高压直流输电系统故障分析及其保护方案

高压直流输电系统故障分析及其保护方案

李超

（国网四川省电力公司检修公司四川省成都市610000）

摘要：因为高压直流输电系统承载的电流容量高、功率易调整、电网连接便利，适合应用在较远距离的电能输送、城市商业区电缆供电等。但是，根据现阶段高压直流输电系统看，故障问题仍然存在，对社会经济发展与人们生命安全构成威胁。因此，做好输电系统保护成为重要研究课题。鉴于此，笔者结合实践研究，就高压直流输电系统故障分析与保护方案进行简要分析。

关键词：高压直流输电系统；故障分析；保护方案

社会经济的进步、企业经济效益的提高，高压直流输电系统发挥了重要作用，因为其特点优势也得到广泛推广与应用。不过，怎样保证高压直流输电系统运行稳定和安全性也得到了重视。

一、高压直流输电系统发展

高压直流输电和交流输电技术对比，前者有着较强的稳定性，安全性、调节迅速，在较远距离大容量输电和电网连接中得到了广泛应用。根据当前电网建设发展状态分析，我国中部与东部沿海区域电力使用达到84%；水能资源多在西部、西南区域，导致中部、东部沿海城市大容量电力输送困难。此外，城市电网建设存在动态无功问题、短路电流较高、电网运行安全性等成为所关注的问题；而通过高压直流输电系统可以有效处理该问题。

当前，国内特高压输电技术有待进一步完善，加之直流输电操控性强，在隔离故障上效果显著，运行管理方便；通过直流输电能够有效处理电网管理不足，确保电网系统之间不受影响，确保稳定性。高压直流输电的推广应用，其内换流器经济投入少、换流站使用率高，今后发展空间较大。

二、直流输电故障问题现状

笔者以某城市电网直流输电为例，该电网为城市最大电网但仍然存在不足。500千伏电网是该城市电网电力吞吐的主网架，其安全水平较低，供电稳定性与水平无法达到标准要求，无功功率降低。针对这一问题，选择将直流输电系统安装在500千伏城市环网和市外受电通道中，系统两端交流电网短路容量无法传输，保证500千伏电网输送顺利。220千伏电网作为该城市电网的主体供电网络，供电效果差、无功电源容量低；经过系统研究和分析，选择把柔性直流输电系统安装在220千伏分区电网的主要联络通道中，提升了电网供电水平，效果显著。此外，直流输电在三峡--上海±500千伏直流输电上也得到了应用。三峡-上海±500千伏直流输电工程线路全长1048.6千米，输送容量300万千瓦，如果根据中强度全铝合金导线替代普通导线推算，常规功率下，一年的输送小时数为4000小时，可节约电能7.98万千瓦时/千米，全线每年可节电8372万千瓦时。

三、高压直流线路故障问题

高压直流线路优点在于：无需提高系统的短路容量就可以达到电力系统的非同期联网操作、不同频率的电力系统联网。通过直流系统的功率调节有助于提升电力系统阻尼，避免低频振动，提升交流输电线的输电水平。但是，高压直流线路也存在一定问题：直流输电线路无法引出分支线路，多运用端对端送电。国外有地区计划建设五端直流输电系统至今已经建成三端直流输电系统，达到了不同端直流输电系统的关键技术困难是不同运行条件下的线路功率控制不足。现阶段，通常三端以上的直流输电系统技术难以达到经济合理效果。

（一）天气影响

在恶劣天气如：暴雨、雷鸣环境下，因为直流系统两根极线为反向，遇到恶劣天气容易造成直流线路异常。当直流受到雷击后对电压稳定性造成影响，导致电压增加。该阶段若直流线路的绝缘无法承载较高电压，其直流线路将发生故障问题。

（二）对地闪络

因为直流线路杆塔绝缘处于外部环境下，容易受到环境变化影响或者树枝摩擦等导致绝缘受损、绝缘性降低出现对地闪络问题。当直流线路发生对地闪络故障，其电压与电流也会突发性增加且快速在闪络点分散至两侧的换流站输送，电压增加造成直流线路放电。最终，线路出现高频的暂态电压与电流。针对这一问题一般需要切除直流电源，但若无法快速切除就难以处理，对直流线路运行造成阻碍。

（三）其他故障问题

一般情况下，高压直流线路较长，长时间使用受到其他因素影响容易导致线路断线。高压直流线路穿梭于树枝之中，受树枝影响发生高阻接地问题将导致高压直流线路故障；加之，高压直流输电线较长，线路段容易与各电压等级的交流输电线路相交。长此以往，直流与交流线路接触导致高压直流线路故障问题。

（四）多回路直流输电闭锁问题

电网运行异常导致多回路直流输电闭锁后，造成交流通道承载电压较大、系统无功需求升高、电压陡降或者交流线路连锁跳闸，对经济效益影响严重。对此，首先应找到导致回路直流输电闭锁的问题。高压直流输电系统单元不断出现瞬时故障，造成现场总线系统不断变换导致电网故障。换流站中双极区若出现问题将引发电网异常、回路直流输电闭锁造成换流站无法正常运转。由于交流系统问题造成多回路直流输电闭锁，直流系统双极停止运行。

（五）换相失败

换线失败是高压直流输电系统逆变器常见故障问题，主要因为两个阀组换相时未完成或是计划关断的阀在关断后承载反向电压后，无法恢复阻断要求而造成的，影响直流电压稳定性与直流电流提高，让换流站设备承载较大应力。如果处理不当继而导致换相失败。针对这一，还需要我们立足于换相失败发生机理与影响因素对直流输电系统稳定性展开分析。

四、高压直流输电系统保护方案

直流输电线路保护作为直流输电系统的重要保护，关乎着直流输电线路运行稳定性。直流输电系统多应用在较远距离输电中，线路跨度较大进而也使得故障问题几率较高，直流输电线路故障问题将对电网稳定性造型影响。因此，我们应给予高度重视，从根本上做好高压直流输电保护防止，立足于多方面。因为高压直流线路对保证系统稳定、安全具有重要意义，加之因为高压直流线路长易出现短路、雷击、高阻接地等多种问题，安全性得不到保证并制约着直流输电系统正常运行。另一方面，当前直流输电线路行波保护极易受到一些因素影响，例如：雷击、交流侧故障等，高压直流线路的高阻接地安全问题不断。对此，想要确保直流输电系统稳定运行，进行线路故障暂态研究成为当务之急。高压直流线路故障暂态中蕴藏着较多故障数据，经过直流线路故障暂态帮助了解直流线路故障原因、故障时间、故障方向等。经过故障暂态数据找到有意义的数据，制定可行性方案展开继电保护。线路故障暂态数据可以把低、高频的能量用于参照，扩大各故障暂态过程间的不同，确保直流线路故障研究正确。

结语：

综合分析，伴随着城市化进程的加快、社会生产力的提高，人们生活方式的改变，对于电能源的需求逐渐增加。而高压直流输电系统关乎着系统稳定和人们用电稳定，能够确保城市、偏远地区供电需求与安全性，在电力系统扮演着重要角色。不过，高压直流输电系统运行稳定也是群众所关注的焦点，所以，相关单位做好高压直流输电系统故障调查且制定保护方案成为重要工作，应给予高度重视。笔者围绕题目分别从：高压直流输电系统发展、直流输电故障问题现状、高压直流线路故障问题、高压直流输电系统保护方案，四方面进行分析，希望对高压直流输电系统保护方案起到帮助性作用。

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