張延奇，陳文斌，吳　萍（國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川成都610000）

特高壓直流輸電控制保護特性對內(nèi)過電壓的影響

張延奇，陳文斌，吳萍（國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川成都610000）

特高壓直流輸電控制保護特性會對內(nèi)過電壓造成很大影響，本文結(jié)合某一實際的直流輸電工程案例，采用電磁暫態(tài)計算軟件對幾種常見故障形式下對內(nèi)過電壓造成的影響進行分析，闡述了不同的控制保護特性，對計算結(jié)果進行分析和對比，為研究高壓直流輸電控制對內(nèi)過電壓造成的影響提供參考。

直流輸電；控制保護；內(nèi)過電壓

1　電力系統(tǒng)的內(nèi)過電壓概述

電力系統(tǒng)的內(nèi)過電壓指的是由于電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者操作時引起電磁能量的轉(zhuǎn)化，從而造成電壓升高。電力系統(tǒng)中的開關(guān)操作也會對電壓造成影響。電壓產(chǎn)生變化有時是瞬時的，有時持續(xù)時間非常長，電壓升高超過了電網(wǎng)額定的規(guī)定值。電力系統(tǒng)的內(nèi)過電壓不僅對輸電線路、變壓器、斷路器等電力設備的絕緣強度造成一定的影響，而且對電力系統(tǒng)的安全運行造成一定的影響。因此，對特高壓直流輸電控制對內(nèi)過電壓造成的影響也一直是業(yè)內(nèi)人士不斷研究的課題。

電力系統(tǒng)的內(nèi)過電壓有兩種類型，一種是操作過電壓，是故障或者開關(guān)操作在瞬間發(fā)生的過電壓，持續(xù)的時間較短，一般在幾十毫秒以內(nèi)。這種形式的過電壓一般有投入和重新投入的并聯(lián)電容器或者濾波器對地造成的故障，換流器內(nèi)部出現(xiàn)短路故障等。另一種是暫時過電壓，電壓持續(xù)的時間超過0.1ms或者持續(xù)更長的時間。高壓直流輸電一個明顯的特征是，它可以對兩端換流器的觸發(fā)角進行快速控制，對直流系統(tǒng)中的電壓和電流進行控制，降低故障對電力設備造成的影響，也就是說高壓直流輸電系統(tǒng)的性能在一定程度上離不開控制系統(tǒng)。因此，對電力系統(tǒng)的內(nèi)過電壓進行研究時要充分考慮控制保護的動作特性。下面我們就對幾種不同情況下對過電壓計算結(jié)果產(chǎn)生的影響進行分析。

2　整流側(cè)移相速度對過電壓計算結(jié)果的影響

如果是直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障，一般情況下會出現(xiàn)整流側(cè)控制保護系統(tǒng)的觸發(fā)角發(fā)生165°左右的改變。故障發(fā)生的情況下，移相的時間會受到保護動作的指令的影響，有時是幾毫秒，有時是幾十毫秒。通過對實際工程研究，從發(fā)令移相到移相165°的時間與保護動作的特性有關(guān)。以某一個直流輸電工程為例，測試該段時間大概為20ms。相關(guān)計算結(jié)果表明，整流側(cè)站出現(xiàn)的故障，比如，閥頂對中性母線造成的故障、閥頂對地造成的故障、二次引線單相接地造成的故障等，這些故障的移相速度對過電壓計算結(jié)果不會產(chǎn)生明顯的影響，但是對逆變側(cè)故障以及直流線路故障等會產(chǎn)生很大的影響。

為了進一步理解整流側(cè)移相速度對過電壓計算結(jié)果造成的影響，我們對兩種移相速度下的內(nèi)過電壓情況進行測試和計算，下面兩個表格中的數(shù)據(jù)是在直流額定功率下逆變側(cè)直流線路接地故障不同的移相速度對電壓計算結(jié)果的相關(guān)數(shù)據(jù)。表1是當移相命令發(fā)生后1ms內(nèi)移相到165°時的內(nèi)過電壓數(shù)值，表2是當移相命令發(fā)生后20ms內(nèi)移相到165°時的內(nèi)過電壓數(shù)值。

從表1～2中的數(shù)據(jù)可以知道，在接地故障發(fā)生以后，整流側(cè)快速移相時逆變側(cè)直流極線的電壓為1390kV，而在慢速移相時逆變側(cè)直流極線的電壓為1225kV，兩個電壓的計算結(jié)果相差165kV。其他各個測量位置的電壓也都不相同。因此，我們可以認為，在對直流系統(tǒng)內(nèi)過電壓進行計算和研究時，要對整流側(cè)的移相速度進行充分的考慮。

表1　整流側(cè)快速移相時對過電壓計算結(jié)果

表2　整流側(cè)慢速移相時對過電壓計算結(jié)果

3　低壓限流環(huán)節(jié)對過電壓計算結(jié)果的影響

低壓限流主要是在直流電壓在降低過程中可以對直流電流的指令進行限制，它可以在系統(tǒng)受到干擾以后保證系統(tǒng)電壓的正常運行，快速恢復直流系統(tǒng)受到的故障，可以降低連續(xù)換相造成的影響。通過大量的實踐表明，逆變側(cè)故障，比如閥頂對中性母線造成的故障、閥頂對地造成的故障、二次引線單相接地造成的故障等，對過電壓的計算結(jié)果與低壓限流環(huán)節(jié)有很大聯(lián)系。

為了進一步理解低壓限流環(huán)節(jié)對過電壓計算結(jié)果造成的影響，本文以逆變站換流二次側(cè)引線單相接地造成的短路故障為案例進行說明，這種故障情況下的中性母線的電流比直流線路中的電流要大，逆變側(cè)閥差動保護動作閉鎖直流。為了更好的理解這種情況下對過電壓造成的影響，我們分析了兩種方式下的相關(guān)數(shù)據(jù)，一種是考慮低壓限流環(huán)節(jié)。另一種是不考慮低壓限流環(huán)節(jié)。以某一特高壓直流輸電工程為例，逆變側(cè)在故障發(fā)生后15ms投旁通對，18ms以后移相，故障發(fā)生后35ms時整流側(cè)移相，逆變側(cè)直流線路早在電壓低于-50kV情況下逆變側(cè)閉鎖，在115ms后整流側(cè)閉鎖。

4　逆變側(cè)投旁通對時的過電壓計算結(jié)果的影響

一般情況下在逆變側(cè)接收到閉鎖命令時就要馬上進行投旁通對，這樣可以使換流器直流側(cè)端子之間形成低壓電路。也可以理解為它是為換流器直流電流創(chuàng)造了一條可以不通過換流變壓器的通道。逆變側(cè)投旁通對可以將換流器的側(cè)斷路器快速斷開，這樣可以使位于故障的部分與交流電源及時分開，減少或者避免交流斷路器出現(xiàn)跳閘從而引起過電壓的情況。

通過大量的實踐經(jīng)驗表明，逆變側(cè)在閉鎖情況下是否考慮投旁通對對過電壓的計算會產(chǎn)生一定的影響。另外，對于不同的故障種類投入旁通對的時間以及退出時間也會對過電壓的計算結(jié)果造成不同程度的影響。一般情況下逆變側(cè)在受到閉鎖指令以后應該馬上投入旁通對，在極線電壓處于-50kV情況下及時關(guān)閉投入旁通對命令。為了更好的理解這一現(xiàn)象，本文對逆變側(cè)緊急停運時對內(nèi)過電壓造成的影響進行說明，以某一特高壓直流輸電工程為例，逆變側(cè)投旁通對在極線電壓處于±50kV情況下逆變側(cè)閉鎖，在25ms以后整流側(cè)閉鎖。下面我們用表3和表4分別列出兩種情況下，即逆變側(cè)投入和不投入旁通對時對過電壓的計算造成的影響。

表3　逆變側(cè)投入旁對時對直流系統(tǒng)內(nèi)對過電壓的計算結(jié)果的影響

表4　逆變側(cè)不投入旁對時對直流系統(tǒng)內(nèi)對過電壓的計算結(jié)果的影響

通過表3和表4中的計算數(shù)據(jù)我們可以看到，逆變側(cè)投入旁對緊急停運的情況下，整流側(cè)直流極線電壓最大數(shù)據(jù)為810kV，而逆變側(cè)不投入旁對緊急停運的情況下，整流側(cè)直流極線電壓最大數(shù)據(jù)為1245kV，兩種情況下的計算結(jié)果相差435kV。其他各個測量位置的過電壓也都不相同。因此，我們可以認為，在對直流系統(tǒng)內(nèi)過電壓進行計算和研究時，要對旁通對的動作過程進行充分的考慮，使其與實際工程相一致。

5　總結(jié)

通過以上各個方面的介紹以及相關(guān)數(shù)據(jù)的計算結(jié)果我們了解到，特高壓直流輸電控制保護特性對內(nèi)過電壓會造成很大的影響，因此，在對高壓直流輸電系統(tǒng)中內(nèi)過電壓進行研究時，要盡量采取實際直流輸電控制保護的動作時序，使其計算結(jié)果與實際系統(tǒng)相一致，這樣就可以為直流工程的建設和運行創(chuàng)造更好的服務條件和技術(shù)支持。

［1］劉雅麗.特高壓電網(wǎng)的運行理論與研究［J］.中國經(jīng)濟出版社，2013（17）.

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TM721.1

A

2095-2066（2016）26-0050-02

2016-9-2

張延奇（1979-），男，工程師，碩士研究生，主要從事變電站繼電保護工作。