高壓直流輸電換相失敗分析

李幸芝 華北電力大學(xué)

高壓直流輸電換相失敗分析

李幸芝 華北電力大學(xué)

隨著高壓直流輸電技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，直流輸電技術(shù)在我國已得到了廣泛的研究應(yīng)用。換相失敗是直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行中最常見的故障之一，將導(dǎo)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(cè)弱交流系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定等不良后果。如果換相失敗后，控制不當(dāng)，還會(huì)引發(fā)后續(xù)的換相失敗，最終導(dǎo)致直流傳輸功率中斷。因此，深入研究換相失敗產(chǎn)生的機(jī)理，對(duì)保證未來高壓直流輸電系統(tǒng)的安全運(yùn)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(jī)理，簡(jiǎn)明闡述了引起換相失敗的原因、危害以及預(yù)防換相失敗的措施。

高壓直流輸電 換相失敗 故障 預(yù)防措施

1 換相失敗機(jī)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(tǒng)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(fā)生故障，都會(huì)影響整個(gè)直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行。換相失敗是逆變器最常見的故障。在每一個(gè)單橋中，當(dāng)處于同一半橋中的兩個(gè)橋臂之間的換相結(jié)束后，剛退出運(yùn)行的閥在反向電壓作用的一段時(shí)間內(nèi)，如果未能恢復(fù)正向阻斷能力，或者在反向電壓期間換相過程一直未能進(jìn)行完畢，在閥電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎驎r(shí)，該閥將會(huì)不觸發(fā)而再次導(dǎo)通，與剛觸發(fā)導(dǎo)通的閥發(fā)生反換相，這個(gè)過程就是換相失敗。

換相失敗使得逆變器在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生直流反電壓降低，直流電流增大。由于整流器閥在電流關(guān)斷后的較長時(shí)間內(nèi)處于反向電壓下，所以僅當(dāng)觸發(fā)電路發(fā)生故障時(shí)，整流器才會(huì)發(fā)生換相失敗。直流輸電系統(tǒng)中大部分換相失敗都發(fā)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?yàn)殚y的任何誤操作，而是因?yàn)殚y的外電路條件引起的。引起換相失敗的原因主要有：

①關(guān)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(fā)超前角β過小；

⑤交流系統(tǒng)不對(duì)稱故障引起的線電壓過零點(diǎn)相對(duì)移動(dòng)。

1.1.3 換相失敗的特點(diǎn)

換相失敗具有以下特點(diǎn)：

①換相的兩個(gè)閥發(fā)生倒換相，倒換相之后使己經(jīng)退出導(dǎo)通的閥又導(dǎo)通。

②在一次換相失敗中，使得接在交流同一相上的一對(duì)閥同時(shí)導(dǎo)通形成了直流短路。

③在兩次連續(xù)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(tǒng)發(fā)生換相失敗期間，發(fā)生倒換相的換流閥將導(dǎo)通較長的一段時(shí)間，而系統(tǒng)的直流線路電流上升，長期流過大電流會(huì)影響換流閥運(yùn)行壽命。

在高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)計(jì)中，采用有效的措施，可減少換相失敗發(fā)生的次數(shù)，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證電能正常的傳送。

2.1 利用無功補(bǔ)償維持換相電壓穩(wěn)定

利用無功補(bǔ)償設(shè)備從高壓直流輸電系統(tǒng)吸收有功功率，同時(shí)發(fā)出功功率，對(duì)換流站進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，維持換流母線電壓的穩(wěn)定性，從而保證換相的順利進(jìn)行。

2.2 采用較大的平波電抗器限制暫態(tài)時(shí)直流電流的上升

暫態(tài)時(shí)直流電流的上升容易導(dǎo)致?lián)Q相失敗，例如，當(dāng)逆變器發(fā)生換相失敗，逆變側(cè)的直流電壓為零時(shí)，相當(dāng)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(fā)性換相失敗，所以應(yīng)該采用較大的平波電抗器限制暫態(tài)時(shí)的直流電流。

2.3 系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)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(shí)的疊弧角變小，關(guān)斷角變大，減少換相失敗的發(fā)生。

3 結(jié)論

在這篇文章里，我研究了最基本的高壓直流輸電系統(tǒng)換相失敗的發(fā)生機(jī)理，從中學(xué)習(xí)到逆變側(cè)的弱交流系統(tǒng)發(fā)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(guān)斷角過小、逆變器閥橋的觸發(fā)脈沖丟失等都能導(dǎo)致?lián)Q相失敗，并且根據(jù)這些成因給出了預(yù)防發(fā)生換相失敗的措施：目前，主要是通過無功補(bǔ)償、增大觸發(fā)超前角或者熄弧關(guān)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(yù)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(xué)，電氣工程及其自動(dòng)化。