陽曾，劉育權，陳建斌

(1.廣州供電局有限公司，廣州 510620；2.南方電網(wǎng)科學研究院，廣州 510623)

受端系統(tǒng)交流故障對特高壓直流運行影響

陽曾1，劉育權1，陳建斌2

(1.廣州供電局有限公司，廣州 510620；2.南方電網(wǎng)科學研究院，廣州 510623)

通過研究受端系統(tǒng)交流故障對±800 kV特高壓直流換相失敗的影響，搜尋出對直流運行影響較大的重點設備，分析表明與直流逆變站電氣距離較近的短路故障會導致直流換相失敗。按照故障發(fā)生概率和影響直流安全運行的嚴重程度，對相關設備進行電網(wǎng)風險評級，制定針對性的風險防控措施，為供電企業(yè)布控直流運行風險提出指導依據(jù)。

特高壓直流；受端系統(tǒng)；換相失??；短路故障；電網(wǎng)風險評估

0 前言

±800 kV楚穗特高壓直流雙極5 000 MW大負荷運行，直流落點為廣州穗東換流站，電力直接送入珠三角負荷密集區(qū)域，減輕了廣東內(nèi)、外500 kV環(huán)網(wǎng)的電力交換，但因單一送電規(guī)模過大，廣東受端電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和電力可靠供應更加受制于西電東送通道的安全可靠運行。研究廣州受端系統(tǒng)交流故障對直流安全運行的影響，對保障直流安全運行意義重大。

以下采用 “中國版BPA潮流計算程序”及“BPA”暫態(tài)穩(wěn)定程序，以廣州電網(wǎng)2011年和2012年運行方式為基礎，分析了廣州電網(wǎng)交流故障對楚穗直流換相失敗的影響。

1 研究方法概述

該電網(wǎng)是一個交直流并聯(lián)運行的超高壓、遠距離、大容量送電的互聯(lián)電網(wǎng)。其受端廣東電網(wǎng)，特別是珠江三角洲電網(wǎng)，電氣聯(lián)系緊密，負荷高度密集，多回直流集中饋入，受端電網(wǎng)及其附近區(qū)域的交流故障沖擊可以近乎無阻滯的傳遞到近區(qū)直流逆變站，引起直流逆變器換相失敗。如果不能及時切除交流故障，就可能使多回直流發(fā)生持續(xù)換相失敗，可能存在發(fā)生大面積停電的風險。

1.1 計算條件

1)網(wǎng)絡模型：包含全網(wǎng)220 kV及以上電壓等級電網(wǎng)，廣州110 kV地區(qū)電網(wǎng)；包含所有統(tǒng)調(diào)的發(fā)電廠。

2)運行方式選擇：選取2011年、2012年夏季大方式作為典型運行方式進行研究。

3)穩(wěn)定計算模型：穩(wěn)定計算中各種主要元件采用的模型如下：

發(fā)電機采用Eq”、Ed”變化模型，考慮自動勵磁調(diào)節(jié)裝置、PSS、調(diào)速器作用，機組阻尼系數(shù)D取0。全部直流系統(tǒng)采用BPA程序中的兩端直流詳細模型。

1.2 直流系統(tǒng)換相失敗判據(jù)

在BPA等機電暫態(tài)仿真程序中，由于采用的直流模型是準穩(wěn)態(tài)的模型，對于換相失敗的判斷和模擬不夠準確，本文采用簡單判據(jù)來進行換相失敗的判斷：在交流系統(tǒng)的不同故障點設置交流三相短路故障，如故障瞬間直流逆變側(cè)換流母線三相電壓跌落到正常運行電壓值的90%，則認為該直流可能發(fā)生換相失敗。如換流母線三相電壓跌落到正常運行電壓值的70%以下，則認為該直流可能發(fā)生持續(xù)換相失敗。該判據(jù)是綜合考慮了換相失敗和直流功率恢復特性，為簡單實用而確定的偏保守判據(jù)。因此，本文采用該判據(jù)作為故障后楚穗直流換相失敗的判據(jù)。

2 交流故障對直流換相的影響

2.1 500 kV交流短路故障

計算表明廣州電網(wǎng)500 kV交流故障對楚穗直流運行存在較大影響。主要表現(xiàn)在：

1)廣州電網(wǎng)處于受端電網(wǎng)中心，距離各個直流逆變站電氣距離近，4個500 kV廠站發(fā)生三相短路或單相金屬性接地故障都會導致楚穗直流換相失敗。豐大極限方式下，當500 kV北郊站、增城站出線發(fā)生三相短路故障且主保護拒動或單相、三相短路故障且單相開關拒動時，可能導致南方電網(wǎng)區(qū)域楚穗直流在內(nèi)的四回以上直流發(fā)生持續(xù)換相失敗，引起系統(tǒng)電壓失穩(wěn)。

2)廣州電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)大多數(shù)500 kV廠站若發(fā)生500 kV母線三相故障，母差保護拒動 (按0.5 s切除所有出線進行校核)，電網(wǎng)都不能保持穩(wěn)定運行。

考慮到廣州電網(wǎng)中500 kV母線一般都配置了雙套母差保護，拒動的風險很小，但運行維護中需注意保證兩套保護裝置正常投運。

2.2 220 kV交流短路故障

2011年廣州夏大運行方式下，廣州電網(wǎng)220 kV主網(wǎng)中發(fā)生三相短路故障，保護裝置正確動作，系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定運行。但部分廠站故障可能導致楚穗直流換相失敗。

通過計算分析，2011年，廣州電網(wǎng)220 kV主網(wǎng)中，共有28個廠站發(fā)生220 kV金屬性三相短路故障均可能導致楚穗直流輸電逆變發(fā)生換相失敗，主要為距離穗東站以及500 kV變電站電氣距離較近的220 kV變電站。

對于常見的單相接地短路故障，計算表明，僅增城站220 kV 5M母線和新塘站220 kV母線發(fā)生金屬性單相短路會導致楚穗直流換相失敗，其余廠站單相故障均不會引起直流換相失敗。

整體上看，由于220 kV網(wǎng)絡距離逆變站電氣距離較遠，故障造成逆變器換流母線電壓跌落至正常運行值70%及以上，故障引發(fā)的逆變器換相失敗不會導致直流功率下降到0，并且在故障消除前，由于直流輸電控制的快速作用，直流功率能在故障期間開始恢復。

2012年廣州電網(wǎng)結(jié)構進一步完善，220 kV電磁環(huán)基本解開后，單相接地故障后導致楚穗直流換相失敗的仍然為增城站220 kV 5M母線及新塘站220 kV母線，三相故障后導致楚穗直流換相失敗的220 kV變電站數(shù)量減少為21個。變化較明顯的是，500 kV廣南變電站近區(qū)的220 kV變電站均不會因三相故障導致楚穗直流換相失敗。這主要是由于廣南站與北郊和增城站間的220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)后，削弱了廣州南片和廣州中片部分220 kV變電站與穗東換流站的電氣聯(lián)系。

220 kV廣州中片區(qū)的潭村站、華圃站、天河站2M母線、瑞寶站、開元站1M母線發(fā)生母線三相短路，母差保護退出，廣州220 kV近區(qū)電網(wǎng)中黃埔B廠、恒運D廠或恒運C廠均可能相對主網(wǎng)失穩(wěn)。若考慮電廠超速保護OPC在51.5 Hz動作切除機組，500 kV系統(tǒng)可以維持穩(wěn)定運行，但220 kV網(wǎng)絡將損失部分負荷和電源。

2.3 110 kV交流短路故障

進一步校驗廣州電網(wǎng)110 kV交流故障對楚穗直流的影響，選擇距離穗東站電氣距離最近的220 kV潭村站和華圃站110 kV側(cè)進行長時間三相短路校核計算。分別在潭村站和華圃站設置持續(xù)時間為1.9 s和1.6 s的三相短路故障，故障仿真波形如圖1、圖2所示。

從穗東換流站電壓以及楚穗直流功率波動曲線可以看出，由于110 kV與500 kV層面電氣距離較遠，110 kV側(cè)三相短路或單相接地短路故障對換流站母線電壓影響較小，故障持續(xù)期間楚穗直流輸電逆變器沒有發(fā)生換相失敗。

3 電網(wǎng)風險評估及防控

經(jīng)過仿真發(fā)現(xiàn)，楚穗直流安全運行與廣州地區(qū)電網(wǎng)密切相關，部分交流故障可能導致多回直流持續(xù)換相失敗，威脅系統(tǒng)穩(wěn)定。按照故障發(fā)生概率和影響楚穗直流安全運行的嚴重程度，對廣州電網(wǎng)影響楚穗直流安全運行的重點設備進行電網(wǎng)風險評級，并采取以下風險防控措施：

圖1 110 kV故障后穗東換流站母線電壓

圖2 110 kV故障后楚穗直流單極功率

1)500 kV穗水甲乙丙線、增穗乙線、穗橫甲乙線、水增線作為楚穗直流下送主要通道，需加強運行維護，防止因線路非計劃停運影響直流輸送功率。

2)加強廣州北部及中東部電網(wǎng)無功負荷、AVC、VQC、主變抽頭的管理，在負荷高峰期盡量提高片網(wǎng)220 kV及500 kV電壓水平。

3)重點加強500 kV北郊、增城站500 kV元件及出線的運行維護，嚴防外力破壞、山火等引起的三相短路，落實防止500 kV開關及保護拒動的特維要求。

4)北郊、增城、廣南站500 kV母線三相故障，母差保護拒動，電網(wǎng)都不能保持穩(wěn)定運行，需加強保護定檢，運行維護中注意保證兩套保護裝置正常投運。

5)加強廣州中東部網(wǎng)部分220 kV變電站站內(nèi)設備運行維護，嚴控母線三相短路的風險。當工作需要退出唯一一套母差保護時，應減少保護退出時間或臨時調(diào)整相關線路后備保護定值。對重點樞紐廠站應逐步推進220 kV母差、失靈保護雙重化改造。

5)做好楚穗直流雙極投產(chǎn)后相關穩(wěn)控措施及運行方式安排，制定楚穗直流故障相關事故預案，開展應急演練，落實電網(wǎng)大功率缺額情況下的緊急限電措施。

4 結(jié)束語

通過研究受端系統(tǒng)交流故障對±800 kV楚穗特高壓直流換相失敗的影響，搜尋出可能導致直流換相失敗的故障，通過細化風險評估，制定針對性防控措施，為供電企業(yè)布控直流運行風險提出指導依據(jù)。

[1] 趙畹君.高壓直流輸電工程技術 [M].北京：中國電力出板社，2004.

[2] 徐政.交直流電力系統(tǒng)動態(tài)行為分析 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3] KUNDUR P K.電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制 [M].北京：中國電力出版社，1999.

[4] 楊衛(wèi)東，徐政，韓禎祥.多饋入交直流電力系統(tǒng)研究中的相關問題 [J].電網(wǎng)技術，2000，24(8)：13-17.

[5] 林凌雪，張堯，鐘慶，等.多饋入直流輸電系統(tǒng)中換相失敗研究綜述 [J].電網(wǎng)技術，2006，30(17)：40-46.

[6] 王正風，薛禹勝，楊衛(wèi)東.受端負荷模型對交直流系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 [J].電力系統(tǒng)自動化，2006，30(18)：13 -16.

[7] 歐開健，任震，荊勇.直流輸電系統(tǒng)換相失敗的研究(一)：換相失敗的影響因素分析 [J].電力自動化設備，2003，23(5)：5-8.

[8] 徐政.含多個直流換流站的電力系統(tǒng)中交直流相互作用特性綜述 [J].電網(wǎng)技術，1998，22(2)：16-19.

[9] 呂鵬飛，王明新，徐海軍.三廣直流鵝城換流站換相失敗原因分析 [J].繼電器，2005，33(18)：75-78.

[10] 戚慶茹，焦連偉，嚴立，等.高壓直流輸電動態(tài)建模與仿真 [J].中國電機工程學報，2003，23(12)：32-38.

Influence of Receiving End AC Fault on UHVDC and Risk Prevention

YANG Zeng1，LIU Yuquan1，CHEN Jianbin2
(1.Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou 510620；2.Electric Power Research Institute，CSG，Guangzhou 510623)

Through the research of the influence of AC faults of the Guangzhou receiver end on the commutation failure in±800 kV Chusui ultra-high voltage direct current transmission system，the key equipments that have great influence on the DC system are searched out.The analysis shows that substations with short electrical distance nearby±800 kV Chusui UHVDC transmission system occurring short circuit fault may lead to Chusui DC commutation failure.According to the failure probability and the severity of the influence to safe operation of Chusui DC system，the paper rates the power grid risks of the related equipments，and makes pointed risk prevention and control measures，so that provides guidance for power supply enterprise dealing with DC operating risks.

UHVDC；receiving end；commutation failure；short circuit fault；grid risk assessment

TM8

B

1006-7345(2014)04-0053-04

2014-02-07

陽曾 (1981)，男，工程師，廣州供電局有限公司電力調(diào)度控制中心，主要從事電網(wǎng)運行、控制與管理工作 (e-mail)hisad＠163.com。