高压直流输电系统故障及控制策略张杰

高压直流输电系统故障及控制策略张杰

张杰

（中国南方电网超高压输电公司贵阳局贵州贵阳550002）

摘要：在交流系统中，继电保护和断路器被用来检测和消除故障，而在直流系统中，某些故障可以通过变频器控制来恢复。因此，对于交直流系统的故障，HVDC系统必须具有良好的响应性能，变频器及其控制起着决定性的作用。

关键词：高压直流；输电系统故障；控制策略；

随着我国电力工业的不断发展，高压直流输电系统已广泛应用于我国电网建设中，以完善我国的电网。安全与稳定。然而，在建设过程中仍然存在许多问题。输电系统的设计、研究、施工、试验和运行需要多种技术来保证电压的稳定和安全。

一、高压直流输电系统产生故障的原因

1.电压控制保护系统故障。直流电压控制与保护系统是整个电网工程中最重要、最困难的部分。它主要包括直流保护、直流控制保护系统设计、阀门触发控制、相关软硬件设施技术、直流系统运行等方面的技术，控制和保护系统是特高压直流输电系统故障的主要原因。当高压直流输电系统的单向电流为4000A时，会引起输电系统的直流偏置，使高压线路无法正常运行，导致电网不稳定。同时，当控制和保护系统发生故障时，很容易造成传输端单向或双向关机，导致接收端直流电源损耗。因此，整个高压直流输电系统的频率下降，高压直流系统无法正常运行，给电网造成巨大损失。

2.电压和绝缘故障。因为在特高压直流输电系统CSG距离较长，需要通过冰雪，雨，如高海拔，自然环境和气候条件影响输电线路的绝缘电压和绝缘设计必须考虑架空线路过电压水平的匹配问题，基于数据的分析，研究等等，电压和绝缘合作具有重要意义。对于寒冷地区，低压空气容易造成绝缘子污染和雷电电压下降，造成电压不稳定。由于受气候影响，电压易发生故障，因此有必要加强绝缘子的研究和选择。

3.直流偏磁引发的故障。在云广电路输电系统中，所用的电力变压器较大，导致励磁电流较小。一般情况下，直流偏置是励磁电流的1~1.5倍。然而，变压器内部的小电流流动也会引起直流偏置，造成严重的电流失真和高谐波。这不仅会损坏变压器，还会影响整个电网的正常运行。高压直流系统接地电流一般达到4000A，且电流较大。一旦发生偏磁现象，就会造成不可估量的损失。

二、可控硅电子（TE）设备故障与对策

TE可控硅电子设备，用于触发的光脉冲阀控制信号转换成电脉冲来触发可控硅，从而实现直流输出功能，在不连续的操作，自动替换触发脉冲，产生不同的返回信号在运行过程中，如可控硅、TE电子电路、光接收机，光发射机的工作信息，可控硅触发的可靠保证；当TE电子电路无法失去触发脉冲时，所附的BOD（雪崩二极管）会发出触发脉冲来保护SCR元件。当系统扰动或雷电冲击使电压升高，即dU/dt>25v/s，可控硅电压>-50V时，产生一触发脉冲，使可控硅导通，从而避免可控硅被击穿损坏。可以看出，电子印刷电路板是阀门中最重要的部件之一。每个可控硅对应一个电子印刷电路板TE，因为在高压下，可控硅电源以耦合方式从两端取走。实践证明，TE板中的电子元件，如三极管、二极管、电容等，应选用具有高电压电阻、高功率电阻的器件，即根据计算余量选择较大的器件。考虑到使用阻燃材料，一般电压电容器采用无油电容器。由于换能器在充电过程中采用多阀串联晶闸管，保证了4~5的充电裕度。由于变换器充电脉冲电压的影响，在每个可控硅阀电压分布不均匀，单个可控硅有一个很大的脉冲电压，电容可以TE板电路的耦合损伤，抵抗燃烧，电源转换器电路、晶体管、二极管损坏，通用电气工程有一个惨痛的教训。一般情况下，可控硅监测系统可以检测到可控硅和TE的损伤。如果发生故障，触发脉冲将丢失。将晶闸管两端的电压升高到一定值，并将BOD分解，发出触发脉冲，使晶闸管打开，从而保护晶闸管。阀的可控硅余量丢失前应发出报警信号，总余量丢失时应发出阀控ESOF信号。

三、直流线路故障保护及其控制对策

直流系统（线路保护）的保护与阀门控制系统是一个整体。所有的保护和控制功能都是通过软件实现的。直流线路保护与阀门控制系统紧密结合，达到线路故障保护和控制的目的。主要是行波保护。dU/dt+欠压保护，纵向差动保护为后备保护，三种保护方式并联运行。当线路发生故障时，三种类型的保护将首先投入运行，检测故障并发出信号，开启线路故障启动保护和线路永久故障保护。下面是某项目的一个具体例子。当行波保护判断线路发生故障使<10ms发出设置线路故障信号给阀控，整流侧阀控移相150，使Id=0，并延迟120ms（工程为120ms，天广工程为150ms），此120ms为接地线路去游离时间，120ms后使阀控制自动全电压再启动，直流系统再启动保护监视直流电压Ud，启动过程为60ms。如果我们开始保护监测直流电压为零，阀控制信号设置线路故障序列，阀门控制相移150，再次推迟120ms的线再次空闲时间，减压阀门控制70%后120毫秒（Ud）重新启动，重新启动保护监测直流电压特拉华大学，然后开始时间仍然是60ms，如果重启保护监测直流电压为零，信号ESOF紧急停止，永久接地。如果第一次全电压起动成功，则说明线路接地故障已清除，相当于交流系统线路故障的重合闸，但交流系统不能具有降压重合闸的功能。图中n=3表示直流系统最大重启次数为3次，每次重启次数为1次。如果计数达到3次，将发出ESOF。在高阻接地故障情况下，当差动保护动作延时大于或等于5秒后，启动阀门控制系统ESOF，拆卸紧急锁紧阀。不同直流线路的直流线路故障点灭弧时间和离解时间不同，污染程度应根据直流线路沿线的地理和气候条件的不同，通过实验确定。一般为100~150ms。当交流和直流系统并联运行时，交流和直流线路相互靠近。此时在直流线路保护上增加50hz的基频保护，解决了交流直流线路相互接触的问题。

1.直流DC开关场设备的保护与控制对策。直流变流器出口处的直流线路出口处设有直流系统运行所需的主要设备。工程从国外和国内高压直流输电工程直流开关设备被认为是粗糙表面闪络，湿闪，如高压直流不均匀磨损套管墙湿闪，CT瓷爆炸问题非常贫穷的保护、直流开关场侧线差动保护，中性线差动保护、差动保护、站地面开路保护、断开直流线路保护，欠压保护，金属回路直流中性线保护很差，直波滤波器电容不平衡保护，差动保护等。对于直流开关领域的一次设备的保护，除直流滤波器的保护外，故障时的控制策略为ESOF。直流滤波器配有电容电流不平衡保护和差动保护。根据某项目的经验，C1电流的不平衡保护问题最为突出。主要原因是电容器损坏严重。电容器的损坏和滤波器谐振频率的偏差影响滤波效果。因此，根据设计设定原则，当电容器损坏超过一定数量时（即不平衡电流达到某一固定值），保护动作跳闸电刀，如果损坏数量没有达到某一固定值，则报警。所以，当直流滤波器发生跳闸故障（与电隔离刀门连接），通讯干扰系数超过标准时，应启动快锁阀的阀门控制紧固。

2.接地极及其电路故障的保护与控制。直流系统接线方式由单极大地回路操作或双极运行时，整流器和逆变站只需要单独的接地线连接到接地电极，此时在两线与过流保护和横向差动保护，保护动作后，除了发出警告信，可视其负荷情况发或不发出闭锁阀信号ESOF。

总之，在电网运行过程中，要严格按照规定控制电压、电流及相关参数。增加额定电流会引起电压不稳定和电网运行失控。要加强对高压直流输电系统的监测，增加补偿电容和电阻来控制电流，扩大保护系统，提高系统的整体稳定性。

参考文献：

[1]朱超.交流系统故障对直流系统的影响及改进建议.2018.

[2]李达勇，浅谈高压直流输电系统故障及控制策略.2017.