蔣海軍

摘要：在±800kv特高壓直流輸電系統(tǒng)換流站很容易發(fā)生短路的故障，在其中有很多電感性和電容性組件，當(dāng)發(fā)生短路的時(shí)候十分容易引起電壓現(xiàn)象。在研究各種故障和操作情況下電壓所具有的特性，對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行來說十分有意義。本文介紹在特高壓直流輸電系統(tǒng)中換流站避雷器在其中的具體配置情況，說明計(jì)算條件得出計(jì)算原理與系統(tǒng)的主要參數(shù)，最后闡述故障的計(jì)算和仿真。

關(guān)鍵詞：輸電系統(tǒng);換流站;故障研究;過電壓

引言：根據(jù)我國目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢和資源的分布情況所呈現(xiàn)出來逆向分布這樣的基本國情，把我國的西部地區(qū)所具有的部分能源資源將其逐漸的轉(zhuǎn)換成電能，最終將其輸送的我國經(jīng)濟(jì)比較發(fā)到的中東部分地區(qū)，這樣不但可以有效保障經(jīng)濟(jì)的快速增長，而且區(qū)域的環(huán)保壓力也可以得到有效緩解。在一些長距離和大規(guī)模的輸送電能方面，針對(duì)特高壓直流輸電來說具有著十分明顯的優(yōu)勢。所以，不斷的發(fā)展和建設(shè)特高壓直流輸電工程能具有著十分重要的意義。

一、換流站避雷器在特高壓直流輸電系統(tǒng)中的配置

特高壓直流輸電系統(tǒng)和傳統(tǒng)的高壓直流輸電系統(tǒng)相同，都是通過使用整流站，把輸送端的交流電能經(jīng)過有效變化，使其成為直流電能，并依靠相關(guān)的輸電線路將其不斷的輸送到接受端。之后在這樣的基礎(chǔ)上利用逆變站將其全部轉(zhuǎn)化為交流電能，讓所有的電能被送到最終的負(fù)荷端。所以，針對(duì)特高壓直流輸電系統(tǒng)來說，具體是否可以穩(wěn)定安全的一直運(yùn)行下去直接受到換流站運(yùn)行的影響。

在整個(gè)換流站中，其中電感性和電容性的組件十分多，如果在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候出現(xiàn)了短路等故障時(shí)，這樣的情況下十分容易導(dǎo)致電壓方面的問題出現(xiàn)，甚至嚴(yán)重的時(shí)候換流站的運(yùn)行還會(huì)受到嚴(yán)重的危害。對(duì)于MOA來說，還可以將其稱之為金屬氧化物避雷器，它可以對(duì)特高壓直流輸電系統(tǒng)因?yàn)楦鞣N類型的故障和操作所導(dǎo)致的暫態(tài)過電壓進(jìn)行有效的限制，實(shí)際選取MOA具體參數(shù)的時(shí)候，主要是在成本和絕緣配合角度這兩個(gè)方面來進(jìn)行，之后在通過暫態(tài)計(jì)算最終進(jìn)行確定。

（一）布置避雷器的原則

實(shí)際對(duì)換流站MOA進(jìn)行布置的時(shí)候，要嚴(yán)格的按照其基本原則來進(jìn)行，對(duì)于MOA布置的基本原則來說，主要是很多過電壓會(huì)產(chǎn)生在交流側(cè)，這些電壓都要盡最大程度使用交流側(cè)的MOA來進(jìn)行限制。同理，直流側(cè)線路MOA和中性母線MOA以及直流母線MOA主要是用來限制直流側(cè)所產(chǎn)生的過電壓。其中有很多設(shè)備需要重點(diǎn)保護(hù)，因此實(shí)際保護(hù)時(shí)應(yīng)該由緊靠設(shè)備的MOA進(jìn)行直接保護(hù)，比如交流和流閥以及直流濾波器設(shè)備，這些設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的時(shí)候都應(yīng)該由各自的MOA進(jìn)行保護(hù)。在實(shí)際的工程當(dāng)中，需要在設(shè)備的安全得到保護(hù)以及布置MOA時(shí)具體原則的基礎(chǔ)上，對(duì)MOA的具體配置進(jìn)行最大程度的簡化。

（二）云廣特高壓直流輸電工程中避雷器的具體布置方案

針對(duì)云廣地區(qū)的±800 kv的特高壓直流輸電系統(tǒng)來說，其換流站大部分所使用的都是無間隙氧化鋅的避雷器，實(shí)際布置送端和受端的500kv交流側(cè)避雷器的時(shí)候，一般和布置常規(guī)的±500kv的高壓直流輸電交流側(cè)大致相同，每一條交流濾波器的母線和每一臺(tái)換流變側(cè)以及每一回500kv出現(xiàn)，一般情況下都會(huì)布置出一組避雷器。經(jīng)過不斷的計(jì)算和研究雷電的侵入波，云廣地區(qū)的特高壓直流輸電工程在換流站的交流場中的兩條目前都不能將避雷器進(jìn)行裝設(shè)。

實(shí)際布置云廣換流站的單極避雷器的時(shí)候，具體的方式和其他一些運(yùn)行的特高壓直流工程十分相似。其具有的差別主要體現(xiàn)在上組12脈動(dòng)換流單元。針對(duì)云廣特高壓直流輸電工程來說，將A2避雷器布置在了最高端 換流變閥側(cè)繞組和地之間，這樣的措施讓其具體的操作絕緣水平得到了很大的降低，并使空氣間隙得到了減小。同時(shí)將C2型的避雷器配置在整個(gè)上組的12脈動(dòng)換流單元，實(shí)際上是因?yàn)閷⑸辖M的400kv單元在實(shí)際進(jìn)行單獨(dú)運(yùn)行時(shí)具體的絕緣水平進(jìn)行了充分考慮。

二、計(jì)算的條件

（一）計(jì)算的原理

針對(duì)直流輸電工程的換流器來說，實(shí)際上使用的是半可控硅器件，如自動(dòng)進(jìn)行關(guān)斷的能力并不具備。因?yàn)閷?duì)串聯(lián)元件所具有的誤差進(jìn)行充分考慮，晶閘管對(duì)其阻斷能力進(jìn)行恢復(fù)的時(shí)間最小的息弧角min具體為10 。對(duì)于逆變器的關(guān)斷角γ的計(jì)算方式來說，主要為逆變器關(guān)斷角γ計(jì)算方式為：

在這個(gè)公式中，其中ɑ所表示的是整流器的觸發(fā)角，而其中的β表示的則是觸發(fā)越前角，ɑ和β相加為 ，β為μ和γ相加。μ所表示的是換相角， 所表示的是直流電流，而 主要表示的則是換相點(diǎn)抗。換流母線線電壓的實(shí)際有效值用式中的 來進(jìn)行表示，換流電壓器變比則使用K來進(jìn)行表示。

在特高壓直流輸電工程中，每極雙12脈動(dòng)串聯(lián)接線方式，對(duì)于每一個(gè)12脈動(dòng)的換流器同時(shí)又由2個(gè)6脈動(dòng)直接串聯(lián)而成，在6脈動(dòng)換流器實(shí)際進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候，其直流電壓是：

在這兩個(gè)式子中，其中 和 所表是的是整流器與逆變器理想空載的直流電壓。為其中的X 和X 所表示的是等值的換相點(diǎn)抗，比換壓降用d 和d 來進(jìn)行表示?，特高壓直流輸電工程逆變站和整流站極對(duì)地電壓為：

在這兩個(gè)公式中，其中逆變站和整流站壓器閥側(cè)空載線電壓的實(shí)際有效數(shù)值使用 來進(jìn)行表示。每站的每極6脈動(dòng)換流器的實(shí)際個(gè)數(shù)使用n進(jìn)行表示。逆變站與整流站每相的換相電抗分別使用 來進(jìn)行表示。

（二）系統(tǒng)的主要參數(shù)

云廣的±800kv特高壓直流輸電工程的逆變側(cè)和整流側(cè)交流系統(tǒng)的額定運(yùn)行電壓都是 ，其中的額定直流電壓的實(shí)際等級(jí)是 kv，而直流額定功率是 。云廣特高壓直流輸電工程和一些常規(guī)的高壓直流輸電相比較，它是在中性母線和極母線上將感值是150 的平波電抗器進(jìn)行分別布置。針對(duì)這樣的平波電抗器來說，主要是串聯(lián)兩個(gè)干式平波電抗器，逆變側(cè)和整流側(cè)換流站平波電抗器具體的參數(shù)和實(shí)際的布置方式基本相同。通過這樣的方式，不但可以對(duì)高電位換流器實(shí)際的絕緣保護(hù)水平進(jìn)行降低，而且讓12 脈動(dòng)換流器極母線處和中點(diǎn)處的諧波含量得到有效的減少。

三、故障的仿真

（一）整流側(cè)故障的仿真

針對(duì)中性母線受到整流側(cè)閥頂故障來說，在實(shí)際發(fā)生故障的時(shí)候，整流側(cè)對(duì)故障所做出的反應(yīng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于逆變側(cè)對(duì)故障做出的反應(yīng)。經(jīng)過不斷的仿真計(jì)算可知，中性母線故障的時(shí)候，在負(fù)極線路的出口產(chǎn)生的電壓達(dá)到 。而對(duì)于其他的各個(gè)點(diǎn)來說，過電壓的水平并不是十分高，在換流器中的各個(gè)避雷器也沒有做出相應(yīng)的動(dòng)作。

（二）逆變側(cè)故障的仿真

針對(duì)中性母線受到逆變側(cè)閥頂故障來說，在實(shí)際發(fā)生故障的時(shí)候，逆變側(cè)對(duì)故障所做出的反應(yīng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于整流側(cè)對(duì)故障做出的反應(yīng)。經(jīng)過大量的計(jì)算可知，中性母線故障的時(shí)候，其中過電壓的實(shí)際水平并不是十分高，過電壓在逆變側(cè)負(fù)極線出口出現(xiàn)的時(shí)刻要早于整流側(cè)，但是其幅值卻并沒有整流側(cè)高。在整個(gè)換流站中，只有中性母線避雷器動(dòng)作，但是實(shí)際上所產(chǎn)生的能耗并不是十分高。

結(jié)束語：使用相關(guān)軟件將云廣特高壓支流輸電工程的模型完整的建立起來，對(duì)換流變閥側(cè)單相接地短路故障以及換流站中換流器閥頂對(duì)中性母線的短路故障進(jìn)行仿真分析，得出逆變器和整流側(cè)在換流變閥側(cè)單相接地故障的時(shí)候，高壓端 繞組端子部位出現(xiàn)單相接地故障的時(shí)候，其中的過電壓表現(xiàn)的水平最高，而且在整個(gè)整流側(cè)故障中避雷器動(dòng)作的只有中性母線。

參考文獻(xiàn)：

[1]裴旵，呂思穎，秦昕，要航. 特高壓直流輸電系統(tǒng)換流站故障過電壓研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44（12）：149-154.

[2]裴旵. 特高壓直流輸電系統(tǒng)接地故障過電壓特性研究[D].廣西大學(xué)，2016.