直流融冰单极接地对电网过电压及高次谐波影响分析

直流融冰单极接地对电网过电压及高次谐波影响分析

唐伟黄然王运水

（１、2．国网四川检修公司乐山运维分部四川乐山61400；

3．四川蜀能电力有限公司电网运维分公司四川乐山61400）

摘要：对500kV东坡站直流融冰兼SVC装置的主设备、保护动作逻辑、融冰模式下工作原理分析。结合2016年初线路融冰时发生事故，深入剖析直流侧单极接地时，交流侧的过电压及谐波，最后提出相应解决方案。

关键词：直流融冰；三相可控整流；单极接地；铁芯饱和；高次谐波

AnalysisoftheinfluenceoftheDCmeltingpolegroundingonovervoltageandhighorderharmonicofpowergrid

Tang-Wei1，Huang-Ran2，Wang-YunShui3

1.StateGridSichuanmaintenancecompanyLeshanoperationandmaintenancepision，LeshanSichuan61400；2.StateGridSichuanmaintenancecompanyLeshanoperationandmaintenancedepartment，LeshanSichuan61400；3.Sichuanbranch，Sichuan61400；

Abstract：forthefirstsetof6pulseDCdeicerSVCdeviceofthemainequipment，protectionlogic，workingprincipleoficeunderthemodeoffinancialanalysistoexplain.Combinedwiththeearly2016lineicemeltingoccurswhenthe35kVreactivepowercompensationequipmentburningincident，in-depthanalysisofDCpolegrounding，overvoltageandACharmonicsystemfinally，putforwardthecorrespondingsolutions.

Keywords：directcurrentmeltingice，three-phasecontrolledrectifier，singlepolegrounding，ironcoresaturation，highorderharmonic

0引言

四川是自然灾害最严重的地区之一，因雨雪冰冻造成输电线路倒塔事件时有发生[1-2]，2011年初，500kV布坡四回线因低温、冰冻造成线路铁塔倒塌，其连着装机400万千瓦的瀑布沟和深溪沟电厂站，以及成都、乐山等负荷中心。为了抗击冰灾，2011年底东坡站加装了国内首套6脉的直流融冰兼SVC功能装置（本文仅介绍融冰有关功能），2014年改造升级，可对500kV布坡四回线、东天两回线直流融冰。2016年1月对500kV东天一线融冰时，35kV无功补偿电容器组串抗烧毁的事件[3-6]。

1500kV东坡站直流融冰装置主设备

图1融冰模式下，主接线

本装置无换流变，经过#2主变低压侧（角形接线，限制大量谐波）、35kVII母提供交流电源，配四组电容器组（7、11次在35kVIII母，带独立开关；3、5次在35kVIV母，与融冰总路共用一开关），单套6脉动晶闸管阀组（兼TCR阀组）、相控（兼换相）电抗器、融冰监控保护等。35kV交流电，通过换相电抗器及6脉动整流器，输出直流（可一去一回或一去两回的方式）。改变晶闸管阀触发角控制输出电流的大小。交流电容器组提供融冰模式下所需的无功，滤除大量高次谐波。

2直流融冰模式保护配置及逻辑

2.1融冰装置附属电容器组保护配置及动作逻辑

7、11次滤波电容器组有独立开关，分别安装南瑞科技生产NSR620R，配过流、过压、欠压、不平衡电流保护等，故障动作跳所属开关；

融冰总支路保护动作跳融冰总支路开关；融冰支路、融冰区域保护，3、5次电容器保护动作借助融冰控制保护系统A、B，发命令至总支路保护装置出口跳总支路开关；

2.2融冰装置控保系统配置及动作逻辑

融冰制保护系统配控保系统柜A、B，测量机箱柜、VBE光触发柜。测量机箱柜测量融冰兼SVC调节控制、保护所需的电气参量，模/数转换后以光形式送往控控保系统柜A、B内。VBE机箱柜用光纤与晶闸管连接，实现对晶闸管触发、状态监测，整流或无功调节的功能。

控保机箱用于监控、故障跳闸、录波、投切电容器组（仅SVC模式下）和启停水冷、下触发命令至VBE柜，主要配有直流断线告警、直流接地、交流过流、交流欠压、阀短路、直流过流、直流过压、水冷故障等保护，动作后发报警信号或启动紧急停运，跳总支路开关。

2.3直流融冰装置晶闸管换相（三相全波可控整流）原理

晶闸管被广泛地应用于电力电子整流、逆变等电路，其导通的条件为：承受正向电压，且门极有触发电流；晶闸管的关断条断条件为：主回路电流为0。三相全波可控整流电路中VT1、VT3、VT5称为共阴极组；VT4、VT6、VT2称为共阳极组。以触发角α=0o为列，共阴极组中以阳极交流电压最高的一个导通，共阳极组以阴极所接交流电压值最低的一个导通。任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1晶闸管导通，导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。融冰线路承受电压为35kVII母线电压，电流方向不变。

3结合500kV东坡站融冰过程中35kV#2-1电容器组的串抗烧毁，分析直流单极接地对系统过电压及谐波

2016年初对东天一线融冰，出现35kV#2-1电容器组串抗烧毁的事件，调取资料发现直流单极接地告警（单极接地未跳闸、闭锁阀）[7]。前文所述，整流换相过程中，任意时刻总有2个晶闸管导通，直流正极接地，所以35kV系统A、B、C三轮流、循环接地。

3135kVII母过电压分析

35kV（小电流接地系统）单相接地时，理论上其中性点电压约升高为20kV，UA、UB、UC则在0V，35kV之间不停变化（一个周期内，1/3时间为0，2/3时间为35kV），相电压地表现出大幅被抬高（等值叠加一个直流量），远高于其额定电压值。根据E=4.44fN?，35kVII母PT一次线圈自感电动势需要大幅增加，对应主磁通也大幅变大，导致电压互感器一次电流I1（磁场强度H），出现铁芯饱和[8]，烧毁PT熔断保险。表1为仿真[9]东天一线路发生单极接地时35kVII母中性点、母线电压等，结果与上述分析保持一致，接地故障点的距离、融冰方式的影响，就体现在过度电阻不同，过度值电阻越大，35kV交流系统过电压就越低。

图2一去一回方式、东天一线距东坡站0（左）、250kM（右）B相接地仿真

3.2系统高次谐波分析

对35kVII母电压、#2主变低压侧电流进行频域变换，其谐波的含量如表2、表3所示，大量高次谐波侵入，增大了电容器组的电流，导致串联抗被烧毁。

直流侧单极接地等效于35kV交流侧系统三相轮流、循环接地，故障时统剧烈振荡，产生大量的的谐波，主要原因：直流单极接地，电网分布电容、分布电感间不停震荡；因为线路电感存在，其电流能经过按照其时间常数非周期地衰减，不能突变；最后因为35kV电压不停在0-35kV（理论值）之间变化，电压行波在线路和设备不停地传播和反射形成，产生大量谐波；

4总述

4.1过电压、谐波产生的原因

如前所述，融冰模式下直流单极接地，等值交流侧系统（小电流系统）三相轮流、循环接地，造成交流侧系统过电压、暂态过程剧烈，电磁式电压互感器饱和，产生高次谐波。

4.2对直流融冰装置建议

建议修改融冰控保系统动作逻辑，直流侧单极接地跳总支路开关和闭锁整流阀；35kVII母采用电容式电压互感器，避免铁芯饱和；加隔离变压器，避免35kVII母交流系统电压被谐波侵袭。

参考文献：

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