黃致遠(yuǎn)，施海娃

（1.上海交通大學(xué)，上海200000；2.國網(wǎng)上海市電力公司，上海 201708）

1 引言

在我國當(dāng)前的電力建設(shè)中，要想保障高壓直流輸電系統(tǒng)的電力輸送安全，就必須要加強(qiáng)對其系統(tǒng)應(yīng)用中的換相影響因素的分析，保障在系統(tǒng)的應(yīng)用中，能夠處理好相應(yīng)的換相影響因素，這樣才能全面實現(xiàn)輸電系統(tǒng)的供應(yīng)安全。

2 異常換相失敗原理分析

2.1 電壓過零點位移

在高壓直流輸電系統(tǒng)的應(yīng)用中，由于換流導(dǎo)致母線的應(yīng)用出現(xiàn)電壓波動，這種情況下，就會出現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用的電壓波動現(xiàn)象，當(dāng)電壓波動的位置不對稱時，就會導(dǎo)致電壓值下降，同時電壓的過零點也會提前。假設(shè)電壓換相中的相齒面積S是保持恒定的，換流弧角Y隨之減小，出現(xiàn)換相失敗現(xiàn)象。通過對臨界壓換相公式對比，發(fā)現(xiàn)在換相過程中，位移角φ出現(xiàn)了明顯的位移現(xiàn)象，而此時的電壓變換現(xiàn)象卻并不明顯，下圖1是電壓過零點位移變化換相失敗的曲線圖[1]。

通過對上圖中的位移變換關(guān)系研究，能夠得出以下表述式：

圖1 電壓過零點位移變化導(dǎo)致的換相失敗

2.2 電壓幅值降低

在高壓直流輸電系統(tǒng)的應(yīng)用中，電壓和固定時間內(nèi)換相齒面積經(jīng)過的區(qū)域，是影響電壓幅值波動的最直接原因。下圖2是高壓輸電系統(tǒng)電壓幅值降低時的換相失敗圖示，從該圖中可以看出，當(dāng)電壓正常輸入時，逆變角α的變換角為μ，熄弧角為y。其電壓轉(zhuǎn)換之間的角變換關(guān)系為：π=α+μ+y。換相面積S1發(fā)生故障時，其電流的應(yīng)用就會直接導(dǎo)致?lián)Q流母線出現(xiàn)電壓幅值降低現(xiàn)象，但是在這個換相過程中，其相齒面積S1=S2，也就是說在換相過程中，其換相時間的長短將直接影響換相電壓的幅值變化[2]。按照圖2中的電壓幅值關(guān)系表述經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后，得到以下公式：

式中Id代表故障前直流電流，而I'd代表故障后的直流電流，IDFL代表額定直流電流，XCPU代表換流變阻器的阻值，Y代表最小弧度角值，Y0為換相失敗之后的臨界弧角。

圖2 電壓幅值降低換相失敗圖示

3 多饋入高壓直流輸電系統(tǒng)異常換相失敗原因分析

3.1 母線近端接地故障

當(dāng)多饋入高壓直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用中的換相異常出現(xiàn)后，需要對其換相異常的原因進(jìn)行分析，以便于能夠更好地處理相應(yīng)的換相管理需求，對于換相影響最深的原因之一，就是在高壓電流的輸電系統(tǒng)應(yīng)用中，其母線近端接地出現(xiàn)故障。下圖3是母線近端出現(xiàn)故障之后的電路運行圖，從該圖中可以看出，當(dāng)換相母線1端出現(xiàn)故障時，其對應(yīng)的三相接地線也會出現(xiàn)故障。也就是說在保持SCR1為常數(shù)情況下，改變SCR2中的數(shù)值，其仿真結(jié)果表示也會隨著SCR2的增大而出現(xiàn)強(qiáng)度提高現(xiàn)象，由于這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，在一定程度程度上降低了換相臨界點的耦合數(shù)值，縮小了電氣之間的距離。

圖3 高壓直流輸電系統(tǒng)母線近端接地故障圖示

3.2 母線遠(yuǎn)端接地故障

按照圖3中的電路運行圖分析，將多饋入高壓直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用中的母線遠(yuǎn)端接地故障進(jìn)行了專門分析，經(jīng)過分析之后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)保持SCR1為常數(shù)時，SCR2對應(yīng)的仿真結(jié)果也會出現(xiàn)和之前類似的結(jié)果，但是相應(yīng)的故障強(qiáng)度卻較之前有所下降，并且在遠(yuǎn)端母線接地故障的處理中，SCR1和SCR2之間一直呈現(xiàn)一種抑制關(guān)系，也就是說，SCR1一直在抑制著SCR2換相進(jìn)行。但是相反，SCR2反作用于SCR1時，其對應(yīng)的作用效果又會相對減弱。這個過程中，需要借助專門的換相接地分析，將影響換相的因素排除，并且改變SCR1中的常數(shù)，提升系統(tǒng)1中的換相抑制作用，最終制約換相失敗。

4 預(yù)防異常換相失敗措施實施

4.1 穩(wěn)定電壓

在處理高壓直流電的換相失敗上，要想保障其整體的換相效果能夠發(fā)揮出來，必須要進(jìn)行換相工作處理的電壓穩(wěn)定處理，通過電壓穩(wěn)定處理實現(xiàn)換相過程中的電壓抗流電壓穩(wěn)定。穩(wěn)定電壓措施的實施上，主要從以下幾點進(jìn)行：首先，要增設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備，通過設(shè)備的調(diào)節(jié)實現(xiàn)換相系統(tǒng)應(yīng)用功率補(bǔ)償能夠得到滿足，降低換相過程中的動態(tài)干擾程度，減少由于故障出現(xiàn)而造成換相失敗現(xiàn)象出現(xiàn)。其次，改善交流系統(tǒng)應(yīng)用的頻譜特性，也就是說，在保障交流頻譜特性處理中，應(yīng)該注重對其應(yīng)用中的頻譜轉(zhuǎn)換關(guān)系分析，這樣才能通過措施的實施，保障電壓的穩(wěn)定能夠處理好。

4.2 增大關(guān)斷越前角

在預(yù)防異常換相失敗現(xiàn)象處理中，為了將整體的換相處理工作實施好，因此，特別進(jìn)行了換相處理的關(guān)斷越前角變換分析，通過關(guān)斷越前角的變換，來確定整個換相處理工作表的預(yù)防效果。按照上文的分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)關(guān)斷越前角的變換越大時，其對應(yīng)的換相失敗現(xiàn)象就會相對減少，但是如果不能處理好換流閥內(nèi)的電流阻斷關(guān)系，就會導(dǎo)致整體的換相失敗，這對于高壓直流輸電器的換相工作實施是非常不利的，只有保障關(guān)斷越前角的變化趨于增大趨勢，才能保障電路的故障減小，同時也能降低換相處理中的故障出現(xiàn)。

5 結(jié)語

綜上所述，在多饋入高壓直流輸電系統(tǒng)的異常換相中，由于母線的近端或遠(yuǎn)端出現(xiàn)了接地故障，會致使整個輸電系統(tǒng)的運行受到影響。在這種情況下，就需要按照輸電系統(tǒng)電力輸送的應(yīng)用需求，及時處理好母線的接地故障，保障輸電系統(tǒng)的正常運行。通過本文的總結(jié)，將預(yù)防多饋入高壓直流輸電系統(tǒng)的異常換相失敗的措施總結(jié)如下：首先，在電壓控制上，應(yīng)該穩(wěn)定電壓，保障電壓的穩(wěn)定供應(yīng)；其次，在關(guān)斷越前角的處理上，應(yīng)該采取增大處理形式，保障關(guān)斷越前角的處理，能夠為輸電系統(tǒng)的電力輸送提供穩(wěn)定的電流控制。只有保障以上兩點措施的實施，才能夠全面保障高壓輸電系統(tǒng)的換相不會失敗。