了部分重要状态量的在线监测方法，详细分析了换流阀状态评价的核心，建立了合理、完善的评价体系，提出了监测平台的总体设计方案，并分别从硬件设计和软件设计两方面作了说明。状态监测平台由状态量数据信息的采集与处理、状态评价以及状态定级这3部分组成，可根据换流阀状态评价的结果，提出检修策略或建议。该平台结构合理、功能齐全，可以为检修计划的制定提供科学依据，提高了检修计划的合理性，降低了检修成本。

关键词：换流阀；监测平台；状态评价；在线监测

Abstract

High voltage direct current(HVDC) transmission projects are playing an important role in power grid. The converter valve is the core equipment of HVDC transmission. And the reliability of HVDC transmission project is largely influenced by the condition of converter valve. The principles and shortages of existing monitoring technologies of HVDC converter valve are firstly analyzed. Then, a real-time online monitoring method for the parameters of thyristor-level damping circuit and static grading circuit, and the temperature of converter valve. As a result the annual preventive maintenance of converter valve is replaced by condition based maintenance, which can realize the maintenance free of converter valve in operation and improve the availability and reliability of electric equipment.

This paper combines the standard for condition evaluation of HVDC valve with the application of on-line monitoring and live detection technologies in electric network. A health condition monitoring platform for HVDC valve, based on computer-aided decision-making, is designed. The basic structure and function of the converter valve are introduced. The composition of the converter valve’s criteria is discussed the on-line monitoring methods of some important criteria are presented. This paper analyzes the core of the condition evaluation of HVDC valve. And a reasonable and perfect evaluation system is established. The overall design of the on-line monitoring platform is presented, and the hardware design and software design are described respectively. The health condition monitoring platform consists of the selection and detection of criteria, the condition evaluation and the condition rating. Based on the results of condition evaluation for converter valve, maintenance strategies or suggestions are proposed. The platform has reasonable structure and complete function. It provides scientific basis for the development of maintenance plans, which improves the reliability of maintenance plans and decreases the cost of maintenance work.

Key words: converter valve; monitoring platform; condition evaluation; on-line monitoring

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及研究意义 1

1.2 课题的研究现状 2

1.2.1 在线监测技术的发展现状 2

1.2.2 换流阀状态监测的发展现状 3

1.3 论文主要研究内容 4

第2章 换流阀状态量信息的采集 5

2.1换流阀简介 5

2.1.1 换流阀的作用及特点 5

2.1.2 换流阀组件的结构及特点 6

2.1.3 换流阀常见故障分析 7

2.2 换流阀部件状态量的组成 8

2.3部分状态量的在线监测原理 9

2.3.1 阻尼电阻的在线监测 9

2.3.2 阻尼电容的在线监测 12

2.3.3 静态均压电路的在线监测 13

2.3.4 晶闸管状态和保护动作的在线监测 14

2.3.5 换流阀温度的在线监测 14

2.4 本章小结 15

第3章 换流阀的状态评价 16

3.1 换流阀的状态评分 16

3.2 换流阀的状态定级 17

3.3 换流阀的状态检修 18

3.4 本章小结 19

第4章 换流阀健康状态监测平台的构建 20

4.1 监测平台的总体设计 21

4.2 监测平台的详细设计 21

4.2.1 硬件设计 21

4.2.2 软件设计 23

4.3 本章小结 23

第5章 结论与展望 24

5.1 结论 24

5.2 展望 24

参考文献 25

致谢 26

绪论

课题背景及研究意义

我国地域辽阔，资源和电力负荷的分布都极不均匀，将近2/3的水力资源分布在西南、西北地区，2/3的煤矿资源集中在晋、蒙等地，而我国的电力负荷主要集中在中南部地区和东部沿海地区，在地理上电力生产与电力消费呈逆向分布^[1]。随着近些年来经济的飞速发展，我国的电力需求量和发电装机容量都大幅增长。据统计，2016年底，全国全口径发电装机容量达到16.5亿千瓦，同比增长8.2%；全年全国全口径发电量达到5.99万亿千瓦时，同比增长5.2%。最近几年，我国的能源开发地大都集中在西南和西北部地区，并且呈现出继续向西北方向移动的趋势，这就使得能源生产地与负荷中心之间的距离越来越远，而东部沿海地区和中南部地区的国民经济持续高速发展，电力需求逐年上升，有的地方甚至出现了电力短缺。也正因为如此，我国正在加紧高电压、大容量、远距离输电线路的建设。目前已经投运和正在规划建设的特高压交流线路基本上已经覆盖了距离负荷中心相对较近的能源生产地，但是对于距离负荷中心较远的能源生产地，采用交流特高压输电线路进行电力传输并不是理想的选择。与高压交流输电相比，高压直流输电具有建设成本低，线路损耗小，传输功率的大小和方向可以快速控制和调节，运行安全可靠，不受同步运行稳定性问题的制约等优点，它能够更好地解决高电压、大容量、远距离送电的问题，同时它还能够解决异步电网互联的问题^[2]，高压直流输电也因此成为许多国家大力发展的一项技术。中国是世界上最先发展特高压直流输电的国家，目前，我国已经顺利投运多条±800kV特高压直流输电线路，其额定容量已经达到8000MW，为了更大容量电能的传输，我国己经开始规划建设±1100kV特高压直流输电线路，昌吉-古泉±1100kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、传输容量最大、传输距离最远、技术水平最先进的“四最”特高压直流输电工程^[2]。我国的特高压直流输电技术在世界上处于领先地位，其电压等级最高、传输距离最远、技术难度最大、运行最为安全。

高压直流输电系统主要由整流站、直流输电线路和逆变站三部分组成，其中整流站和逆变站统称为换流站。换流站是直流输电工程的核心，它能够实现交流电与直流电的相互转换，是交流系统与直流系统的电能交换中心^[3]。换流站设备的投资占直流输电工程总投资的56%左右，其中换流阀占总投资的10%左右。换流阀是直流输电系统的核心设备，它的安全运行是整个系统安全运行的基础。