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摘要:现阶段,我国特高压直流输电工程建设不断增加,加强此课题的研究,有着必要性。特高压直流输电控制保护特性,会对内过电压造成影响。综合影响过电压的因素分析,采取加装线路避雷器的方式,来降低内过电压。
关键词：特高压直流；输电控制；保护特性
在进行特高压直流输电线路工程建设的过程中,需要明确线路以及换流站设备的绝缘水平。因为绝缘费用占据工程成本比例较大,因此优化工程绝缘配合方案,有着积极的作用。内过电压是系统故障时所引发电磁能量转化,造成电压升高,与直流控制有着直接的关系。
一、内过电压类型
内过电压类型主要包括:1操作过电压。主要是因为故障或者开关操作,产生的过电压,此情况持续的时间相对较短,基本在几十毫秒左右,此类型过电压极易造成换流器内内部短路故障。2暂时过电压。此类型过电压持续时间相对较长,能够达到0.1ms以上。因为特高压直流输电系统,能够实现对触发角的控制,同时可以实现对电压与电流的控制,降低故障影响。
二、特高压直流输电控制保护特性对内过电压的影响分析
（一）直流功率控制方式
不同功率控制形式下,直流系统给过电压造成的影响。定义极I代表故障极,定义极II代表非故障极,以1100kV特高压直流输电系统为例,当故障后直流系统动作方式包括闭锁与移相重启,现对以下故障进行分析:1逆变站阀短路。当逆变站阀短路故障出现后,会产生闭锁阀组动作,若闭锁动作后,本极功率将会下降,对极为双极功率控制模式,要提升功率。2直流线路接地故障。当直流系统自动检测到线路故障后,则故障极将会移相至160°以上,当经过系统预设的去游离时间后,将会重新启动。在此过程中,若非故障极为双极功率控制模式,则会补偿直流功率,若为单极功率模式或是单极电流模式,故障极的直流功率将会完全损失。
（二）直流VDCL特性
当直流电压降低时,VDCL环节能够限制直流电流。当交流网扰动后,可以提升交流系统电压的稳定性,同时能够使得直流系统快速恢复,除此之外还能够避免因为连续换相失败产生阀应力。此环节的电流整定值以及电压值,均可以进行调整。当系统发生单向瞬时故障,具有VDCL功能,对整流站极线区与逆变站交流母线等,有着极大的影响。若不具备VDCL功能,整流侧高端换流变二次测将会发生过电压减少的情况,减少195kV左右,阀顶也会出现发生电压减小的情况,减少150kV左右,除此之外逆变侧交流系统也会出现电压减少的情况,减少在110kV左右,阀过电压减少85kV左右。
（三）直流闭锁方式
直流输电系统采用的闭锁方式对过电压也会造成影响,直流闭锁时序处理环节具体包括投入旁通与拉开换流变进线断路器,实现时间配合,基于配合的不同,可以将闭锁类型划分为X闭锁、Y闭锁、Z闭锁、S闭锁。据相关统计数据,从现阶段特高压直流控制时序角度来说,±1100kV特高压直流输电系统工程,其换流站过电压水平整体而言相对低下,换流阀与整流站中性母线区域,其过电压水平相对较高。
三、低压限流环节对过电压计算结果的影响
低压限流主要是在直流电压在降低过程中可以对直流电流的指令进行限制,它可以在系统受到干扰以后保证系统电压的正常运行,快速恢复直流系统受到的故障,可以降低连续换相造成的影响。通过大量的实践表明,逆变侧故障,比如阀顶对中性母线造成的故障、阀顶对地造成的故障、二次引线单相接地造成的故障等,对过电压的计算结果与低压限流环节有很大联系。为了进一步理解低压限流环节对过电压计算结果造成的影响,本文以逆变站换流二次侧引线单相接地造成的短路故障为案例进行说明,这种故障情况下的中性母线的电流比直流线路中的电流要大,逆变侧阀差动保护动作闭锁直流。为了更好的理解这种情况下对过电压造成的影响,我们分析了两种方式下的相关数据,一种是考虑低压限流环节。另一种是不考虑低压限流环节。以某一特高压直流输电工程为例,逆变侧在故障发生后15ms投旁通对,18ms以后移相,故障发生后35ms时整流侧移相,逆变侧直流线路早在电压低于-50kV情况下逆变侧闭锁,在115ms后整流侧闭锁。
四、逆变侧投旁通对时的过电压计算结果的影响
一般情况下在逆变侧接收到闭锁命令时就要马上进行投旁通对,这样可以使换流器直流侧端子之间形成低压电路。也可以理解为它是为换流器直流电流创造了一条可以不通过换流变压器的通道。逆变侧投旁通对可以将换流器的侧断路器快速断开,这样可以使位于故障的部分与交流电源及时分开,减少或者避免交流断路器出现跳闸从而引起过电压的情况。通过大量的实践经验表明,逆变侧在闭锁情况下是否考虑投旁通对对过电压的计算会产生一定的影响。
另外,对于不同的故障种类投入旁通对的时间以及退出时间也会对过电压的计算结果造成不同程度的影响。一般情况下逆变侧在受到闭锁指令以后应该马上投入旁通对,在极线电压处于-50kV逆变侧投入旁对紧急停运的情况下,整流侧直流极线电压最大数据为810kV,而逆变侧不投入旁对紧急停运的情况下,整流侧直流极线电压最大数据为1245kV,两种情况下的计算结果相差435kV。其他各个测量位置的过电压也都不相同。因此,我们可以认为,在对直流系统内过电压进行计算和研究时,要对旁通对的动作过程进行充分的考虑,使其与实际工程相一致。
五、降低直流线路过电压水平的策略
基于特高压直流输电线路中,直流线路长度>1.5pu的区域,在不同位置,增加避雷器,来降低直流线路过电压水平,使其能够<1.5pu。对于直流线路长度>1.44pu的区域,要合理的选择安装避雷器的位置,来降低过电压水平,使其能够<1.44pu。通常情况下,设置线路避雷器,能够使得线路过电压降低,至少0.08pu,±1100kV直流线路过电压至少能够降低90kV。此方法的应用,能够突破杆塔设计限制,降低过电压水平。
五、总结
通过以上各个方面的介绍以及相关数据的计算结果我们了解到,特高压直流输电控制保护特性对内过电压会造成很大的影响,因此,在对高压直流输电系统中内过电压进行研究时,要尽量采取实际直流输电控制保护的动作时序,使其计算结果与实际系统相一致,这样就可以为直流工程的建设和运行创造更好的服务条件和技术支持。
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