直流滤波器对±800k-直流线路单极接地故障过电压的影响

直流滤波器对±800k-直流线路单极接地故障过电压的影响

郑锦欢

国网山西超高压变电公司  山西太原  030032

摘要:本文基于极线间的电磁耦合作用和波过程,分析了直流滤波器参数对直流线路单极接地故障过电压的影响机理､直流滤波器电容值和电感值对该过电压的影响｡研究表明,直流滤波器电容值会对直流线路单极接地故障过电压产生影响,其中主电容对该过电压的影响最为显著,是控制线路过电压的核心因素,随着电容值增加,该过电压的增大趋势逐渐趋于平缓,而电感值对该过电压影响不大｡将直流滤波器主电容限制在2μF以内,基本可以保证线路过电压幅值不超过额定电压的1.7倍｡

关键词:特高压直流输电;单极接地故障;过电压;影响机理

特高压直流(UHVDC)在远距离､大容量输电以及实现大区域电网互联方面具有显著优势｡直流线路过电压作为特高压直流输电系统操作过电压中的重要内容,其对于线路的绝缘配合以及带电作业设计具有重要的意义｡因此,有必要对特高压直流线路过电压形成机理､影响因素及限制措施进行全面研究｡

1直流滤波器对过电压影响机理

假设正极为故障极,向右为正方向,当故障极线路中点发生金属性接地故障时,线路上的波过程如图1所示｡

图1正极线路中点发生单极接地故障时的线路波过程

由图1可以看出,故障发生瞬间,在故障极线路上会有幅值为-U0的故障电压波从故障点开始沿着故障极线路向两端换流站传播｡当故障电压波传播至两端换流站时,会在健全极线路上产生正向的故障电流波｡在这一暂态过程中,考虑到平波电抗器电抗值比较大(向上工程取值为150mH),基本可以近似为开路,因此,该故障电流波主要是由直流滤波器放电产生的｡在故障极线路上故障电流从换流站两端向线路中点传播的过程中,由于极线间的电磁耦合作用,会在健全极线路上产生相应的感应电流,从而导致健全极线路上电流跃升｡该电流跃升通过对健全极线路中点对地电容充电,造成健全极线路中点电压在正常工作电压下发生跃升,从而形成过电压｡

可以看出,直流滤波器的故障放电电流是影响直流线路单极接地故障过电压幅值的核心因素,直流滤波器储存的能量越大,则线路发生接地故障时的放电电流越大,故障感应电流对健全极线路对地电容的充电作用也越强,进而导致过电压幅值越大｡而直流滤波器故障放电电流的幅值和持续时间,以及线路单极接地故障过电压,都受直流滤波器参数影响｡

2直流滤波器参数对过电压的影响

直流滤波器参数主要包括电容参数和电感参数,下面将分别对电容值和电感值对直流线路单极接地故障过电压的影响进行分析｡广泛参考目前已投运的特高压输电线路直流滤波器参数取值情况,C1取值范围为1~4μF,C2取值范围为1~5μF,C3取值范围为1~6μF,C1､C2､C3在相应范围内变化时,直流线路单极接地故障过电压的计算结果分别见表1~表4,其中阴影部分为过电压幅值不超过1360kV(1.70p.u.)时对应的电容值组合情况,当主电容C1取值为1μF时,无论C2､C3如何取值,过电压幅值最大值为1278kV(1.60p.u.),均不会超过1.70p.u.;当主电容C1取值2μF时,除了几组比较极端的电容组合外,基本可以将单极接地故障过电压限制在1.70p.u.以内;而当主电容取值大于2μF时,在一半的C2､C3参数组合中,过电压均超过1.7p.u.,过电压较为严重｡可以看出,直流滤波器三个电容中,主电容C1对该过电压的影响最为显著｡

直流滤波器中任何一个电容值增大,都会导致直流线路单极接地故障过电压幅值增加,且随着电容值增大,过电压上升趋势逐渐趋于缓慢,其中,电容C2､C3对过电压的影响幅度较小,而主电容C1对过电压的影响幅度最大,说明直流滤波器主要是通过主电容来影响直流线路单极接地故障过电压｡当主电容分别取值1､2､3､4μF时,直流滤波器的放电电流波形如图2所示｡

由图4可以看出,主电容值越大,故障极线路中点接地时的直流滤波器放电电流幅值越高,且持续时间越长,从而导致健全极线路中点过电压越严重｡

图2直流滤波器放电电流与主电容值的关系

3向上工程过电压校核

向上工程在可研阶段,复龙换流站采用一组12/24双调谐滤波器和一组12/36双调谐滤波器并联型式的直流滤波器;奉贤换流站采用一组12/24/36三调谐直流滤波器,在实际建设的特高压直流工程中,两端换流站通常采用型式相同的直流滤波器,且以三调谐直流滤波器型式居多｡

表1不同直流滤波器型式对单极接地故障过电压的影响

由表1可以看出,当采用可研设计的直流滤波器型式时,线路过电压为1478kV,超过额定电压的1.7倍,而实际工程采用2/12/39三调谐直流滤波器型式,线路过电压为1254kV,可以控制在额定电压的1.7倍以内｡因此,实际工程中,建议在设计直流滤波器时,根据直流线路单极接地故障过电压对直流滤波器参数进行校核｡比较两种直流滤波器型式可以发现,可研设计中直流滤波器三个电容值均比实际工程所采用的直流滤波器电容值高,尤其是主电容值,这也再一次验证直流滤波器主电容是影响直流线路单极接地故障过电压的核心因素｡

4结论

(1)直流滤波器电容值对单极接地故障过电压有影响,电容值增高,过电压幅值也随之增高,但过电压增加趋势随着电容值的增大逐渐趋于平缓｡其中,主电容C1对过电压的影响最为显著,也是控制该过电压幅值的核心因素,在主电容取值不超过2μF的情况下,基本可以将该过电压幅值控制在1.7p.u.以内｡(2)直流滤波器电感值对单极接地故障过电压影响不大,其中,电感L1对该过电压有一定影响,但影响不大,而电感L2､L3对该过电压几乎无影响｡

参考文献:

[1]刘振亚.特高压交直流电网[M].北京:中国电力出版社,2013.

[2]周浩.特高压交直流输电技术[M].杭州:浙江大学出版社,2014.

[3]浙江大学直流输电科研组.直流输电[M].北京:电力工业出版社,1982.

[4]戴熙杰.直流输电基础[M].北京:水利电力出版社,1990.