特高壓直流輸電控制保護(hù)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(hù)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(hù)特性會對內(nèi)過電壓造成很大影響，本文結(jié)合某一實(shí)際的直流輸電工程案例，采用電磁暫態(tài)計(jì)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(jìn)行分析，闡述了不同的控制保護(hù)特性，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(hù)；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(shí)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(shí)是瞬時(shí)的，有時(shí)持續(xù)時(shí)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(shè)備的絕緣強(qiáng)度造成一定的影響，而且對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)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(shí)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(shí)過電壓，電壓持續(xù)的時(shí)間超過0.1ms或者持續(xù)更長的時(shí)間。高壓直流輸電一個(gè)明顯的特征是，它可以對兩端換流器的觸發(fā)角進(jìn)行快速控制，對直流系統(tǒng)中的電壓和電流進(jìn)行控制，降低故障對電力設(shè)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(jìn)行研究時(shí)要充分考慮控制保護(hù)的動作特性。下面我們就對幾種不同情況下對過電壓計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。

2　整流側(cè)移相速度對過電壓計(jì)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(hù)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(shí)間會受到保護(hù)動作的指令的影響，有時(shí)是幾毫秒，有時(shí)是幾十毫秒。通過對實(shí)際工程研究，從發(fā)令移相到移相165°的時(shí)間與保護(hù)動作的特性有關(guān)。以某一個(gè)直流輸電工程為例，測試該段時(shí)間大概為20ms。相關(guān)計(jì)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(jì)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(jìn)一步理解整流側(cè)移相速度對過電壓計(jì)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(jìn)行測試和計(jì)算，下面兩個(gè)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(jì)算結(jié)果的相關(guān)數(shù)據(jù)。表1是當(dāng)移相命令發(fā)生后1ms內(nèi)移相到165°時(shí)的內(nèi)過電壓數(shù)值，表2是當(dāng)移相命令發(fā)生后20ms內(nèi)移相到165°時(shí)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(shí)逆變側(cè)直流極線的電壓為1390kV，而在慢速移相時(shí)逆變側(cè)直流極線的電壓為1225kV，兩個(gè)電壓的計(jì)算結(jié)果相差165kV。其他各個(gè)測量位置的電壓也都不相同。因此，我們可以認(rèn)為，在對直流系統(tǒng)內(nèi)過電壓進(jìn)行計(jì)算和研究時(shí)，要對整流側(cè)的移相速度進(jìn)行充分的考慮。

表1　整流側(cè)快速移相時(shí)對過電壓計(jì)算結(jié)果

表2　整流側(cè)慢速移相時(shí)對過電壓計(jì)算結(jié)果

3　低壓限流環(huán)節(jié)對過電壓計(jì)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(jìn)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(yùn)行，快速恢復(fù)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(shí)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(jì)算結(jié)果與低壓限流環(huán)節(jié)有很大聯(lián)系。

為了進(jìn)一步理解低壓限流環(huán)節(jié)對過電壓計(jì)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(jìn)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(hù)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(shí)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(shí)的過電壓計(jì)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(shí)就要馬上進(jìn)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(shí)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(shí)間以及退出時(shí)間也會對過電壓的計(jì)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(yīng)該馬上投入旁通對，在極線電壓處于-50kV情況下及時(shí)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(yùn)時(shí)對內(nèi)過電壓造成的影響進(jìn)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(shí)對過電壓的計(jì)算造成的影響。

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

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

通過表3和表4中的計(jì)算數(shù)據(jù)我們可以看到，逆變側(cè)投入旁對緊急停運(yùn)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(yùn)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(jì)算結(jié)果相差435kV。其他各個(gè)測量位置的過電壓也都不相同。因此，我們可以認(rèn)為，在對直流系統(tǒng)內(nèi)過電壓進(jìn)行計(jì)算和研究時(shí)，要對旁通對的動作過程進(jìn)行充分的考慮，使其與實(shí)際工程相一致。

5　總結(jié)

通過以上各個(gè)方面的介紹以及相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果我們了解到，特高壓直流輸電控制保護(hù)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(jìn)行研究時(shí)，要盡量采取實(shí)際直流輸電控制保護(hù)的動作時(shí)序，使其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)相一致，這樣就可以為直流工程的建設(shè)和運(yùn)行創(chuàng)造更好的服務(wù)條件和技術(shù)支持。

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［2］李詠梅.電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計(jì)算理論［J］.北京電力出版社，2013（04）.

［3］王亞芳.特高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行和控制［J］.科學(xué)出版社，2014（15）.

［4］謝永強(qiáng).特高壓直流輸電控制保護(hù)特性對內(nèi)過電壓的影響研究［J］.水利電力出版社，2014（05）.

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(hù)工作。