文章编号：1007−2322（2021）01−0032−09文献标志码：A中图分类号：TM73
刘云
（国家电网巴西控股公司，巴西 里约热内卢 20071004）
Operation Situation of Brazilian HVDC Transmission
Grids and Several Enlightenments
LIU Yun
（State Grid Brazil Holding S.A., Rio de Janeiro 20071004, Brazil）
摘要：直流工程在巴西输电网中占据重要地位，建设和投运时间跨度大，工程运行、维护和管理考核具有本地特点。由于运维监管政策具有挑战性，巴西高压直流工程运维面临确保系统高可靠性和降低运营成本的双重压力。总体而言，背靠背直流工程整体运行情况良好，近年来的能量可用率一直维持在99%以上。从统计数据看，巴西长距离大容量直流输电工程的运行指标受不同设备运维状况影响大：阀和交流设备停
电检修时间是影响工程能量可用率的主要原因；备品备件不足是导致换流变故障抢修时间延长的重要原因；长距离直流架空线路拉线塔比例高、线路维护任务重。中资企业丰富的特高压直流工程技术和管理经验有力地支撑了±800 kV 美丽山直流输电工程建设和运维，同时，工程实施需要应对中国和巴西两国管理体制、运营模式、标准体系等差异带来的特高压技术落地、入网和运行等方面的挑战。
关键词：巴西电网；高压直流输电工程；运行和维护；运行指标；能量可用率
Abstract：HVDC project occupy an important position in Brazilian transmission grid and the construction of the project and putting it into operation have been experienced a long peri-od, and its operation, maintenance, management and assess-ment possess indigenous characteristics. Due to the challenging of the policy of the operation, maintenance and supervision, the operation and the maintenance of Brazilian HVDC project has to face with the double stresses from ensuing high reliability of the HVDC system and decreasing operating costs. In general, the overall operation situation of the back-to-back HVDC project is satisfied, and in recent years the energy availability have been stayed over 99 percent. According to statistical data, the operating indices of Brazilian long-distance high-capacity Itaipú and Madeira HVDC projects are obviously influenced by the operation and maintenance conditions of different equip-ments, in which the time of interruption maintenance for valves and AC equipments is the main reason effecting the energy availability, the shortage of spare p
arts is the important reason leading to prolong the time for urgent repair of the converter transformer failure, besides, there is a higher proportion of self-supporting towers in the long-distance HVDC overhead trans-mission line and the tasks of line maintenance are arduous. Al-though the extensive management experiences of Chinese fun-ded enterprises in the field of HVDC transmission technology and management powerfully support the construction, opera-tion and maintenance of ±800 kV Belo Monte HVDC project, however the project implementation still has to face with the challenges in UHVDC technology localization, integration into existing power grid and operation due to the differences in the aspects of management system, operation pattern and standard system between Brazil and China.
Keywords：Brazilian power grid；HVDC project；operation and maintance；operating index；energy availability
DOI：10.19725/jki.1007-2322.2021.0373
0 引言
与中国能源分布相似，巴西能源中心和负荷中心呈逆向分布。巴西以水电为主，水电中心远离里约和圣保罗等南部和东南部负荷中心。水电资源分布和区域经济发展的不均衡性决定了需要在更大范围内进行
电力资源优化配置。高压直流工程在伊泰普、马德拉河上游以及美丽山大型水电中心的电力外送中占据重要地位，满足了电网长距离、大容量的输电需求。同时，巴西与周边多个国家的电网频率不同，背靠背直流工程在巴西与周边国家非同步国际联网和电能交换中发挥了重要作用[1-6]。
巴西直流输电工程发展历史长，积累了大量
第 38 卷 第 1 期现 代 电 力Vol.38 No.1 2021 年 2 月Modern Electric Power Feb. 2021
设计、建设和运营的数据及经验[7-8]。目前，中资企业已经拥有巴西新投运的美丽山直流输电工程特许经营权。依托中资企业丰富的特高压直流输电工程经验和结合巴西直流输电工程的本地特点，美丽山直流输电工程从多方面入手确保工程长期安全稳定运行 [9-11]。
1 工程基本情况
20世纪80年代投运的巴西伊泰普电力外送± 600 kV直流输电工程是巴西直流输电发展史上的里程碑。随后，巴西陆续建设了乌鲁瓜亚纳、加拉比（2单元）等项背靠背直流联网输电工程，分别实现了与邻国阿根廷和乌拉圭电网非同步联网。近十多年，巴西直流输电工程发展迅速，陆续建成投运了马代拉（圣安东尼奥水电站、吉拉乌水电站）和美丽山等4项电力外送高压直流输电工程。截止2019年底，巴西已投运高压直流输电工程11项，其中长距离输电工程6项，背靠背工程5项。未来还将规划建设长距离高压直流输电工程4项，加强北电南送输电和联网通道，见图1和表1[3-4,12]。
2 工程运行情况
巴西直流工程建设和投运时间跨度较大，关键设备供应商多，管理考核方式不同。有些工程运行已经超过30年设计寿命或首个特许经营权期限，有些工程时间较短。不同工程不同运行阶段数
韦洛港
塔巴究斯
美丽山
帕劳阿佩巴斯
杜特拉总统市
西尔瓦尼亚
艾斯特雷图
阿拉拉夸拉2
阿西斯Ⅱ
伊泰普
加拉比
乌鲁瓜亚纳
里维拉
迈罗
500 MW
70 MW
50 MW
伊比乌纳
里约
图例
运行线路规划线路
负荷中心
线路回数2000 MW
138 kV
230 kV
345 kV
440 kV
500 kV
750 kV
±600 kV cc
±800 kV cc
图 1 巴西电网骨干网网架
Fig. 1 Backbone structure of Brazil power grid
第 38 卷 第 1 期刘云：巴西高压直流输电运行情况及启示33
据综合体现了巴西直流工程建设、运行和维护特点。
2.1 ±600 kV 伊泰普直流输电工程运行情况
伊泰普直流输电工程的I回极1和极2分别于1984年和1985年投运；II回双极于1987年投运。考虑到部分主设备已超过工程设计寿命，运维单位已经密切监视并持续更新了部分设备，显著影响近年运行的统计数据。因此，本次重点分析1991—2016年工程运行情况[13-17]。
1991—2016年，伊泰普 ±600 kV直流输电工程能量可用率（energy availability，EA），第I 回双极平均能量可用率95.05%，第 II 回双极平均能量可用率95.85%，具体情况见图2[14-17]。
按照引起停运的故障设备分类，总故障停运次数和故障处理时间情况见图3。
阀和交流设备故障引起的停运时间占总停运时间75%，是影响工程能量可用率的主要原因。表2列出历
年来伊泰普 ±600 kV直流输电工程导致能量强迫不可用率（forced energy unavailability，FEU）超过1%的10次严重设备故障情况，其中直流线路倒塔故障5次，换流变故障2次，阀火灾2次，直流电流互感器爆炸1次。
双回±600 kV 伊泰普直流输电工程总计配置48台在运和8台备用换流变压器。从投运至2014年，换流变压器故障27次。按照故障类型分类，除1次为外部短路外，其他26次均为换流变压器交、直流绕组本体故障。按照故障发生的时间分类，1983/1985—1990年故障12次，1991—2000年故障2次，2001—2014年故障13次，呈现出典型的浴盆曲线。换流变压器和换流阀故障均发生因备件不足或备品不可用导致抢修时间延长，工程长期停运的情况。
据统计，1993—2014年，伊泰普±600 kV2回直流输电线路故障237次，其中全压再启动成功的瞬时故障156次（65.8%），平均0.441次/（极·100 km·年）；降压再启动成功的瞬时故障21次（8.9%），平均0.059次/（极·100 km·年）；永久故障60次（25.3%），平均0.170次/（极·100 km·年）。主要故障原因是雷电、大风、火灾、树木、车辆撞击铁塔等。
2.2 ±600 kV 马代拉直流输电工程运行情况
±600 kV 马代拉I 回直流输电工程于2013年投运。±600 kV 马代拉 II回直流输电工程持续监测和更新接地极和主控制系统，运行方式受到影响，此次不纳入讨论[18-21]。
表 1 巴西电网中已投运和规划的高压直流输电工程
Table 1 HVDC projects having been put into operation and planned in Brazil power grid
工程名称厂家送端交流网直流线路受端交流网
额定功率
/MW
输电距离
/km
投运年份备注电压
/kV
频率
/Hz
电压
/kV
电压
/kV
频率
/Hz
伊泰普I回ABB/ASEA50050± 600345603,150 7921984/1985伊泰普水电站电力外送
东南电网伊泰普II回ABB/ASEA50050± 600345603,150 8201987
乌鲁瓜亚纳
背靠背ABB23060±17.913250 50—1994
巴西南部和阿根廷联网加拉比背靠背I回ABB50050±70 500601,100—2000
巴西南部乌拉圭联网加拉比
背靠背II回ABB50050±70 500601,100—2002
马代拉背靠背I回ABB50060±51 23060 400—2012马代拉河的吉拉乌 和
圣安东尼奥两座水电厂
供应当地西北 阿克里
州 和 朗多尼亚州 电
网）
马代拉背靠背II回ABB50060±51 23060 400—2013
马代拉I回ABB50060± 600500603,1502,3862013马代拉河的吉拉乌 和
圣安东尼奥两座水电厂
电力外送巴西东南电网马代拉II回阿尔斯通50060± 600500603,1502,3862016
美丽山I回SIEMENS50060± 800500604,0002,1402017美丽山水电厂电力外送
巴西东南电网美丽山II回国家电网公司50060± 800500604,0002,5382019
塔巴究斯-A规划中50060± 800500604,0001,940——塔巴究斯-B规划中50060± 800500604,0001,940——
帕劳阿佩巴斯- 阿
西斯II
规划中50060—500604,0001,460——
杜特拉总统市-西尔瓦尼亚规划中50060—50060————
34现 代 电 力2021 年 2 月
2013—2016年，±600 kV 马代拉I 回直流输电工程年能量可用率均大于99%，2017年为95.03%，详情见图4[22-23]。
按照设备故障类型分类，2014—2016年不同类型设备停运检修情况见表3，其中，换流变压器和交流设
备停电检修时间占总停运时间54.8%，是影响工程能量可用率的主要原因[22-23]。图5为2014—2016年±600 kV 马代拉I 回直流输电工程按设备原因分类的故障停运情况。
典型故障情况包括：
1）2015年9月28日，受端阿拉拉夸拉2 换流站更换1相备用换流变耗时8.8 d，占当年能量不可用率的63.2%。
2）2015年10月10日，抢修接地极线路倒塔故障，耗时7.1 d，未影响直流送电。
3）2016年10月16日，抢修极2阀水冷系统泄漏故障，耗时25.28 h，占当年能量不可用率的29.8%。
4）2017年3月23日，受端阿拉拉夸拉2 换流站处理极1换流变A相有载分接开关故障，耗时41.63 d，占当年能量不可用率的57.4%。原因是换流变有载分接开关操作部件因顶盖密封不良发生漏水，导致部件长期浸水锈蚀严重，存在导致换流变爆炸的风险。此外，还发现有载开关部件存在两处裂纹及绝缘不足等异常。
此外，由于当地水库变更设计，洪水淹没铁
图 2 1991—2016年2回伊泰普±600 kV 直流
输电工程运行指标
Fig. 2 Operating indices of double circuit Itaipú±600 kV HVDC transmission projects from 1991 to 2016
, 27%
, 12%其他, 15%交流设备
阀, 14%
控制保护, 28%
直流设备, 11%
直流设备
线路, 15%
其他, 1%
(a) 不同设备故障原因导致停运时间比例
(b) 不同设备故障原因导致停运次数比例
交流设备阀线路
控制保护直流设备
交流设备阀线路
控制保护直流设备
图 3 1991—2016年伊泰普双回±600 kV直流输电工程设备故障导致停运情况
Fig. 3 Shutdown caused by equipment failures in the double circuit Itaipú ±600 kV HVDC transmission
projects from 1991 to 2016
第 38 卷 第 1 期刘云：巴西高压直流输电运行情况及启示35
塔基础，导致直流线路若干铁塔异地安装，耗时82.6 h 。这属于免责范围，不执行。
2014—2015年，±600 kV 马代拉II 回高压直流线路多次受到破坏，超过20级塔受损。特许
权公司组织大力量进行抢修，抢修费用超过1000万雷亚尔。由于多种原因，该线路运行情况受到一定限制。
2014—2017年，±600 kV 马代拉I 回 直流输电工程按照REN 191/2005、REN 729/2016和REN 669/2015等巴西输电监管规则，从政府获取特许
表 2 1991—2016年双回±600 kV 伊泰普直流输电工程重要设备故障原因导致停运情况
Table 2 Main shutdown caused by equipment failures in the double circuit Itaipú ±600 kV HVDC
transmission projects from 1991 to 2016
序号故障发生日期故障设备故障描述恢复投运日期设备故障停运时间/h 等效计划能量不可用时间/h 等效计划能量
不可用率/%
11997-5-21第 II 回直流输电线路大风导致第 II 回直流输
电线路2级塔倒塔，2级
塔损坏
5月26日111.3111.3 1.3%21998-10-8第 II 回直流输电线路大风导致9级塔倒塔
10月17212.8212.8 2.4%32004-7-16整流侧5号换流变
整流侧5号换流变故障，
备用变不可用
10月25日2393.82598.5 6.8%42004-11-10整流侧7号换流变
整流侧7号换流变故障，
备用变不可用12月16日 859.35
214.8 2.4%52005-9-4第I 回直流输电线路
大风导致1级塔倒塔，2
级塔损坏
9月9日116.7
1.3%62009-3-13整流侧3号阀阀冷系统漏水引发火灾
4月9日634.3
158.6 1.8%72012-12-6第 II 回直流输电线
卡车碰撞导致1级塔倒
塔，2级塔损坏
12月11日 113.27 1.3%82014-6-7第I 回直流输电线路大风导致2级塔倒塔6月12日118.3
1.35%92014-3-29整流侧第 II 回极2的2次/6次直流滤波器的直流电流互感器直流滤波器的直流电流互感器爆炸
4月6日192.1 96.0 1.09%10
2014-4-2
整流侧1号换流阀整流侧1号换流阀的电
容器漏油引发火灾，部
分阀备件不可用
2015年3月29日
6554.3 （2014年）
1638.6 （2014年）
18.7%（2014年）
表 3 2014—2016年±600 kV 马德拉I 回直流输电工程按
设备原因分类的故障停运情况
Table 3 Shutdown due to equipments failures in ±600 kV Madeira I HVDC transmission project from 2014 to 2016
参数
2014年2015年2016年2014—2016年
总计
交流设备（AC-E ）
次数5 9 1 15 时间
4.89
13.84 1.6020.33阀（V ）次数2 0 2 4 时间28.38 0 0.2128.59控制保护（C&P ）
次数2
2 2 6 时间 1.66
0.58 5.03 7.27直流设备（DC-E ）
次数3 0 2 5 时间 6.770 0.52 7.29其他（O ）次数0 1 1 2 时间
39.55 1.1040.65总计（AC-E ）
次数12 12 8 32 时间41.7
53.97
8.46
104.13
注：时间单位为h 。
2013
201420152016
2017
99.23%
99.11%
98.05%
99.56%
95.03%2013
20142015201620170.77%0.89%
1.95%
0.44% 4.97%
2013
20142015201620170.77%0.18%
1.33%
0.34%
4.97%
2013
里维拉
2014201520162017
0%0%0.71%
0.62%
0.10%
(a) 能量可用率
(b) 能量不可用率
(c) 计划能量不可用率
(d) 强迫能量不可用率
图 4 2013—2017年±600 kV 马德拉I 回 直流输电
工程运行指标Fig. 4 Operating indices of the ±600 kV Madeira I HVDC
project from 2013 to 2017
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