特高壓直流輸電控制保護(hù)特性對內(nèi)過電壓的影響

曲文韜 劉昊 袁杰

摘要：由于技術(shù)的限制，內(nèi)過電壓在很大程度上會受直流輸電控制特高壓保護(hù)特性的影響而產(chǎn)生一些不利于生產(chǎn)的現(xiàn)象。為確保直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，本文在概述內(nèi)過電壓的基礎(chǔ)上，對特高壓直流輸電控制保護(hù)特性對內(nèi)過電壓的影響進(jìn)行探討，其主要包括受逆變側(cè)投旁通對的影響、受整流側(cè)移相速度的影響以及受低壓限流部分的影響，以供相關(guān)的工作人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：特高壓;直流輸電;控制;保護(hù)特性;內(nèi)過電壓;影響

1內(nèi)過電壓

由于操作、事故或其他原因引起系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生突然變化將出現(xiàn)從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程，在這個過程中可能對系統(tǒng)有危險的過電壓。這些過電壓是系統(tǒng)內(nèi)電磁能的振蕩和積聚引起的，所以叫內(nèi)過電壓（internal overvoltage）。內(nèi)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(fā)生的稱為操作過電壓，其持續(xù)時間一般在幾十毫秒之內(nèi);在暫態(tài)過渡過程結(jié)束以后出現(xiàn)的，持續(xù)時間大于0.1秒甚至數(shù)小時的持續(xù)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(hù)特性對內(nèi)過電壓的影響

2.1受逆變側(cè)投旁通對的影響

在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，逆變側(cè)的投旁通對往往在接收到閉鎖指令時立刻發(fā)生，這樣在進(jìn)行投旁通對時低壓電路就會在換流器直流側(cè)兩端之間產(chǎn)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(jīng)過換流變壓器。除此之外，當(dāng)有故障發(fā)生時，逆變側(cè)投旁通對可以通過卡斷換流器中的側(cè)斷路器使交流電源能夠迅速獨(dú)立于發(fā)生故障的環(huán)節(jié)，使故障部位完全獨(dú)立于其他交流電源的運(yùn)行，從而達(dá)到降低交流斷路器因跳閘而引發(fā)內(nèi)過電壓的可能性。大量的實(shí)驗數(shù)據(jù)表明內(nèi)過電壓在閉鎖基礎(chǔ)上的計算確實(shí)會受到投旁通對的影響。除此之外，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生的故障類型不同時，其投旁通對的開始與結(jié)束時間都不盡相同，相對應(yīng)的內(nèi)過電壓的計算也會各不相同。所以在進(jìn)行正常生產(chǎn)工作時，需要在閉鎖指令的控制下立即進(jìn)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(jìn)一步解釋投旁通對的具體開始結(jié)束信號的問題。工程中逆變側(cè)投旁通對的閉鎖情況在級線電壓數(shù)值位于±50kV時發(fā)生，整流側(cè)的鎖閉情況在逆變側(cè)鎖閉發(fā)生后的25ms時開始，通過具體工程的相關(guān)數(shù)據(jù)可以得到投旁通對是否進(jìn)行對內(nèi)過電壓計算的影響。通過對工程結(jié)果的分析可知，當(dāng)逆變側(cè)投旁通對突然停止時，此時整流側(cè)直流級線電壓數(shù)值最大為810kV，相對應(yīng)的逆變側(cè)投旁通對不進(jìn)行緊急停止時的整流側(cè)直流級線電壓可以達(dá)到1245kV，最大電壓之間相差435kV。同時，可以注意到電網(wǎng)中其他元件的內(nèi)過電壓測量數(shù)值也都不盡相同。基于此實(shí)驗數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，想要準(zhǔn)確計算電網(wǎng)直流系統(tǒng)中內(nèi)過電壓數(shù)值并對其進(jìn)行有效研究，就必須重視旁通對在直流系統(tǒng)中的作用，對其在系統(tǒng)中開始或結(jié)束的時間點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)研究，才能使工程進(jìn)行過程符合實(shí)際情況。

2.2受整流側(cè)移相速度的影響

當(dāng)直流系統(tǒng)出現(xiàn)意外不能正常工作時，整流側(cè)控制保護(hù)系統(tǒng)的觸發(fā)角會出現(xiàn)角度的改變，一般改變角度為165°。在意外發(fā)生時，移相的時間一般會受到一些相關(guān)指令的影響進(jìn)而發(fā)生一些變化，變化的程度受保護(hù)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(wù)為例，當(dāng)該工程的直流系統(tǒng)故障時，移相的時間為20ms左右。通過具體的計算，發(fā)現(xiàn)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(guān)整流側(cè)站的故障，大部分內(nèi)過電壓的計算結(jié)果不受這些障礙的影響，但是若為逆變側(cè)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(nèi)過電壓的計算受整流側(cè)移相速度影響的表現(xiàn)，可以設(shè)計電網(wǎng)工程模擬測試計算自移相命令開始20ms以及1ms之后內(nèi)移相變化至165°時內(nèi)過電壓的變化值。將測試所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，容易發(fā)現(xiàn)，因種種原因?qū)е抡鱾?cè)站發(fā)生故障時，整流側(cè)移相1ms較快速度的逆變側(cè)直流級線電壓為1390kV，相比較而言20ms較慢整流側(cè)移相速度的相關(guān)電壓值相對較低為1225kV，兩種速度下的逆變側(cè)直流級線電壓有165kV的差值，同時，電網(wǎng)中其他部件的相關(guān)電壓都各不相同。測試表明，在不同整流側(cè)移相速度下，內(nèi)過電壓表現(xiàn)出不同的數(shù)值，因此，在進(jìn)行內(nèi)過電壓的研究時，必須要考慮不同整流側(cè)速度的影響。

2.3受低壓限流部分的影響

當(dāng)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(jìn)而使直流電流受到限制，這種情況可以描述為低壓限流現(xiàn)象。低壓限流在電力系統(tǒng)中有著很大的作用，即使電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，低壓限流也可以最大程度的保持電力系統(tǒng)基本運(yùn)行的狀態(tài)，并且可以修復(fù)直流系統(tǒng)的故障，除此之外也可以對連續(xù)換相造成的不良影響進(jìn)行一定程度上的修復(fù)。通過大量相關(guān)工程測試，最終發(fā)現(xiàn)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(guān)整流側(cè)站的故障會在計算內(nèi)過電壓以及一些低壓限流部分應(yīng)用時產(chǎn)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(dǎo)致的二次側(cè)引線單相接地相關(guān)故障的實(shí)例，借此具體說明內(nèi)過電壓的計算受低壓限流部分的影響。這種二次側(cè)印象單相接地的故障情況具有一些特殊性，比如發(fā)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(cè)閥差動保護(hù)動作對導(dǎo)致直流線路的閉鎖，本文以介紹具體實(shí)驗數(shù)據(jù)的方式直接講解內(nèi)過電壓受到的相關(guān)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(shù)據(jù)的分析，可以得到一組對比數(shù)據(jù)。當(dāng)故障發(fā)生15ms時，逆變側(cè)出現(xiàn)了投旁通對現(xiàn)象;18ms后直接出現(xiàn)了移相;而在故障過后35ms時，整流側(cè)移相開始。與此同時，電壓下降至-50kV以下時逆變側(cè)直流線路的逆變側(cè)發(fā)生封閉現(xiàn)象，到115ms時，整流側(cè)封閉。

3結(jié)束語

特高壓直流輸電控制保護(hù)的特征會對內(nèi)過電壓造成特殊的影響，因此，在對特高壓直流輸電系統(tǒng)中內(nèi)過電壓進(jìn)行研究時。要盡量采取實(shí)際直流輸電控制保護(hù)的動作時序，使其計算結(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。

參考文獻(xiàn)

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

[2]劉洋，王聰穎，寬邦工程投運(yùn)后高嶺直流送端系統(tǒng)穩(wěn)定性分析[J].東北電力技術(shù)，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(diào)制的直流近區(qū)交流過電壓優(yōu)化控制策略[J].現(xiàn)代電力，2018，35（6）：25-32.

[4]滕予非，張鵬，井實(shí)，史華勃，嚴(yán)磊，張宏圖，考慮RAML環(huán)節(jié)的特高壓直流整流側(cè)動態(tài)響應(yīng)特性及其對送端交流電網(wǎng)穩(wěn)定性影響[J].電力系統(tǒng)保護(hù)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(xiàn)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(nèi)部過電壓機(jī)理及特性分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2018，42（7）：2366-2372.