高壓直流輸電換相失敗分析

李幸芝 華北電力大學

高壓直流輸電換相失敗分析

李幸芝 華北電力大學

隨著高壓直流輸電技術突飛猛進的發展，直流輸電技術在我國已得到了廣泛的研究應用。換相失敗是直流輸電系統運行中最常見的故障之一，將導致直流電流增大、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，以及逆變側弱交流系統電壓不穩定等不良后果。如果換相失敗后，控制不當，還會引發后續的換相失敗，最終導致直流傳輸功率中斷。因此，深入研究換相失敗產生的機理，對保證未來高壓直流輸電系統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、危害以及預防換相失敗的措施。

高壓直流輸電 換相失敗 故障 預防措施

1 換相失敗機理分析

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，其中任何一部分發生故障，都會影響整個直流輸電系統的運行。換相失敗是逆變器最常見的故障。在每一個單橋中，當處于同一半橋中的兩個橋臂之間的換相結束后，剛退出運行的閥在反向電壓作用的一段時間內，如果未能恢復正向阻斷能力，或者在反向電壓期間換相過程一直未能進行完畢，在閥電壓轉變為正向時，該閥將會不觸發而再次導通，與剛觸發導通的閥發生反換相，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發生直流反電壓降低，直流電流增大。由于整流器閥在電流關斷后的較長時間內處于反向電壓下，所以僅當觸發電路發生故障時，整流器才會發生換相失敗。直流輸電系統中大部分換相失敗都發生在逆變器，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關斷角γ過小；

②受端交流電壓下降較多；

③直流電流增大；

④觸發超前角β過小；

⑤交流系統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換相的兩個閥發生倒換相，倒換相之后使己經退出導通的閥又導通。

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通形成了直流短路。

③在兩次連續換相失敗故障中，將有工頻交流電壓加到直流線路上。

2 換相失敗危害及常用措施

在系統發生換相失敗期間，發生倒換相的換流閥將導通較長的一段時間，而系統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運行和設計中，采用有效的措施，可減少換相失敗發生的次數，可提高系統的穩定性，保證電能正常的傳送。

2.1 利用無功補償維持換相電壓穩定

利用無功補償設備從高壓直流輸電系統吸收有功功率，同時發出功功率，對換流站進行動態無功補償，維持換流母線電壓的穩定性，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時直流電流的上升

暫態時直流電流的上升容易導致換相失敗，例如，當逆變器發生換相失敗，逆變側的直流電壓為零時，相當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，容易造成繼發性換相失敗，所以應該采用較大的平波電抗器限制暫態時的直流電流。

2.3 系統規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，關斷角變大，減少換相失敗的發生。

3 結論

在這篇文章里，我研究了最基本的高壓直流輸電系統換相失敗的發生機理，從中學習到逆變側的弱交流系統發生單相或者多相短路故障、直流線路電壓劇降電流劇增、逆變器關斷角過小、逆變器閥橋的觸發脈沖丟失等都能導致換相失敗，并且根據這些成因給出了預防發生換相失敗的措施：目前，主要是通過無功補償、增大觸發超前角或者熄弧關斷角的整定值、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，電氣工程及其自動化。