摘要：直流输电具有传送功率大、线路造价低、控制性能好等优点，是目前发达国家作为高电压、大容量、长距离送电和异步联网的重要手段。随着国内电网的迅速发展，我国已经形成跨越几千km的交直流混合互联系统，联系起多个能源中心与负荷中心。交、直流系统共存，并相互影响，是当前大电网的重要特点。交直流系统之间的关系十分复杂，即在交流系统故障的影响下，直流系统被迫停运，进而对交流系统故障的恢复产生不利影响，甚至威胁到电网的稳定运行。因此，本文分析交流系统故障对直流系统的影响，并提出改进建议，对于保证电网的安全稳定运行具有重要意义。
关键词：交流系统；多直流；电压波动；阀冷却系统
1交流系统故障对直流系统的影响
1.1低压限流功能
通过计算分析发现，交流系统一旦出现断路器或主保护拒动等故障，便可能导致多回直流或单回直流闭锁或降功率同时发生，进而危害系统的稳定运行，且即使对控制系统采取安稳措施，也无法维持电网的稳定运行。然而，据研究发现，断路器在失灵保护或拒动故障动作之前，倘若直流输电系统的功率未下降，则不会影响到电网的稳定运行。此外，当交流系统发生长时间不对称故障时，若交流系统输出的换相电压可以满足换流阀正常换相的需要，那么便可保证直流系统长时间稳定运行。综上可知，交流系统在故障条件下不闭锁且不降低功率的现象有利于交流系统故障的快速恢复，但若逆变侧的交流系统故障比较严重，则多回直流或单回直流都可使低压限流功能启动，进而降低直流输电系统的实际传输功率，且即使对控制系统辨识采取安稳措施，也无法保障系统运行的稳定性。
1.2交流系统故障导致阀冷却系统故障
站用电系统是换流站内最重要的辅助设备，为双极阀冷主泵、冷却塔、换流变冷却器等非常重要的负荷提供电源，近区交流系统故障可能造成站用电电压波动，严重时站用电全部丢失，将直接造成双极闭锁。
500kV某变电站2主变相间故障，换流站站用电扰动并恢复，恢复过程中极二阀冷系统2台主泵交流电源均跳开，极二阀冷系统判定无主泵运行，导致极二停运。换流站三回站用电均由外部供电。且三回站用电上级电源均与500kV变电站相关。当该变电站电压出现扰动，换流站三回站用电极易受影响。在本次故障过程中，2套设备自投装置发出退出信号，开关保护报失压信号，可判断变电站站三回站用电电压确实发生大幅电压跌落。
阀冷系统两回400V交流电源通过2个接触器-OK111和-OK112二选一接到屏内400V交流母线，主泵由该交流母线供电。主泵空开-Q011、-Q012的保护为过流速断保护，定值为820A。
极二阀冷系统交流电源1故障恢复重新投入时，由于主泵1与电源失步时间较长，存在较高的残压，会产生较大冲击电流，主泵1的空开-Q011跳开。交流电源1电压已恢复，但由于交流电源1母线所带负荷均处于重启动过程中，此时交流电源1电压低于正常水平；同时主泵冷启动冲击电流较大（约为7倍额定电流）。在上述2种因素共同作用下主泵2投入时冲击电流大于820A。故主泵2电源开关-Q012速断动作跳开，至此，阀冷却系统2台主泵均停运，导致直流系统停运。
2交流系统故障的改进建议
2.1100Hz保护的改进
T-1直流整流侧的交流系统严重故障引起整流侧换流变中性点零序过流保护和双极100Hz保护动作，双极停运。关于上述案例，当交流系统发生故障时，在交流侧会出现零序电流，且在直流系统的电压/电流中还会产生幅值较大的二次谐波。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此外，在100Hz保护Ⅰ段延时的条件下，直流负荷将降至0.3；在100Hz保护Ⅱ段延时的条件下，双极直流系统闭锁，同时引起换流变零序过流保护动作和双极ESOF启动。
当交流系统出现断路器或主保护拒动等故障，则会引起多回直流或单回直流闭锁或降功率同时发生，进而危害系统的稳定运行，且即使对控制系统采取安稳措施，也无法确保电网的稳定运行。然而，在断路器失灵保护动作和拒动故障时，倘若直流输电系统功率下降，则不会影响到电网的稳定运行。据此可知，直流100Hz保护Ⅰ段在断路器保护动作之前不宜动作。此外，研究发现，断路器的失灵率相当高，且由于断路器失灵会引起多回路直流的功率同时下降，进而导致非常严重的后果，因此，应按以下要求改进案例中直流系统的100Hz保护：100Hz保护Ⅰ段延时改为10s；Ⅱ延时改为3s。由于上述改进策略并未取到理想的效果，因此，还需改进交流系统的相关保护，即交流系统故障监测的主保护改为交流低电压保护；其他的保护则作为后备保护来监测交流系统；系统故障监测的后备保护改为其他的关联保护，注意动作延时应比交流低电压保护的动作延时更大。
2.2站用电系统的改进
为提高换流站内站用电运行的稳定性，在换流站的站用电设计及建设中可以做以下改进。（1）优化进线侧电源的网架结构，确保站用电取自不同变电站的不同间隔，网内局部交流设备故障时不会造成全部站用电扰动、丢失。（2）采用降压变压器的方式保证站用电稳定可靠。变压器具有电气隔离的作用，经过变压器多级降压可有效抑制站用电电压波动的发生。（3）对400V交流电源电压监视继电器进行改造。目前大多数交流接触器的电压监视继电器采用所检测的交流电源供电，当所检测的主电源失压时，电压监视继电器本身也将失效。建议采用直流电源单独供电的电压监视继电器，一方面直流电源本身比站用电的可靠性更高，另一方面当失去直流电后，有蓄电池作为备用，提高阀冷系统的可靠性，消除电压波动引发电压监视功能缺失导致直流停运的情况。
3注意事项
在交流系统故障期间直流系统控制、保护、监视功能和换流站内其他设备应注意的问题：（1）直流系统的基本控制策略可以有效控制交流系统故障对直流系统的影响，但需要进一步研究低压限流功能对交流系统的不良影响，并合理利用直流系统的稳定控制功能，提高电网的可靠性。（2）交流系统故障对直流系统和换流站内一次设备的安全并不会构成严重威胁，因此，建议直流系统、换流变压器、站用变和交流滤波器等设备的相关保护动作的延时应妥善设置，并与交流系统保护动作延时合理配合，保证交流系统故障切除之前，直流系统相关保护不会先动作而造成直流系统停运。（3）在今后设计直流输电系统时，应注意保证直流系统和换流站内一次设备的安全在交流系统故障可靠切除前的时间内不会受到威胁。（4）站用电系统是直流输电系统中最重要的辅助设备之一，同样应合理设置相关保护动作定值，与交直流系统相关保护相配合，避免区外故障时误动；同时，为了确保站用电的可靠性，建议在换流站内安装备用发电机。
4结语
目前，多馈入直流系统的形成给电网的安全稳定运行带来了严峻的挑战，交流系统故障期间，如果导致了多条直流系统同时双极闭锁，很可能导致电压失稳。交流系统故障会对直流系统产生重要影响，并最终破坏电网的稳定运行，理应加以重视。通过本文分析能有效提高直流系统对交流系统故障的抗干扰能力，有助于提高直流输电系统的运行维护水平，并希望对未来直流输电系统的设计和建设提供有益的参考。
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论文作者:邓铁铮,李权益,初永珂,付多林,赵笑东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/31
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