摘要：单极接地故障是特高压直流输电线路上发生概率较高且造成过电压较为严重的故障类型，因此单极接地故障过电压也是特离压直流输电线路过电压研究的重点。
关键词：特高压直流；输电线路；单极接地；故障
1 特高压直流输电工程概念、组成、运行方式
1.1概念：特高压直流输电工程是一个复杂的自成体系的工程系统，指±800kV（±750kV）及以上电压等级的直流输电及相关技术。
1.2基本组成：特高压直流输电系统由送端换流站、受端换流站、直流输电线路以及两端的接地极和接地极线路组成。特高压直流输电设备组成：主要包括：换流阀、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、直流避雷器、交流避雷器、无功补偿设备、控制保护装置和远动通信设备等。特高压直流线路组成：由两组导线组成，分为正极和负极，每极由六根导线组成，称之为六分裂，以增大输送容量；就其基本结构而言，直流输电线路可分为架空线路、电缆线路以及架空—电缆混合线路三种类型。
1.3运行方式：主要有双极运行和单极运行两大类，双极运行方式下，两极导线分别带有极性相反的电流，形成完整回路；而单极运行时，线路仅有一极导线携带电流，而极性相反的电流则通过接地极线路和接地极接入大地，形成完整回路。
2 研究意义
特高压输电工程分为特局压直流输电工程和特高压交流输电工程，其中特高压直流输电工程定位于大型能源基地电力大容量、远距离的外送，并且在提高单位走廊输送容量、实现区域电网的异步互联方面优于特高压交流输电工程。加快推进特高压直流输电工程的建设，是实现能源资源优化配置的重要措施，同时也是建设坚强智能电网的重要组成部分。
随着电压等级的升高，过电压与绝缘配合的研究是特高压直流输电工程设计和建设中的重要课题之一因此，过电压与绝缘配合对于特高压直流输电工程将会有更高的要求。对特高压直流输电系统进行深入细致的绝缘配合研究，用最合理的成本将各类工况下的过电压限制在一个合理的水平范围内，在保证设备足够安全的基础上尽可能简化避雷器配置方案，以达到经济合理和安全可靠的目的。
特高压直流输电系统换流站部分是其不可或缺的部分，站内存在着大量的电容性和电感性组件，并且交流滤波器并联接在换流站交流母线上，在发生接地故障时，交流滤波器将储存的电能通过故障点进行释放，过电压现象将会在故障恢复的过程中出现。此外，由于电磁耦合的作用存在于直流输电线路的两根极线之间在其中一极发生接地故障时容易引起非故障极的电压突变而造成过电压问题。研究特高压直流输电系统各类接地故障时过电压的特性，可以有效解决绝缘其配合问题，不仅可减少工程建设时的绝缘费用，而且还可以保障工程的安全可靠运行。
3直流输电技术的发展概况
世界上第一次直流实验输电是法国物理学家在1882年利用煤矿中的直流发电机，沿着电报线路把电能送到慕尼黒的国际展览会上。由于后期变压器和三相交流发电机的快速发展，直流输电技术的发展受到了很大的影响。后来，交流输电和交流电网的迅速发展，很快占据电力工业的主导地位。但是，直流输电具备一些交流输电所不具备的优势，如远距离电缆输电、实现国内区网或国际间的非同步互联和利用直流输电快速的调节性能可提高交流系统的稳定性等优势。由于直流输电具备上述优势，像瑞典、美国等国家仍然坚持开展直流输电技术的研究。
4 直流输电系统内部过电压概述
直流输电系统内部存在着大量的电感和电容元件，直流系统内部的过电压主要是因为系统的故障或操作，使得电磁能量在电感和电容之间发生转换和振荡。换流站两侧的交、直流系统各类故障或操作是引起直流输电系统内部过电压的主要原因，而直流系统控制保护动作时序对内部过电压影响比较大。在故障响应方面，直流系统比交流系统表现的要快，通过直流系统自身的调控对过电压有很好的抑制作用。研究表明，内部过电压对特高压直流输电系统绝缘配合有非常重要影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆直流翰电系统内部过电压的来源主要有换流站交流侧过电压和换流站直流侧过电压。
4.1交流侧过电压
换流站交流侧过电压包含暂时过电压和操作过电压两类，是由交流网络操作或故障引起的。交流侧的暂时过电压和操作过电压决定了交流侧的过电压保护水平和绝缘水平，并且可Ｗ经换流变向直流侧进行传递，对直流侧绝缘配合也会产生一定的影响。
4.1.1暂时过电压。暂时过电压指持续时间为数个周波到数百个周波的过电压。从多年的直流输电工程运行经验来看，最典型的暂时过电压发生在换流站交流母线上，直接影响着布置在交流母线处的避雷器。换流站交流母线暂时过电压主要包含甩负荷过电压、投换变压器Ｗ及清除故障过电压。
4.1.2操作过电压。操作过电压是由交流侧操作和故障引起的，除了对交流侧设备的绝缘水平和避雷器有影响外，还可经过换流变传递到换流变阀侧，成为阀内故障的巧始条件。交流侧的操作过电压主要有投入和重新投入交流滤波器或并联电容器、线路的合间和重合闽、对地故障及清除故障等类型。
4.2直流侧过电压
换流站直流侧过电压和直流线路过电压是直流侧过电压的两个主要来源。来自换流站直流侧的过电压有暂时过电压、操作过电压和陡波过电压，来自于直流线路上的主要是操作过电压。操作过电压方面，换流站直流侧过电压主要由交流侧操作过电压和短路故障引起的，而来自于直流线路上的主要是在双极运行时发生一极接地短路所引起的。换流器内部的短路故障通常会在换流器本身和直流中性母线等设备产生过电压，故障类型主要有阀顶对地故障、阀顶对中性母线故障、换流变二次侧单相接地故障等。直流线路发生一极接地故障，会对健全极产生过电压，这种类型的过电压不仅对换流站直流开关场过电压保护和绝缘配合有影响外，还影响直流线路塔头的设计。
5交流电网操作过电压传逆到直流侧机理分析
交流电网故障或者操作引起的过电压传递到直流侧，本质上是由于换流变压器下简称换流变）电磁感应和静电感应的综合效应造成的。在换流变绕组间传递包含有电磁感应分量和静电感应分量。首先考虑电磁感应传递过程。当过电压冲击波对换流变压器作用时，由于电感对于电流的变化具有阻碍作用，开始以静电耦合的形式在绕组间进行传递，然后绕组中的电流便会产生磁通，继而过电压将会在直流侧出现。
6影响因素分析
6.1直流控制系统
考虑到线路发生故障后，需要经过故障电流波在故障极线路的传播时间以及保护装置的延时作用后，直流保护装置方能发出保护指令，而该时间一般都会比单极接地故障过电压达到最大值的时间长，两侧控制系统无法及时对该故障作出反应。 因此，直流控制系统通常不会对该过电压幅值产生影响。
6.2杆塔接地电阻
杆塔接地电阻可以降低线路对地闪络时的暂态分量，从而使健全极线路上的过电压幅值有所降低，但其对该过电压的整体波形及其幅值出现时间基本没有影响。
6.3输电线路长度
随着直流输电线路长度逐渐增加，过电压水平略有升降，但变化规律不明显。 这主要是因为线路长度变化并不会对互感耦合系数产生太大影响，故特高压直流线路长度变化对该过电压幅值的影响通常不大。
结语
综上所述，单极接地故障过电压是指直流线路在完整双极运行条件下，故障极发生接地故障时健全极线路上产生的过电压，该过电压是特高压直流输电线路上发生概率较高且较为严重的过电压，是特高压直流线路过电压研究的重点。
参考文献：
[1]王家永.特高压直流输电过电压仿真研究[D].昆明理工大学,2012.
[2]裴旵.特高压直流输电系统接地故障过电压特性研究[D].广西大学,2016.
论文作者:曾颖,靳涛,许乃文,任虹
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/8
标签：过电压论文; 故障论文; 线路论文; 特高压论文; 系统论文; 操作论文; 工程论文; 《电力设备》2017年第36期论文;