摘要：由于容量大、损耗低、距离远等优势，特高压输电技术在我国有重要应用。但由于我国特高压电网建设仍处在起步阶段，运行中仍面临着诸多问题，特别是特高压直流输电接地故障，其会产生严重的过电压，不利于特高压电网的安全、稳定运行。为此，有必要结合特高压直流输电接地故障过电压产生机理，就特高压直流接地故障过电压进行仿真研究，为其后续系统试验提供数据支持。
关键词：特高压直流输电；换流站；过电压
随着电力需求的不断增长，各地区资源分布不均衡，导致我国电网发展较为滞后，因而也对特高压输电提供了更高的要求。对于特高压直流输电技术而言，其不仅输送量高、损耗小，而且节约土地，具有诸多应用优势。接地故障是特高压直流输电发生率较高的故障之一，在极线间电磁的耦合作用下，在线路上产生十分严重的过电压，严重危害了特高压直流输电线路的正常运行。
１直流输电过电压产生机理
依据直流输电中过电压产生机理的差异，可将雷电分为过电压、暂态过电压两大类。前者即外部过电压，指的是由直击雷、交直流两端线路侵入的雷电波，传送至换流站等所引发的过电压形式。后者是由于换流站两端的交直流运行、操作或故障等导致的。这两种过电压形式均属于内部过电压，也是本文的研究范畴。对于直流输电过电压而言，由于所涉及的电感、电容元件等很多，一旦操作不当，系统产生故障，会引发电感、电容等原件中电磁能量的转换、振荡。其中，换流站两端交直流故障、操作不当等是引发直流输电过电压的主要原因之一。对于过电压而言，控制保护动作时序是其重要影响因素。就故障响应而言，直流较交流系统响应速度更快，借助于直流系统的调控，可以有效地抑制内部所产生的过电压现象。
研究表明：就特高压直流输电线路而言，其绝缘配合与系统内部的过电压存在直接的关联性。而正如上文所提到的，直流输电过电压的来源主要包括两个方面，即换流站交、直流侧所产生的过电压。
１）交流侧产生的过电压。就换流站而言，其交流侧所生成的过电压，主要包括暂时性、操作性两大种，均为交流系统操作、故障所引发的。而该类型过电压直接决定了过电压的保护、绝缘情况，还可借助于换流站朝向直流侧传送，直接影响直流侧的绝缘水平。
２）直流侧产生的过电压。对于换流站而言，其直流侧所产生的过电压以及线路产生的过电压为此类过电压的主要来源。该类型过电压包括三种，即暂时性、操作性、陡波性过电压。其中，源自线路上的多为操作性过电压，其主要是由于交流侧短路、操作等导致的，而源自线路的多因双极运行过程中某一极出现接地短路故障所引发的。一旦某一极出现接地故障，会导致另一极出现过电压，对换流站直流系统电压保护水平、绝缘水平等造成不良影响，甚至对线路塔头设计造成干扰。
2特高压直流输电系统换流站故障仿真分析
（一）阀顶对中性母线故障
换流站中存在诸多设备，如若设备发生短路等故障将会引发多种类型的过电压，从而对设备的绝缘性造成损害。当出现阀顶对中性母线的短路故障时，主要体现为：直流电流与交流电相比较小，这时阀短路保护将会使整流站闭锁，并且向逆变侧传递信号，逆变侧在发生阀顶对母线故障时，一般由整流侧低压保护动作闭锁直流，保护动作的延时为0.5s。采用PSCAD仿真软件，便能够构建出宁浙±800kv输电系统的模型，将故障发生的地点设置为上阀组，发生时间为2s，持续时间为100ms。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
1、整流侧仿真分析
当整流侧中出现阀顶对中性母线故障问题时，故障发生在2s的位置，与逆变侧相比，整流侧应提前对故障做出反应。通过相关仿真分析可知，在此次故障中，在整流侧的线路端口位置会出现1015kv的过电压，大约为1.27个p.u.，其中1p.u.相当于800kv，其他位置的过电压水平普遍较低，换流站的各个避雷器中没有出现其他异常情况。
2、逆变侧仿真分析
当逆变侧中出现阀顶对中性母线故障问题时，故障发生在2s的位置，与整流侧相比，逆变侧应提前对故障做出反应。通过相关仿真分析可知，在此次故障中，过电压的水平较低，最早出现过电压的位置是在逆变侧的端口，但是在数值上要小于整流侧。在换流站当中，虽然只有单一的母线避雷器动作，但是能耗上看却是较为理想[2]。
（二）换流变阀侧单相接地故障
当换流阀侧位置出现单相接地情况时，可能会产生较大的能量，这些能量会被传输到直流极线与直流滤波器当中，从而导致过电压的产生。当整流侧、逆变侧均产生单相接地故障时，在阀的保护方式上存在一定的区别。
在整流侧中，由于直流线路上的电流与中性母线电流相比较小，在阀发生保护动作的同时，会将信号传递到逆变侧当中。对整流侧单相接地故障中直流电压进行计算后可知，当故障位置出现在52s时，非故障极线路电压为915kv；当故障位置出现在51s时，非故障极线路电压为859kv；当故障位置出现在62s时，非故障极线路电压为898kv；当故障位置出现在61s时，非故障极线路电压为868kv；由上述一组数据能够看出，当上组高压端Y/Y端子出现单相接地故障时，最高的过电压数值为915KV，而中性母线、平波电抗器等均具有较大的过电压，但是只有布置在中性母线附近的避雷器出现的了动作，其他的能量消耗均可忽略不计。
当逆变侧出现单相接地时，只有在直流电大小低于交流电时，才会开启换流阀保护动作。对逆变侧单相接地故障中直流电压进行计算后可知，当故障位置出现在52s时，非故障极线路电压为907kv；当故障位置出现在51s时，非故障极线路电压为850kv；当故障位置出现在62s时，非故障极线路电压为881kv；当故障位置出现在61s时，非故障极线路电压为887kv；由此可IE建，在52s时产生的故障过电压最高，在宁浙输电工程中Y/Y绕组端子中布置了A2避雷器，使空气间的缝隙被压缩，换流变阀侧的绝缘性能得到显著提升。
结语
特高压直流输电运行中可能存在的几种接地故障进行了过电压仿真分析，以期为更好地控制特高压直流输电系统过电压水平提供依据与参考。关于特高压直流输电系统接地故障所产生的过电压而言，其影响因素较多，如直流滤波器电容、输电线路的结构及参数、杆塔接地电阻等，其中当属直流滤波器电容的影响最为显著，在具体仿真分析时，还需多方考量，确保仿真结果的科学性。
参考文献：
[1]周浩，李济沅，王东举，等．±８００ｋＶ特高压直流输电线路单极接地故障过电压产生机理及影响因素［Ｊ］．电力自动化设备，２０１６，３６（４）：１－６．
[2]韩永霞，李立浧，陈辉祥，等．直流保护策略对特高压换流站过电压与绝缘配合影响的仿真分析［Ｊ］．高电压技术，２０１２，３８（２）：３１６－３２１．
[3]李荷薇．±８００ｋＶ直流系统内部过电压仿真及试验研究［Ｄ］．成都：西华大学，２０１６．
[4]谢丰战.特高压直流输电系统单极接地过电压的研究[D].广西大学，2014.
[5]董曼玲，黎小林，何俊佳，等.特高压直流输电系统换流站内部故障电磁暂态响应特性及控制策略[J].电网技术，2015（3）：5-10.
论文作者:刘强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
标签：过电压论文; 故障论文; 特高压论文; 线路论文; 母线论文; 电压论文; 位置论文; 《电力设备》2018年第33期论文;