摘要：随着高压直流线路的增多，出现了双高压直流同杆和两直流线路交叉的情况，如葛南-林枫三沪双回直流采用双直流同杆结构。本文以常规直流线路行波保护为基础，分析了不同的运行工况下保护的动作情况。以实际某双回高压直流PSCAD模型为例，分别针对同极和异极间短路时的系统进行了仿真和分析，并得出了其故障运行特性。
关键词：双回同杆直流；PSCAD；行波保护；保护特性
对直流线路故障的研究主要集中在单条直流的直流线路接地故障、雷击引起的保护动作等。尚无对两条直流在同杆或有交叉，在交叉点和同杆发生短路时对电网的影响研究，其研究有着重要意义。
高压直流输电模型为实际高压直流工程的电磁暂态仿真模型，其分为一次侧和二次侧，其中：一次侧为电气部分，主要包括换流器、换流变、滤波设备、直流输电线路等；二次侧主要为控制部分主要有定电压控制、定电流控制、定熄弧角控制、整流侧最小触发角控制、换相失败预测、逆变侧最大触发角控制、低压限流环节、电压恢复控制（Gamma0控制）[2]。
本文使用PSCAD电磁暂态仿真软件进行仿真，其中的直流线路采用的是分布参数的频率相关性Bergeron模型。由于直流线路只有正负两极，当单极运行时只有正极和负极。其中同杆双回直流由于正负极之间架设距离较远，一般认为只发生两回直流间同极的短路，而两直流交叉处可能发生同极和异极间的短路。为了便于分析，本文只考虑两直流正极和两直流间正-负极的短路故障。为了模拟直流线路某位置短路情况，将一条直流分成两条Bergeron线路进行仿真。
1两直流间正极短路
在PSCAD中模拟两直流双极满送，正极直流线路短路的情况。由于整个直流全压运行时线路上的直流压降为14kV，同极之间短路前两短路点压差约为几千伏，会有部分直流功率通过短路点在两直流线路间进行交换。其经过大量仿真实验得出两直流运行电压相同时，同极线路间的短路对直流运行冲击较小，短路时两直流间会有一定的交换功率，短路引起的电压波动小于短路切除后功率恢复时电压的波动，其直流电压和短路电流的典型波形如图5所示。由图5（a）、（b）可知，电压行波的 =1.59%，电流行波的 =2.9%，未达到设定阈值，躲过行波保护的故障检测。由于冲击小，未发生故障线路不受影响，触发角不变，熄弧角有微小波动且两条高压直流未发生换相失败，因此同极间短路对直流影响很小。
2两直流间正-负极短路
在PSCAD中模拟两直流双极满送，正-负极直流线路短路的情况。因为正极与负极运行时压差很大，当两直流间的正-负极短路时会产生较大的冲击，功率从一直流的正极向另一直流的负极传输。从图7可知：（a）图中，正极线路上的充电功率会迅速释放，整流侧电压会瞬间跌落至负值，而逆变侧电压跌至零；同理负极线路上整流侧电压会瞬间上升至正值，而逆变侧电压上升至零；（b）图中，最大短路电流增至额定值的3倍左右，巨大功率冲击和不平衡电流导致非故障线也发生了较大波动，如图7（c）。电压行波 =100%，电流行波的 =300%，超过设定阈值，行波保护判断生效。然而不同于交流系统的故障，由图8可知，由于逆变侧有交流电网电压的支撑，迅速增大的直流电流导致换相失败预测模块启动，且产生较大提前触发角，使得熄弧角最小值大于7°，成功预防了换相失败的发生。
结论
双回直流间的短路对控制系统和交直流系统的影响不同于交流侧的故障，本文针对双直流间同极线路短路的仿真分析认为其对交直流系统的影响很小，可以忽略。针对不同极之间的短路仿真结果可知，故障线路会对非故障线路产生较大影响，在故障期间，正极短路的直流系统会向负极断路的直流产生较大的功率转移，但在直流控制系统参数配置合理的情况下，会保证两条直流正常运行，不发生换相失败。
参考文献：
[1]田得良,蔡泽祥,梁益,李晓华,李书勇. 特高压直流输电线路行波保护电流判据优化[J/OL]. 电网技术,2016,40(08):2548-2554.
[2]陈铁敏,刘隽,孙佩军. 三沪二回±500kV直流工程二次控制系统联调试验[J]. 电力与能源,2011,32(03):194-197.
作者简介：
李 明(1991—)，男，河北邢台。在读硕士研究生，研究方向为特高压直流输电控制保护
论文作者:李明,赵书涛,吴成坚,朱继鹏,王波
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/12
标签：线路论文; 负极论文; 电压论文; 正极论文; 故障论文; 电流论文; 功率论文; 《电力设备》2017年第22期论文;