李幸芝 華北電力大學(xué)
高壓直流輸電換相失敗分析
李幸芝 華北電力大學(xué)
隨著高壓直流輸電技術(shù)突飛猛進的發(fā)展,直流輸電技術(shù)在我國已得到了廣泛的研究應(yīng)用。換相失敗是直流輸電系統(tǒng)運行中最常見的故障之一,將導(dǎo)致直流電流增大、直流輸電輸送功率減少、換流變壓器直流偏磁加劇、換流閥壽命縮短,以及逆變側(cè)弱交流系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定等不良后果。如果換相失敗后,控制不當(dāng),還會引發(fā)后續(xù)的換相失敗,最終導(dǎo)致直流傳輸功率中斷。因此,深入研究換相失敗產(chǎn)生的機理,對保證未來高壓直流輸電系統(tǒng)的安全運行具有非常重要的意義。本文從理論上分析了換相失敗的機理,簡明闡述了引起換相失敗的原因、危害以及預(yù)防換相失敗的措施。
高壓直流輸電 換相失敗 故障 預(yù)防措施
1.1 換相失敗定義及原因
1.1.1 換相失敗定義
高壓直流輸電系統(tǒng)包括換流器、直流輸電線路和換流站的交流部分,其中任何一部分發(fā)生故障,都會影響整個直流輸電系統(tǒng)的運行。換相失敗是逆變器最常見的故障。在每一個單橋中,當(dāng)處于同一半橋中的兩個橋臂之間的換相結(jié)束后,剛退出運行的閥在反向電壓作用的一段時間內(nèi),如果未能恢復(fù)正向阻斷能力,或者在反向電壓期間換相過程一直未能進行完畢,在閥電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎驎r,該閥將會不觸發(fā)而再次導(dǎo)通,與剛觸發(fā)導(dǎo)通的閥發(fā)生反換相,這個過程就是換相失敗。
換相失敗使得逆變器在一段時間內(nèi)發(fā)生直流反電壓降低,直流電流增大。由于整流器閥在電流關(guān)斷后的較長時間內(nèi)處于反向電壓下,所以僅當(dāng)觸發(fā)電路發(fā)生故障時,整流器才會發(fā)生換相失敗。直流輸電系統(tǒng)中大部分換相失敗都發(fā)生在逆變器,換相失敗是逆變器最常見的故障。因此,本文著重研究逆變器的換相失敗。
1.1.2 引起換相失敗的原因
換相失敗的原因不是因為閥的任何誤操作,而是因為閥的外電路條件引起的。引起換相失敗的原因主要有:
①關(guān)斷角γ過??;
②受端交流電壓下降較多;
③直流電流增大;
④觸發(fā)超前角β過??;
⑤交流系統(tǒng)不對稱故障引起的線電壓過零點相對移動。
1.1.3 換相失敗的特點
換相失敗具有以下特點:
①換相的兩個閥發(fā)生倒換相,倒換相之后使己經(jīng)退出導(dǎo)通的閥又導(dǎo)通。
②在一次換相失敗中,使得接在交流同一相上的一對閥同時導(dǎo)通形成了直流短路。
③在兩次連續(xù)換相失敗故障中,將有工頻交流電壓加到直流線路上。
在系統(tǒng)發(fā)生換相失敗期間,發(fā)生倒換相的換流閥將導(dǎo)通較長的一段時間,而系統(tǒng)的直流線路電流上升,長期流過大電流會影響換流閥運行壽命。
在高壓直流輸電系統(tǒng)運行和設(shè)計中,采用有效的措施,可減少換相失敗發(fā)生的次數(shù),可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,保證電能正常的傳送。
2.1 利用無功補償維持換相電壓穩(wěn)定
利用無功補償設(shè)備從高壓直流輸電系統(tǒng)吸收有功功率,同時發(fā)出功功率,對換流站進行動態(tài)無功補償,維持換流母線電壓的穩(wěn)定性,從而保證換相的順利進行。
2.2 采用較大的平波電抗器限制暫態(tài)時直流電流的上升
暫態(tài)時直流電流的上升容易導(dǎo)致?lián)Q相失敗,例如,當(dāng)逆變器發(fā)生換相失敗,逆變側(cè)的直流電壓為零時,相當(dāng)于直流線路末端短路,造成直流電流上升,如果直流電流上升較快,容易造成繼發(fā)性換相失敗,所以應(yīng)該采用較大的平波電抗器限制暫態(tài)時的直流電流。
2.3 系統(tǒng)規(guī)劃時降低換流變壓器的短路電抗
換流變壓器短路電抗的降低將減小換相電抗,從而使換流器換相時的疊弧角變小,關(guān)斷角變大,減少換相失敗的發(fā)生。
在這篇文章里,我研究了最基本的高壓直流輸電系統(tǒng)換相失敗的發(fā)生機理,從中學(xué)習(xí)到逆變側(cè)的弱交流系統(tǒng)發(fā)生單相或者多相短路故障、直流線路電壓劇降電流劇增、逆變器關(guān)斷角過小、逆變器閥橋的觸發(fā)脈沖丟失等都能導(dǎo)致?lián)Q相失敗,并且根據(jù)這些成因給出了預(yù)防發(fā)生換相失敗的措施:目前,主要是通過無功補償、增大觸發(fā)超前角或者熄弧關(guān)斷角的整定值、采用較大的平波電抗器以及人工換相的方法來預(yù)防換相失敗。
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李幸芝(1996—),女,漢,四川巴中。本科,華北電力大學(xué),電氣工程及其自動化。