多饋入高壓直流輸電系統的異常換相失敗研究

黃致遠，施海娃

（1.上海交通大學，上海200000；2.國網上海市電力公司，上海 201708）

1 引言

在我國當前的電力建設中，要想保障高壓直流輸電系統的電力輸送安全，就必須要加強對其系統應用中的換相影響因素的分析，保障在系統的應用中，能夠處理好相應的換相影響因素，這樣才能全面實現輸電系統的供應安全。

2 異常換相失敗原理分析

2.1 電壓過零點位移

在高壓直流輸電系統的應用中，由于換流導致母線的應用出現電壓波動，這種情況下，就會出現系統應用的電壓波動現象，當電壓波動的位置不對稱時，就會導致電壓值下降，同時電壓的過零點也會提前。假設電壓換相中的相齒面積S是保持恒定的，換流弧角Y隨之減小，出現換相失敗現象。通過對臨界壓換相公式對比，發現在換相過程中，位移角φ出現了明顯的位移現象，而此時的電壓變換現象卻并不明顯，下圖1是電壓過零點位移變化換相失敗的曲線圖[1]。

通過對上圖中的位移變換關系研究，能夠得出以下表述式：

圖1 電壓過零點位移變化導致的換相失敗

2.2 電壓幅值降低

在高壓直流輸電系統的應用中，電壓和固定時間內換相齒面積經過的區域，是影響電壓幅值波動的最直接原因。下圖2是高壓輸電系統電壓幅值降低時的換相失敗圖示，從該圖中可以看出，當電壓正常輸入時，逆變角α的變換角為μ，熄弧角為y。其電壓轉換之間的角變換關系為：π=α+μ+y。換相面積S1發生故障時，其電流的應用就會直接導致換流母線出現電壓幅值降低現象，但是在這個換相過程中，其相齒面積S1=S2，也就是說在換相過程中，其換相時間的長短將直接影響換相電壓的幅值變化[2]。按照圖2中的電壓幅值關系表述經過轉換之后，得到以下公式：

式中Id代表故障前直流電流，而I'd代表故障后的直流電流，IDFL代表額定直流電流，XCPU代表換流變阻器的阻值，Y代表最小弧度角值，Y0為換相失敗之后的臨界弧角。

圖2 電壓幅值降低換相失敗圖示

3 多饋入高壓直流輸電系統異常換相失敗原因分析

3.1 母線近端接地故障

當多饋入高壓直流輸電系統應用中的換相異常出現后，需要對其換相異常的原因進行分析，以便于能夠更好地處理相應的換相管理需求，對于換相影響最深的原因之一，就是在高壓電流的輸電系統應用中，其母線近端接地出現故障。下圖3是母線近端出現故障之后的電路運行圖，從該圖中可以看出，當換相母線1端出現故障時，其對應的三相接地線也會出現故障。也就是說在保持SCR1為常數情況下，改變SCR2中的數值，其仿真結果表示也會隨著SCR2的增大而出現強度提高現象，由于這種現象的出現，在一定程度程度上降低了換相臨界點的耦合數值，縮小了電氣之間的距離。

圖3 高壓直流輸電系統母線近端接地故障圖示

3.2 母線遠端接地故障

按照圖3中的電路運行圖分析，將多饋入高壓直流輸電系統應用中的母線遠端接地故障進行了專門分析，經過分析之后發現，當保持SCR1為常數時，SCR2對應的仿真結果也會出現和之前類似的結果，但是相應的故障強度卻較之前有所下降，并且在遠端母線接地故障的處理中，SCR1和SCR2之間一直呈現一種抑制關系，也就是說，SCR1一直在抑制著SCR2換相進行。但是相反，SCR2反作用于SCR1時，其對應的作用效果又會相對減弱。這個過程中，需要借助專門的換相接地分析，將影響換相的因素排除，并且改變SCR1中的常數，提升系統1中的換相抑制作用，最終制約換相失敗。

4 預防異常換相失敗措施實施

4.1 穩定電壓

在處理高壓直流電的換相失敗上，要想保障其整體的換相效果能夠發揮出來，必須要進行換相工作處理的電壓穩定處理，通過電壓穩定處理實現換相過程中的電壓抗流電壓穩定。穩定電壓措施的實施上，主要從以下幾點進行：首先，要增設無功補償設備，通過設備的調節實現換相系統應用功率補償能夠得到滿足，降低換相過程中的動態干擾程度，減少由于故障出現而造成換相失敗現象出現。其次，改善交流系統應用的頻譜特性，也就是說，在保障交流頻譜特性處理中，應該注重對其應用中的頻譜轉換關系分析，這樣才能通過措施的實施，保障電壓的穩定能夠處理好。

4.2 增大關斷越前角

在預防異常換相失敗現象處理中，為了將整體的換相處理工作實施好，因此，特別進行了換相處理的關斷越前角變換分析，通過關斷越前角的變換，來確定整個換相處理工作表的預防效果。按照上文的分析，發現當關斷越前角的變換越大時，其對應的換相失敗現象就會相對減少，但是如果不能處理好換流閥內的電流阻斷關系，就會導致整體的換相失敗，這對于高壓直流輸電器的換相工作實施是非常不利的，只有保障關斷越前角的變化趨于增大趨勢，才能保障電路的故障減小，同時也能降低換相處理中的故障出現。

5 結語

綜上所述，在多饋入高壓直流輸電系統的異常換相中，由于母線的近端或遠端出現了接地故障，會致使整個輸電系統的運行受到影響。在這種情況下，就需要按照輸電系統電力輸送的應用需求，及時處理好母線的接地故障，保障輸電系統的正常運行。通過本文的總結，將預防多饋入高壓直流輸電系統的異常換相失敗的措施總結如下：首先，在電壓控制上，應該穩定電壓，保障電壓的穩定供應；其次，在關斷越前角的處理上，應該采取增大處理形式，保障關斷越前角的處理，能夠為輸電系統的電力輸送提供穩定的電流控制。只有保障以上兩點措施的實施，才能夠全面保障高壓輸電系統的換相不會失敗。