摘要：直流换流站和线路的过电压与绝缘配合是特高压直流输电工程的关键技术之一。直流线路过电压不仅影响线路绝缘强度的合理设计，而且关系到直流系统安全可靠运行。由于特高压直流输电系统换流站内存在大量的电感性和电容性组件，在发生接地故障时，容易引起过电压的问题，危害设备的安全运行。本文利用仿真模型，主要对换流站相关位置发生接地故障时过电压进行对比计算和分析。
关键词：特高压直流输电系统；换流站；过高压
前言：结合我国能源资源分布和经济发展形势呈现逆向分布这一特有国情，将西部地区的能源资源转换成电能并输送到经济发达的中东部地区，一方面是保障经济的快速增长，另一方面能够有效的缓解该区域在环保方面的压力。但是，在大规模以及长远距离的电能输送方面，特高压直流输电可以彰显出明显的优势。所以，建设和发展特高压直流输电工程变得十分重要。针对传统的高压直流输电工程而言，特高压直流输电工程每极通过利用两个12脉动换流器(400kV+400kV)的串联接线的方式，不仅能够有效的减少直流电压和交流电流中的谐波成分，而另外复杂的接线方式针对过电压的发展机制、波形以及影响也变得有些复杂。就此，在设计建设特高压直流输电工程时，过电压与设备绝缘配合方面的研究就是设计内容之一。
1特高压直流操作过电压特点
与常规±500kV高压直流系统相比，特高压直流系统在主接线结构上主要有两点不同：采用双12脉动换流器；平波电抗器分置于直流极线与中性母线上。这使得特高压直流系统的操作过电压与常规超高压直流系统具有以下不同的特点。
（1）阀过电压
常规±500kV高压直流系统换流阀过电压分为两类：最上层阀两端过电压和其他层阀两端过电压。特高压直流系统与常规±500kV高压直流系统相比，阀过电压多了一类，分为上12脉动换流器的最上层阀两端过电压，下12脉动换流器的最上层的阀两端过电压，以及其他层阀两端过电压。当直流系统中出现整流侧最高端的换流变的阀侧出线接地短路故障的时候，使得直流极线对地电压施加到与直流极线直接连接的换流器最上层阀两端，在最上层阀两端形成严重的过电压。
（2）中性母线过电压
特高压直流系统为降低换流器母线上的电压谐波分量，采用了平波电抗器分置的方案，即在直流极线和中性母线上都安装了平波电抗器，这使得中性母线上的过电压也与常规超高压直流系统有所不同。在特高压直流系统中，需要对中性母线平波电抗器两侧的过电压分别进行计算，即平抗阀侧过电压和平抗线路侧过电压两种类型，而常规超高压直流系统中的中性母线过电压仅有一种类型。对于特高压直流系统，因平波电抗器分置的原因，中性母线以平波电抗器为界分为两段具有不同过电压保护水平的母线段，并配有不同保护水平的避雷器，其中中性母线平波电抗器阀侧避雷器的保护水平要大于线路这边的。而常规超高压直流系统中性母线没有分段。
2特高压直流输电系统换流站避雷器配置
与传统的高压直流输电系统的结构一样，特高压直流输电系统同样是经过整流站，以送端的交流电能形式转变成直流电能形式，利用输电线路到达受端，然接着经过逆变站转换成交流电能，将电能输送到负荷端。所以，安全稳定运行状态下的换流站，对于整个特高压直流输电系统来说非常重要。
2.1避雷器配置
针对避雷参数进行合理的配置可以有效控制换流站内过电压的幅值，从而降低对设备绝缘水平的要求。换流站避雷器的配置方案需要遵循一定的基本原则：在交流侧产生的过电压，在限制过程中需要尽可能的用交流侧的避雷器；在直流侧产生的过电压，加以限制的时候应当借助直流线路的避雷器、直流母线的避雷器和中性母线的避雷器等；重点进行保护的关键设备应由紧临近它的避雷器直接进行保护，例如换流阀、交直流的滤波器设备等，应由各自的避雷器保护。
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2.2某特高压直流输电工程避雷器布置方案
某800kV特高压直流输电系统的换流站部分运用的是无间隙氧化锌避雷器，其送受端500kV交流侧避雷器的布置同于常规的500kV高压直流输电交流侧，同一组避雷器布置换流变侧、交流滤波器母线和500kV出线。经雷电侵入波的计算研究，特高压直流输电工程换流站交流场的两条母线可不配设避雷器。换流站单极避雷器的布置方式相同于其他在运行的特高压直流工程。主要的差别在于上组12脉动换流单元，特高压直流输电工程在最高端Y/Y换流变阀侧绕组和地之间布置了A2避雷器，降低了其操作绝缘水平，减小了空气间隙。并对整个上组12脉动换流单元配置了C2型避雷器，主要是考虑了上组400kV换流单元单独运行时的绝缘水平。
3特高压直流输电系统换流站故障仿真与分析
3.1直流阀顶（92）接地短路故障
在直流阀顶（92）发生接地短路故障时（分别考虑了整流侧和逆变侧），主要仿真分析了配置于直流极线的平波电抗器以及中性母线平波电抗器关于电压方面的变化情况。经过认真的仿真计算，得出的结果显示，当出现阀顶接地故障情况下，置于直流极线的平波电抗器两端将会产生明显的严重过电压现象，过电压幅值达到了786KV。同样，分置于中性母线上的平波电抗器，过电压现象也比较明显，过电压的幅值达到410KV。将整流侧和逆变侧的情况进行对比分析发现，整流侧的过电压水平超过逆变侧。避雷器方面仅中性母线在故障时动作，但整流站避雷器能耗均不高。
3.2换流变阀侧接地短路故障
通过仿真计算安装于换流站的换流变压器阀侧单相接地故障。电流方面在整流侧体现为直流线路上的直流电流低于中性母线上的直流电流，然而逆变侧则是直流电路上的直流电流高于中性母线上的直流电流。另外，通过计算整流站和逆变站主要位置的电压水平在换流变阀侧发生单相接地故障，可以得出，整流侧52处单相接地故障，直流极线处平波电抗器两端的过电压为459KV，中性母线处平波电抗器为365KV。逆变侧52处单相接地故障，直流极线处平波电抗器过电压为443KV，中性母线处平波电抗器为325KV。从整体来看，相比较于换流变阀侧（62）、（51）和（61）各点单相接地故障情况来看，整流侧和逆变侧均是最高端换流变Y/Y绕组阀侧52处单相接地故障过电压最为严重。
3.3直流阀顶（92）对中性母线短路故障
换流站常见的短路故障之一就是直流阀顶对中性母线的短路。针对直流阀顶（92）对中性母线短路故障的研究过程中，通过仿真计算各点的电压水平，分别就整流站和逆变站的此类故障进行了实验仿真。仿真计算得出，除了直流极线上的过电压水平明显高出外，其余点的过高压水平并不明显。当整流侧出现故障时，非故障极直流极线的过电压幅值达到1010kv，故障极电压迅速的下降，经过振荡后最终为0，其他的各点都没有过电压的问题，避雷器不动作。逆变侧故障时，交、直流各点的电压水平均不高，仅换流站中性母线避雷器动作。
结语：综上所述，近年来，我国正在将特高压直流输电工程的建设大力推进，逐步的实现能源的优化配置，有效的缓解经济发展和能源需求之间的矛盾关系。特高压直流输电能够将大量的输电走廊资源进行节约，未来也将会承担起我国西部地区和境外电力输送方面的重要职能，并且也将成为建设强大智能电网的重要组成部分。其中，换流站是特高压直流输电系统不可或缺的一个环节，站内存在着很多的电容性和电感性组件，这些组件在故障时充放电的过程中容易引起过电压问题。研究换流站内过电压的特性，能够有效解决换流站内避雷器的参数选择、直流开关场的配置方式和直流控制保护等问题。
参考文献：
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论文作者:林阳,刘明跃,许乃文,徐昕
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/11
标签：过电压论文; 母线论文; 避雷器论文; 特高压论文; 故障论文; 系统论文; 电抗器论文; 《电力设备》2017年第32期论文;