交流滤波器场设备更换方案优化策略研究

马向南 宾斌 方逍

摘要：换流站是高压直流输电系统的关键组成部分，须认真对待和高度重视设备检修工作。交流滤波器场是换流站内调节交流电压谐波的重要设备，本文概述了交流滤波器场设备分布状况，对设备检修的现状、检修方式方法进行了深入探讨，基于当前设备更换工作方式中客观存在的一些不足，提出了一种设备更换并行操作方案，提升了作业效率。为特高压直流输电工程中交流滤波器场的检修和更换工作提供借鉴。

关键词：交流滤波器场;设备更换;作业顺序优化

Research on Optimization Strategy of Equipment Replacement Scheme for AC Filter Field

Ma Xiangnan  Bin Bin   Fang Xiao

Kunming Bureau， CSG EHV Transmission Company   Yunnan Kunming   650000

Abstract： The converter station is a key component of the high-voltage direct current transmission system， and equipment maintenance must be treated seriously and highly valued. The AC filter field is an important equipment for adjusting AC voltage harmonics in the converter station. This article summarizes the distribution of AC filter field equipment， and conducts an in-depth discussion on the current status of equipment maintenance and maintenance methods. Based on the objective For some shortcomings， a parallel operation plan for equipment replacement is proposed， which improves work efficiency. It provides reference for the maintenance and replacement of AC filters in UHV DC transmission projects.

Keywords： AC filter field;Equipment replacement;Work sequence optimization

1概述

换流站是高压直流输电系统重要组成部分，换流站可实现交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。换流站的主要设备或设施有：换流阀、换流变压器、平波电抗器、交流开关设备、交流滤波器及交流无功补偿装置、直流开关设备、直流滤波器、控制与保护装置、站外接地极以及远程通信装置等。换流站交流滤波器场安装在换流站交流侧，用来吸收换流器交流侧谐波电流，限制交流侧谐波电压。每个滤波器在一个或两个谐波频率的指定范围内或高通频带下呈现低阻抗，使换流器产生的这些谐波电流绝大部分流入滤波器，从而减少注入交流系统的谐波，达到降低谐波的要求。交流滤波器作为重要的电气一次设备，它的运行情况直接影响着系统电压及无功功率平衡，直接决定了系统内的谐波含量，从而影响着整条直流输电系统的稳定运行。

目前，特高压换流站交流滤波器场设备有三种主要的检修方式，分别为：故障排除、定期维护以及状态检修。故障检修，只有在设备出现故障以后才需要进行检修和改造工作，因此也被叫做事后维护。定期检修是针对设备特定定期开展的检修工作，可以延长设备的平均寿命，降低设备出现故障的几率。状态检修视设备运行状态而定，当设备运行参数良好时可不进行状态检修。当设备故障或者设备达到运行年限時，便需要对站内设备进行更换安装工作。当前针对滤波器场设备的更换作业基本采用吊车、高空作业车作为主要机具。交流滤波器场设备相对笨重，更换作业过程中需使用吊车、滑轮、拉索等工具多人同时配合工作，若采取流程不规范将导致工作效率不高。为了进一步优化作业流程、缩短工作周期，亟需对高压设备检修更换流程、方法进行规范以及与时俱进的创新，本文在现有交流滤波器场设备检修更换方法的基础上提出了设备并行操作方法，将单一设备更换流程进行分解，在同一时间尺度上对相似工序进行并行操作，减少了总设备更换作业时间，提高了工作效率。

2 交流滤波器场设备更换方案现状

交流滤波器场上层进线导线作为两大组母线平行伸入交流滤波器区域，下层采用悬吊管母线作为小组联络母线，滤波器小组可采用双柱式隔离开关。在滤波器大组配电装置中间构架下及滤波器围栏后设置检修道路。大组母线避雷器及电压互感器设置在两小组开关回路隔离开关间，经小组间联络线与大组母线相连。由于两平行大组母线距离较近，设置大组母线接地刀，布置在相邻的两小组开关回路间。交流滤波器场围栏内布置如图1所示，主要设备为小组滤波器，主要布置有电容器、避雷器、电流互感器、电阻器、电抗器等设备。

目前，针对围栏内（小组滤波器）设备，由于其上方无任何带电体，若设备出现故障需要更换时，需将相应小组滤波器停电以满足安全措施要求。围栏内设备更换作业（以断路器更换为例），一般使用吊车开展（电容器更换使用专用作业平台车），更换时将吊车（根据需要选择吨位，一般使用25吨的吊车）放置在围栏外道路或空地上即可。若只需检查或进行简单处理（如设备接线板或接头发热处理等），则小组滤波器停电后直接进入围栏开展作业即可。针对围栏外小组滤波器用设备，由于上方为带电的管母（小组滤波器母线），若设备出现故障需要更换本体时，考虑到安全间距，将被迫扩大停电范围，即停运大组滤波器，更换时将吊车放置在围栏外合适位置的巡视检修道路上后开展更换作业。针对大组母线避雷器、电压互感器、等设备，若出现故障需要检查处理或更换时，则必须停运相应大组，使用高空作业车或吊车开展作业。当前针对滤波器场设备，除围栏内电容器外，基本采用吊车、高空作业车作为主要机具开展检修作业。对设备的更换主要利用滑轮，采用人力拉拽吊装的方式进行，耗时耗力，作业时间长，安全性差，在事故抢修等紧急情况下甚至影响系统恢复送电时间。当前设备更换流程、操作方式不规范，主要表现在：耗费人力、耗费时间、安全性不高等问题。

现阶段换流站中设备更加复杂、自动化水平更高，如果仍然按照传统的检修模式，不仅效率较低，而且无法完成深度檢修，很多故障也无法从根本上排除。因此，检修工作也必须与时俱进的创新和发展。要尝试应用一些新技术、新设备，辅助完成换流站设备检修工作。

3更换作业顺序优化方案

交流滤波器场设备更换过程步骤繁多，不同作业环节相互依赖关系强烈，先后动作顺序明显。针对涉及多个作业点的交流滤波器场设备更换作业而言，若缺乏合理的作业流程优化方案，则将严重影响设备更换过程效率，故而有必要针对设备更换流程开展优化工作。

基于上述分析，本文在考虑更换过程各环节耦合特性的基础上，针对更换作业流程开展优化工作。为提升更换作业规划方案可靠性，本文在针对各作业环节持续时长进行处理时，统一选定该环节可能出现的最大作业时长，作为该环节的作业时长。计及设备更换环节限制条件，优化过程应遵循如下基本假设：

优化前的设备更换流程可基于设备制造工序优化问题中的顺序移动模型进行描述。该模型将单个设备更换作业视为一个整体，忽略不同设备更换过程的并发可行性，认为在单个设备更换完成前，不应该开始下一个设备的更换过程。基于顺序移动模型的设备更换过程如图2所示，对应的设备更换过程持续时长可基于公式（1）计算得到。

式中，tij表示第i个设备更换过程中环节j对应的作业时长，I、J分别对应待更换设备总数以及各设备更换过程中涉及的作业环节总数。

设备更换环节的耦合特性仅存在与不同作业环节之间，不同设备更换作业之间不存在明显的先后顺序关系。顺序移动模型充分考虑了不同设备更换作业之间的独立性，其对应设备更换过程示意图如图3所示，对应的设备更换过程持续时长可由公式（2）求解得到。

式中，tmax表示设备更换过程中对应的单个作业环节最大作业耗时。

本文基于平行移动方式，针对交流滤波器场设备更换流程开展优化工作，对应优化模型动作步骤如下：

Step1：确定待更换设备分类数量，依次确定各设备不同作业环节耗时。基于更换过程中各作业环节耗时，通过选取最大值方式确定各环节对应的作业耗时分配结果，通过不同长度的矩形方块代表不同作业环节，各环节矩形框长度与对应的作业环节持续时长成正比。

Step2：选定一个待更换设备，依次排列对应的设备更换过程涉及的各个作业环节矩形方框;

Step3：针对第i个待更换设备，计算i-1个设备各个作业环节结束时刻，并将上述时刻作为设备i对应作业环节的起始时刻，据此依次排列设备i更换过程矩形框;

Step4：遍历本次设备更换作业待更换设备，得到基于平行移动方案的设备更换方案优化结果。

4 案例分析

为分析所提模型在降低交流滤波场设备更换过程耗时方面的优越性，文章基于某特定变压站滤波器场围栏内设备跟换作业实例开展优化工作。案例待更换设备包括电抗器1组，管母1个、以及隔离开关若干，对应的作业不同作业环节耗时如表1所示。

基于设备更换作业优化模型各环节作业持续时长定义，可分别计算得到物资运输环节、检查准备环节以及更换作业环节持续时长分别为15min、30min以及1.5h。

优化前后的交流滤波场设备更换作业各环节推进顺序如图4所示。其中，基于顺序移动模型的设备更换作业（优化前）持续时长Ts=（0.25+0.5+1.5）×3=6.75h，基于平行移动模型的设备更换作业（优化后）持续时长Tp=（0.25+0.5+1.5）+（3-1）×1.5=5.25h。

可见，所提设备更换作业优化技术充分考虑了设备更换作业过程中不同环节之间的并发可行性，通过在同一时段同时开展不同作业环节方式，有效提升了交流滤波器场设备更换作业持续时长。较之于传统设备更换作业方式，优化后的设备更换作业时长较之前下降22.2%，设备更换作业效率提升显著。

结论

换流站设备繁多，设备更换流程操作繁琐。针对涉及多个设备的交流滤波器场设备更换作业，对设备更换作业流程进行优化。针对各作业环节持续时长进行处理，统一选定该环节可能出现的最大作业时长，作为该环节的作业时长。首先比较不同设备更换操作环节用时的大小，确定特定环节最大用时，在不减少该环节操作用时的基础上，对其他设备进行并行操作。充分考虑了设备更换作业过程中不同环节之间的并发可行性，通过在同一时段同时开展不同作业环节方式，有效提升了交流滤波器场设备更换作业持续时长。

参考文献：

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[3]柯晓安， 张雪芹. 特高压换流站设备检修问题探究[J]. 中国新通信， 2018， 20（17）：168-168.

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作者简介：马向南（1986—  ），男，汉族，四川泸州人，本科，高级工程师，研究方向：交流滤波器场改进优化。