特高壓直流輸電控制保護特性對內過電壓的影響

曲文韜 劉昊 袁杰

摘要：由于技術的限制，內過電壓在很大程度上會受直流輸電控制特高壓保護特性的影響而產生一些不利于生產的現象。為確保直流輸電系統運行的安全性，本文在概述內過電壓的基礎上，對特高壓直流輸電控制保護特性對內過電壓的影響進行探討，其主要包括受逆變側投旁通對的影響、受整流側移相速度的影響以及受低壓限流部分的影響，以供相關的工作人員參考借鑒。

關鍵詞：特高壓;直流輸電;控制;保護特性;內過電壓;影響

1內過電壓

由于操作、事故或其他原因引起系統的狀態發生突然變化將出現從一種穩定狀態轉變為另一種穩定狀態的過渡過程，在這個過程中可能對系統有危險的過電壓。這些過電壓是系統內電磁能的振蕩和積聚引起的，所以叫內過電壓（internal overvoltage）。內過電壓分為操作過電壓和暫時過電壓兩大類，其中在故障或操作時瞬間發生的稱為操作過電壓，其持續時間一般在幾十毫秒之內;在暫態過渡過程結束以后出現的，持續時間大于0.1秒甚至數小時的持續性過電壓稱為暫時過電壓。暫時過電壓又可以分為工頻過電壓和諧振過電壓。

2特高壓直流輸電控制保護特性對內過電壓的影響

2.1受逆變側投旁通對的影響

在電力系統正常運行時，逆變側的投旁通對往往在接收到閉鎖指令時立刻發生，這樣在進行投旁通對時低壓電路就會在換流器直流側兩端之間產生。簡單來說，就是這條低壓電路為直流電流提供了一個除換流變壓器之外的道路，這時直流電流可以直接從低壓電路通過而不經過換流變壓器。除此之外，當有故障發生時，逆變側投旁通對可以通過卡斷換流器中的側斷路器使交流電源能夠迅速獨立于發生故障的環節，使故障部位完全獨立于其他交流電源的運行，從而達到降低交流斷路器因跳閘而引發內過電壓的可能性。大量的實驗數據表明內過電壓在閉鎖基礎上的計算確實會受到投旁通對的影響。除此之外，當電網系統發生的故障類型不同時，其投旁通對的開始與結束時間都不盡相同，相對應的內過電壓的計算也會各不相同。所以在進行正常生產工作時，需要在閉鎖指令的控制下立即進行投旁通對，但是檢測到電壓已下降至-50kV時，需要注意投旁通對必須立即停止。本文以某特高壓直流輸電項目為例進一步解釋投旁通對的具體開始結束信號的問題。工程中逆變側投旁通對的閉鎖情況在級線電壓數值位于±50kV時發生，整流側的鎖閉情況在逆變側鎖閉發生后的25ms時開始，通過具體工程的相關數據可以得到投旁通對是否進行對內過電壓計算的影響。通過對工程結果的分析可知，當逆變側投旁通對突然停止時，此時整流側直流級線電壓數值最大為810kV，相對應的逆變側投旁通對不進行緊急停止時的整流側直流級線電壓可以達到1245kV，最大電壓之間相差435kV。同時，可以注意到電網中其他元件的內過電壓測量數值也都不盡相同。基于此實驗數據，可以發現，想要準確計算電網直流系統中內過電壓數值并對其進行有效研究，就必須重視旁通對在直流系統中的作用，對其在系統中開始或結束的時間點進行詳細研究，才能使工程進行過程符合實際情況。

2.2受整流側移相速度的影響

當直流系統出現意外不能正常工作時，整流側控制保護系統的觸發角會出現角度的改變，一般改變角度為165°。在意外發生時，移相的時間一般會受到一些相關指令的影響進而發生一些變化，變化的程度受保護動作特性的影響，范圍在幾毫秒到幾十毫秒之間。以一個具體的直流輸電任務為例，當該工程的直流系統故障時，移相的時間為20ms左右。通過具體的計算，發現一些閥值對中性母線的故障影響、對地的故障影響或者是二次引線單相接地造成的影響等一些有關整流側站的故障，大部分內過電壓的計算結果不受這些障礙的影響，但是若為逆變側故障或者其他直流線路的故障，會很大程度受其影響。為了能夠更清晰地展示內過電壓的計算受整流側移相速度影響的表現，可以設計電網工程模擬測試計算自移相命令開始20ms以及1ms之后內移相變化至165°時內過電壓的變化值。將測試所得數據進行分析，容易發現，因種種原因導致整流側站發生故障時，整流側移相1ms較快速度的逆變側直流級線電壓為1390kV，相比較而言20ms較慢整流側移相速度的相關電壓值相對較低為1225kV，兩種速度下的逆變側直流級線電壓有165kV的差值，同時，電網中其他部件的相關電壓都各不相同。測試表明，在不同整流側移相速度下，內過電壓表現出不同的數值，因此，在進行內過電壓的研究時，必須要考慮不同整流側速度的影響。

2.3受低壓限流部分的影響

當直流電壓不斷降低時，直流電流的一些指令可能會受到一定程度的影響，進而使直流電流受到限制，這種情況可以描述為低壓限流現象。低壓限流在電力系統中有著很大的作用，即使電網系統出現故障，低壓限流也可以最大程度的保持電力系統基本運行的狀態，并且可以修復直流系統的故障，除此之外也可以對連續換相造成的不良影響進行一定程度上的修復。通過大量相關工程測試，最終發現一些閥值對中性母線的故障影響、對地的故障影響或者是二次引線單相接地造成的影響等一些有關整流側站的故障會在計算內過電壓以及一些低壓限流部分應用時產生影響。本文介紹某一特高壓直流輸電項目中由于逆變站換流導致的二次側引線單相接地相關故障的實例，借此具體說明內過電壓的計算受低壓限流部分的影響。這種二次側印象單相接地的故障情況具有一些特殊性，比如發生故障時母線電流會增大并超過直流線路中的電流，并且逆變側閥差動保護動作對導致直流線路的閉鎖，本文以介紹具體實驗數據的方式直接講解內過電壓受到的相關影響，通過對考慮或者不考慮低壓限流模塊兩種不同形式數據的分析，可以得到一組對比數據。當故障發生15ms時，逆變側出現了投旁通對現象;18ms后直接出現了移相;而在故障過后35ms時，整流側移相開始。與此同時，電壓下降至-50kV以下時逆變側直流線路的逆變側發生封閉現象，到115ms時，整流側封閉。

3結束語

特高壓直流輸電控制保護的特征會對內過電壓造成特殊的影響，因此，在對特高壓直流輸電系統中內過電壓進行研究時。要盡量采取實際直流輸電控制保護的動作時序，使其計算結果與實際系統相一致，這樣就可以為直流工程的建設和運行創造更好的服務條件和技術支持。

參考文獻

[1]牛宇昆，文俊，王玥，陳甜，直流送端孤島運行過電壓研究分析綜述[J].智能電網（漢斯），2021，11（4）：313-321.

[2]劉洋，王聰穎，寬邦工程投運后高嶺直流送端系統穩定性分析[J].東北電力技術，2021，42（5）：37-41.

[3]葉有名，朱清代，滕予非，焦在濱，李小鵬，基于特高壓直流輸電無功調制的直流近區交流過電壓優化控制策略[J].現代電力，2018，35（6）：25-32.

[4]滕予非，張鵬，井實，史華勃，嚴磊，張宏圖，考慮RAML環節的特高壓直流整流側動態響應特性及其對送端交流電網穩定性影響[J].電力系統保護與控制，2018，46（3）：75-82.

[5]徐浩，歐陽帆，李輝，郭思源，吳晉波，劉海峰，梁文武，張磊，酒泉-湖南±800kV特高壓直流工程在特殊工況下的控制特性研究[J].現代電力，2017，34（5）：14-21.

[6]劉守豹，張星海，曾宏，雷瀟，廖文龍，特高壓直流接地極線路內部過電壓機理及特性分析[J].電網技術，2018，42（7）：2366-2372.