关键词：直流输电；过电压；接地极线路
直流输电技术自从应用以来，因为经济性好，运行稳定且快速可控等，在远距离、大容量输电、电力系统联网中广泛被应用[1]。不过与其他电气系统类似，特高压直流输电因为操作及故障或者被雷击等条件的影响，容易出现各种波形过电压，因此需要装设避雷器等保护装置，对过电压情况进行限制，这于直流输电系统有着极为重大的意义[2]。特高压直流输电线路的绝缘水平受到过电压及工作电压幅值的直接影响，在线路双极运行时，因为两根极限会有电磁耦合的情况，因此在接地极发生故障时，另一极也会发生电压突变的情况，并与该机工作电压叠加形成过电压的情况，根据相关研究表明，直流线路接地极故障中产生的过电压情况最为严重，会造成线路绝缘配合问题，因此对特高压直流输电接地极过电压研究的意义重大。本文对国内某段±800kV输电工程进行研究，根据其实况对特高压直流线路过电压展开研究。
一、特高压直流线路过电压沿线分布状况
特高压直流输电系统在双极运行方式的情况下，因为直流输电线路存在极间电容，双极线路之间也有电磁关系，在接地极发生故障便会造成另一极电压突变的影响，会在该极工作电压之上叠加，形成过电压情况。在直流线路发生接地故障的过程中，整流侧也会再启动逻辑使整流侧的触发角移项到约164°，再进过游离时间之后，会再启动直流输电也会恢复到正常功率。故障发生和移项指令执行两者受到故障点与整流站相距距离、时差和控制保护延时的影响，参照直流输电保护动作实际执行情况，这一段时间约计20ms，去游离时间则在150ms至200ms区间内。图1为直流线路输送额定功率，接地故障地点发生变化时非故障极线沿线各点的过电压包络线，故障地点和整流站相距距离可以有2071n/40计算得到，n值在0到40的区间内。
图1直流线路接地故障地点变化非故障极线沿线各点最高过电压包络线
计算中明确，直流线路与整流站不同位置接地故障中，非故障极线路中部过电压幅值过高，线路中点约为100km的范围内，平均过电压幅值超1400kV，与整流站相近位置过电压水平则相对低很多。直流线路的中点和距离中点±52km、±104km、±155km故障发生时，非故障线路中点过电压幅值为下表1。根据表1内容可以得到，直流线路中点位置发生接地故障的情况下，非故障极线中点过电压的幅值是最高的。
表1直流线路不同位置接地故障发生时造成的非极线路中部过电压情况
二、影响线路中点过电压幅值的条件分析
1、杆塔接地电阻
杆塔接地电阻对线路闪络暂态分量有降低作用，对于非故障极过电压亦有降低作用。直流线路额定输电功率运行下，线路杆塔接地电阻不同，线路中点发生接地故障时，非故障极过电压情况为表2所示，图中R是线路杆塔接地电阻。根据表2内容可知，杆塔接地电阻在增加的过程中，非故障极线路的中点过电压水平也会有所降低。从研究结果来看，杆塔接地阻值对于过电压波产生之前没有相应的影响。杆塔接地电阻值10Ω时，直流线路中点接地故障发生时，线路中点避雷器能耗及电流分别为272kJ与942A。
表2杆塔接地的电阻不同非故障极线路过电压情况(Ω)
2、换流站端部阻抗
在本次研究的整流站中，对某一直流输电线路及中性母线平波电抗器从200mH改置为150mH，在直流线路的中点接地故障发生的过程中，非故障极的线路过电压幅值最高点有1510kV改变成1511kV，过电压幅值改变较小，基本为不变状态，因此平波电抗器电感值对直流线路中点故障发生造成的非故障极线过电压幅值的影响较小。其次对直流滤波器结构及参数更改设置，直流输电线路中点接地故障发生时造成非故障极线路影响有较大改变，从园1510kV改变为1318kV。而使得过电压最高幅值降低的原因主要包含有两个因素，首先直流滤波器参数及结构概念使得换流站端部的阻抗发生了改变，以此使得直流输电线路中点接地故障在进行换流站的传导中，电磁波反射及折射分量发生了改变；其次，根据电工原理，如果电压值是相同的，那么滤波器高压电容器的容量愈小那么能量存量也就愈少，这也说明接地故障发生之后滤波器对直流线路放电的电流峰值也会愈小，持续放电时间愈段，非故障极耦合导致的电磁暂态分量也会出现减小的情况。
3、直流线路长度及参数
本次研究的整流站输电线路最初设计的线路长度是2083km，后来缩短到了1958km。记过仿真计算，线路发生缩短之后输电线路中点接地故障出现时，非故障极线路最高过电压幅值从1510kV降低到了1479kV，也即是输电线路长度缩减6%左右，过电压的幅值降低了2%。而如果将输电线路的参数改变为其他线路参数，直流输电线路中点接地故障发生会造成非故障极线路过电水平提升。
4、输电线路中点设置避雷器
本文研究的主旨还在与直流线路中点接地故障发生导致的过电压幅值升高的现象最为严重，若是在直流输电线路的中点杆塔进行与换流站极线特性一致的避雷器装设，不考虑到杆塔接地电阻或者接地电阻影响，线路中点过电压降低的值为168kV，也即是过电压降低了11%左右。
结论
根据研究结果线路杆塔接地电阻增加时，非故障极线路中点过电压幅值会降低一部分。不过实际直流线路过电压并不是均匀参数进行输电，所以最高过电压地点和线路的中点会有误判的情况，所以不能进行线路过电压幅值的限制。可以通过对直流滤波器参数的优化，满足谐波滤除基础上，对高压电容容量降低，以此实现非故障极线路中点过电压幅值。最后中点杆塔增设避雷器也能够降低过电压的水平，同时避雷的消耗较小。
参考文献
[1]刘晨,王鹏.特高压直流输电控制保护特性对内过电压的影响[J].通讯世界,2019(3):164-165.
[2]刘玲.限制单极接地故障过电压的关键因素分析[J].现代科学仪器,2018(5):111-114.
论文作者:李从树
论文发表刊物:《中国电业》2019年17期
论文发表时间:2019/12/11
标签：过电压论文; 线路论文; 故障论文; 中点论文; 杆塔论文; 发生论文; 电阻论文; 《中国电业》2019年17期论文;