石健

摘 要：目前，我國(guó)的電力事業(yè)的不斷發(fā)展，±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)中，使我國(guó)的電網(wǎng)不斷完善，更加安全、穩(wěn)定。但是，在建設(shè)過(guò)程中，仍然存在很多問(wèn)題，輸電系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、研究、建設(shè)到測(cè)試、運(yùn)行，需要利用很多技術(shù)保障電壓的穩(wěn)定性以及安全性。文章通過(guò)分析±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障，提出相應(yīng)的控制措施。

關(guān)鍵詞：±800 kV特高壓直流；輸電系統(tǒng)故障；控制策略

中圖分類號(hào)：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）32-095-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，南方電網(wǎng)也在不斷的更新和完善，雖然很多偏遠(yuǎn)地區(qū)完成了通電，但是各地的電網(wǎng)輸電能力還存在很大的差距，電力資源依然分配不均衡。由于我國(guó)的東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，用電量較大，西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)電力資源相對(duì)較多，但是電力負(fù)荷較小，只有將電力進(jìn)行合理的輸送，才能達(dá)到電力資源的平衡[1]。但是遠(yuǎn)距離的±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)在運(yùn)行和建設(shè)的過(guò)程中，要遇到很多實(shí)際的困難。特別是在運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，會(huì)造成很多影響。針對(duì)我國(guó)±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的電壓控制保護(hù)系統(tǒng)、電壓與絕緣配合、直流偏磁以及交直流混合電網(wǎng)的穩(wěn)定等方面的問(wèn)題，現(xiàn)提出以下研究結(jié)論，為我國(guó)的±800 kV特高壓直流中的輸電系統(tǒng)故障提供控制策略方面的理論依據(jù)。

1 ±800 kV云廣特高壓直流輸電系統(tǒng)的特點(diǎn)

±800 kV云廣特高壓直流輸電工程穗東站，主要有輸電容量大、送電距離遠(yuǎn)和電壓等級(jí)高等特點(diǎn)。其中，穗東站輸電容量為500萬(wàn)kW，原來(lái)只能達(dá)到300萬(wàn)kW，大大增加了送電容量。電壓等級(jí)高出超高壓的1.6倍，大大提高了用電的安全性。另外，云廣穗東站輸電系統(tǒng)從云南的楚雄市至廣東的穗東，全長(zhǎng) 1 418 km，是我國(guó)目前的南方電網(wǎng)中技術(shù)含量最高的一段，使北方和南方的電網(wǎng)得到了有效的連接 。在直流輸電系統(tǒng)中采用RTDS作為一種直流仿真系統(tǒng)，可以對(duì)電路進(jìn)行相關(guān)的控制保護(hù)，主要包括系統(tǒng)分析、閉環(huán)測(cè)試、仿真培訓(xùn)等，通過(guò)模擬的系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)特高壓直流輸電系統(tǒng)的輸電能力進(jìn)行評(píng)估，避免輸電系統(tǒng)出現(xiàn)故障。±800 kV云廣特高壓直流輸電系統(tǒng)的模型如圖1所示。

2 ±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因

2.1 電壓控制保護(hù)系統(tǒng)的故障

在每一項(xiàng)電網(wǎng)工程中，直流電壓控制保護(hù)系統(tǒng)是整體工

程中最重要、技術(shù)難度最高的部分。主要包括對(duì)直流電的保護(hù)、直流控制保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、閥觸發(fā)的控制、相關(guān)的軟硬件設(shè)施技術(shù)、直流電系統(tǒng)的運(yùn)行等方面的技術(shù)，控制保護(hù)系統(tǒng)對(duì)特高壓直流輸電系統(tǒng)帶來(lái)的故障是造成電網(wǎng)故障的主要原因。當(dāng) ±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)單向電流為4 000 A時(shí)，就會(huì)造成輸電系統(tǒng)的直流偏磁，使電路的大功率不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電網(wǎng)的不穩(wěn)定[4]。同時(shí)當(dāng)控制保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，也容易引起輸電端單向或雙向停止運(yùn)轉(zhuǎn)，使受電端的直流電源缺失，從而整體直流輸電系統(tǒng)的頻率下降，直流輸電系統(tǒng)不能夠再次正常運(yùn)行，使電網(wǎng)遭受巨大損失。

2.2 電壓與絕緣配合引發(fā)的故障

由于云廣特高壓直流輸電系統(tǒng)全程距離較長(zhǎng)，需要經(jīng)過(guò)冰雪、雨水、高海拔等區(qū)域，這些自然環(huán)境和氣候條件影響了輸電線路的絕緣層，電壓與絕緣設(shè)計(jì)必須要考慮配合問(wèn)題，對(duì)架空線路的過(guò)電壓水平、換流站的數(shù)據(jù)分析等，對(duì)電壓和絕緣的配合研究都具有重要意義。對(duì)于寒冷地區(qū)氣壓較低，容易造成絕緣子污閃電壓下降，導(dǎo)致電壓不穩(wěn)。由于電壓受氣候的影響容易引發(fā)故障，所以要加強(qiáng)對(duì)絕緣子的研究和選擇。

2.3 直流偏磁引發(fā)的故障

在云廣電路輸電系統(tǒng)中，所用的電力變壓器較大，導(dǎo)致勵(lì)磁電流量小，一般直流偏置是勵(lì)磁電流的1～1.5倍。但是在變壓器中量很小的電流也會(huì)引起直流偏磁，會(huì)造成電流發(fā)生嚴(yán)重的畸變，同時(shí)也會(huì)引起高次諧波出現(xiàn)，不僅會(huì)使變壓器遭受損害，也會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行?！?00 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的接地電流一般達(dá)到了4 000 A，電流量較大，偏磁現(xiàn)象一旦發(fā)生，將造成不可估量的損失。

3 對(duì)±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)故障的控

制策略

3.1 電壓控制保護(hù)系統(tǒng)的故障控制策略

電壓控制保護(hù)系統(tǒng)的在電網(wǎng)建設(shè)中是重點(diǎn)，由于我國(guó)在未來(lái)的換流閥將采用12脈動(dòng)串聯(lián)閥，所以更要注意對(duì)電壓控制保護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)。要能夠解決在多回流電集中時(shí)的換相問(wèn)題，將現(xiàn)代通訊系統(tǒng)和電子信息技術(shù)廣泛的應(yīng)用于電壓控制系統(tǒng)中，能夠?qū)崟r(shí)的掌握電壓穩(wěn)定和電網(wǎng)運(yùn)行情況，使各部門(mén)對(duì)電力的調(diào)度加強(qiáng)配合，統(tǒng)一調(diào)度，保證電力輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全[5]。除了對(duì)電壓控制保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行人工監(jiān)控外，還要采用相關(guān)的只能控制系統(tǒng)，以便快速的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行解決，要合理的選擇電流控制的方式，建立合理有效的電壓控制保護(hù)系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)，并將仿真系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行有效的結(jié)合，直流輸電系統(tǒng)的特高壓的仿真系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)連接方式，如圖2所示。

3.2 電壓與絕緣配合引發(fā)的故障控制策略

針對(duì)電壓與絕緣配合引發(fā)的故障這一問(wèn)題，需要解決絕緣子的選擇問(wèn)題，才能對(duì)電路進(jìn)行控制。通常有玻璃、瓷以及合成的絕緣子可以選用，但是在寒冷以及高海拔區(qū)域，如果選擇瓷或玻璃類的絕緣子，雖然起到了抗寒、抗氣壓的作用，但由于距離較遠(yuǎn)，材料造價(jià)相對(duì)較高，使建設(shè)成本增高，因此不能全程采用此類材料。而合成絕緣子相對(duì)玻璃和瓷，造價(jià)較低，耐污染和閃電能力較強(qiáng)。我國(guó)多采用復(fù)合絕緣子，可以有效的是桿塔尺寸變小，縮減絕緣子的長(zhǎng)度，能夠在長(zhǎng)距離的電網(wǎng)建設(shè)中減少造價(jià)，節(jié)約資源。另外，將絕緣子制作成傘裙形狀，可以增加絕緣子的使用壽命，減少電路運(yùn)行中絕緣子的折損。因此結(jié)合電壓的設(shè)計(jì)，將絕緣子與電壓進(jìn)行有效的結(jié)合，可以促進(jìn)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

3.3 直流偏磁引發(fā)的故障控制策略

直流偏磁對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行具有河大影響，經(jīng)過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)直流偏磁控制措施可以分為以下四條：

①可以將電阻串聯(lián)在變壓器的中性點(diǎn)上，使變壓器中的直流電流得到限制，保證電流處于正常范圍內(nèi)。

②將直流電壓源或關(guān)鍵變壓器的消磁圈放置于變壓器的中性點(diǎn)上，使變壓器產(chǎn)生直流偏磁現(xiàn)象時(shí)，可以通過(guò)反向補(bǔ)償電流進(jìn)行控制，避免磁性對(duì)電流產(chǎn)生影響。

③可以采用電容串聯(lián)在變壓器的中性點(diǎn)上，保證變壓器產(chǎn)生的直流電流能夠快速的被阻斷[6]。④將電容串聯(lián)在變?nèi)萜鞯某鼍€上，使電流通路能夠被有效的阻斷，保證電流不被釋放產(chǎn)生偏磁。

4 結(jié) 語(yǔ)

±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)在運(yùn)行中容易出現(xiàn)故障，所以在電網(wǎng)建設(shè)前，要做好實(shí)地勘測(cè)和設(shè)計(jì)工作。同時(shí)，在電網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，要嚴(yán)格按照規(guī)定的電壓、電流及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制，增大電流的額定功率就會(huì)導(dǎo)致電壓不穩(wěn)，電網(wǎng)運(yùn)行失去控制。要加強(qiáng)對(duì)直流輸電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障后，要立即采用增加補(bǔ)償電容和電阻的方式，對(duì)電流進(jìn)行控制，展開(kāi)保護(hù)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。另外，云廣±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)中的SVC容量增大以后，可以有效的使故障系統(tǒng)快速的恢復(fù)正常。我國(guó)的各項(xiàng)系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)還不夠成熟，在未來(lái)的研究中，仍然需要作出不懈的努力，才能促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展。

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