特高压直流输电控制保护特性对内过电压的影响

曲文韬 刘昊 袁杰

摘要：由于技术的限制，内过电压在很大程度上会受直流输电控制特高压保护特性的影响而产生一些不利于生产的现象。为确保直流输电系统运行的安全性，本文在概述内过电压的基础上，对特高压直流输电控制保护特性对内过电压的影响进行探讨，其主要包括受逆变侧投旁通对的影响、受整流侧移相速度的影响以及受低压限流部分的影响，以供相关的工作人员参考借鉴。

关键词：特高压;直流输电;控制;保护特性;内过电压;影响

1内过电压

由于操作、事故或其他原因引起系统的状态发生突然变化将出现从一种稳定状态转变为另一种稳定状态的过渡过程，在这个过程中可能对系统有危险的过电压。这些过电压是系统内电磁能的振荡和积聚引起的，所以叫内过电压（internal overvoltage）。内过电压分为操作过电压和暂时过电压两大类，其中在故障或操作时瞬间发生的称为操作过电压，其持续时间一般在几十毫秒之内;在暂态过渡过程结束以后出现的，持续时间大于0.1秒甚至数小时的持续性过电压称为暂时过电压。暂时过电压又可以分为工频过电压和谐振过电压。

2特高压直流输电控制保护特性对内过电压的影响

2.1受逆变侧投旁通对的影响

在电力系统正常运行时，逆变侧的投旁通对往往在接收到闭锁指令时立刻发生，这样在进行投旁通对时低压电路就会在换流器直流侧两端之间产生。简单来说，就是这条低压电路为直流电流提供了一个除换流变压器之外的道路，这时直流电流可以直接从低压电路通过而不经过换流变压器。除此之外，当有故障发生时，逆变侧投旁通对可以通过卡断换流器中的侧断路器使交流电源能够迅速独立于发生故障的环节，使故障部位完全独立于其他交流电源的运行，从而达到降低交流断路器因跳闸而引发内过电压的可能性。大量的实验数据表明内过电压在闭锁基础上的计算确实会受到投旁通对的影响。除此之外，当电网系统发生的故障类型不同时，其投旁通对的开始与结束时间都不尽相同，相对应的内过电压的计算也会各不相同。所以在进行正常生产工作时，需要在闭锁指令的控制下立即进行投旁通对，但是检测到电压已下降至-50kV时，需要注意投旁通对必须立即停止。本文以某特高压直流输电项目为例进一步解释投旁通对的具体开始结束信号的问题。工程中逆变侧投旁通对的闭锁情况在级线电压数值位于±50kV时发生，整流侧的锁闭情况在逆变侧锁闭发生后的25ms时开始，通过具体工程的相关数据可以得到投旁通对是否进行对内过电压计算的影响。通过对工程结果的分析可知，当逆变侧投旁通对突然停止时，此时整流侧直流级线电压数值最大为810kV，相对应的逆变侧投旁通对不进行紧急停止时的整流侧直流级线电压可以达到1245kV，最大电压之间相差435kV。同时，可以注意到电网中其他元件的内过电压测量数值也都不尽相同。基于此实验数据，可以发现，想要准确计算电网直流系统中内过电压数值并对其进行有效研究，就必须重视旁通对在直流系统中的作用，对其在系统中开始或结束的时间点进行详细研究，才能使工程进行过程符合实际情况。

2.2受整流侧移相速度的影响

当直流系统出现意外不能正常工作时，整流侧控制保护系统的触发角会出现角度的改变，一般改变角度为165°。在意外发生时，移相的时间一般会受到一些相关指令的影响进而发生一些变化，变化的程度受保护动作特性的影响，范围在几毫秒到几十毫秒之间。以一个具体的直流输电任务为例，当该工程的直流系统故障时，移相的时间为20ms左右。通过具体的计算，发现一些阀值对中性母线的故障影响、对地的故障影响或者是二次引线单相接地造成的影响等一些有关整流侧站的故障，大部分内过电压的计算结果不受这些障碍的影响，但是若为逆变侧故障或者其他直流线路的故障，会很大程度受其影响。为了能够更清晰地展示内过电压的计算受整流侧移相速度影响的表现，可以设计电网工程模拟测试计算自移相命令开始20ms以及1ms之后内移相变化至165°时内过电压的变化值。将测试所得数据进行分析，容易发现，因种种原因导致整流侧站发生故障时，整流侧移相1ms较快速度的逆变侧直流级线电压为1390kV，相比较而言20ms较慢整流侧移相速度的相关电压值相对较低为1225kV，两种速度下的逆变侧直流级线电压有165kV的差值，同时，电网中其他部件的相关电压都各不相同。测试表明，在不同整流侧移相速度下，内过电压表现出不同的数值，因此，在进行内过电压的研究时，必须要考虑不同整流侧速度的影响。

2.3受低压限流部分的影响

当直流电压不断降低时，直流电流的一些指令可能会受到一定程度的影响，进而使直流电流受到限制，这种情况可以描述为低压限流现象。低压限流在电力系统中有着很大的作用，即使电网系统出现故障，低压限流也可以最大程度的保持电力系统基本运行的状态，并且可以修复直流系统的故障，除此之外也可以对连续换相造成的不良影响进行一定程度上的修复。通过大量相关工程测试，最终发现一些阀值对中性母线的故障影响、对地的故障影响或者是二次引线单相接地造成的影响等一些有关整流侧站的故障会在计算内过电压以及一些低压限流部分应用时产生影响。本文介绍某一特高压直流输电项目中由于逆变站换流导致的二次侧引线单相接地相关故障的实例，借此具体说明内过电压的计算受低压限流部分的影响。这种二次侧印象单相接地的故障情况具有一些特殊性，比如发生故障时母线电流会增大并超过直流线路中的电流，并且逆变侧阀差动保护动作对导致直流线路的闭锁，本文以介绍具体实验数据的方式直接讲解内过电压受到的相关影响，通过对考虑或者不考虑低压限流模块两种不同形式数据的分析，可以得到一组对比数据。当故障发生15ms时，逆变侧出现了投旁通对现象;18ms后直接出现了移相;而在故障过后35ms时，整流侧移相开始。与此同时，电压下降至-50kV以下时逆变侧直流线路的逆变侧发生封闭现象，到115ms时，整流侧封闭。

3结束语

特高压直流输电控制保护的特征会对内过电压造成特殊的影响，因此，在对特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。

参考文献

[1]牛宇昆，文俊，王玥，陈甜，直流送端孤岛运行过电压研究分析综述[J].智能电网（汉斯），2021，11（4）：313-321.

[2]刘洋，王聪颖，宽邦工程投运后高岭直流送端系统稳定性分析[J].东北电力技术，2021，42（5）：37-41.

[3]叶有名，朱清代，滕予非，焦在滨，李小鹏，基于特高压直流输电无功调制的直流近区交流过电压优化控制策略[J].现代电力，2018，35（6）：25-32.

[4]滕予非，张鹏，井实，史华勃，严磊，张宏图，考虑RAML环节的特高压直流整流侧动态响应特性及其对送端交流电网稳定性影响[J].电力系统保护与控制，2018，46（3）：75-82.

[5]徐浩，欧阳帆，李辉，郭思源，吴晋波，刘海峰，梁文武，张磊，酒泉-湖南±800kV特高压直流工程在特殊工况下的控制特性研究[J].现代电力，2017，34（5）：14-21.

[6]劉守豹，张星海，曾宏，雷潇，廖文龙，特高压直流接地极线路内部过电压机理及特性分析[J].电网技术，2018，42（7）：2366-2372.