摘要：本文将借助PSCAD仿真软件构建某±800KV特高压直流输电工程模型，并对直流输电系统换流站过电压故障进行分析。
关键词：特高压直流输电系统；换流站故障；过电压；检修
中图分类号：TM721.1 文献标识码：A 文章编号
前言：
相对于传统的高压直流输电工程来说，特高压直流输电工程每极采用两个12脉动换流器(400kV+400 kV)串联接线的方式，一方面可以使得直流电压和交流电流中的谐波成分有效减少，但另一方面复杂的接线方式对于过电压的发展机制、波形以及影响也更为复杂。在设计建设特高压直流输电工程时，过电压与设备绝缘配合方面的研究就是设计内容之一。其中，换流站是特高压直流输电系统不可或缺的一个环节，站内存在着很多的电容性和电感性组件，这些组件在故障时充放电的过程中容易引起过电压问题。研究换流站内过电压的特性，能够有效解决换流站内避雷器的参数选择、直流开关场的配置方式和直流控制保护等问题。
对于特高压直流电系统来说，由于系统内部换流站中具有较多的组件，一旦出现短路问题很容易产生过电压现象，因此对多种故障状态下过电压情况进行分析，保障系统的正常稳定运行显得十分重要。
一、直流输电系统换流站避雷器配置
（一）避雷器的布置原则
在避雷器布置的过程中将对交流侧产生的过电压进行制约，直流侧中产生的过电压受中性母线、直流母线等制约；对MOA进行重点保护，例如换流阀、直流滤波器、交流设备等等，应由各自的MOA进行保护。在实际布置的过程中，应在满足上述原则的情况下，保障设备在安全的基础上对MOA的配置进行精简。
（二）避雷器的布置规划
在某±800KV特高压输电系统中，使用的是无间隙氧化锌避雷器，在送受端500KV中避雷器的布置与以往直流输电交流侧十分相似，分别对交流滤波器母线、换流变侧、出线等布置相应的避雷器。在针对雷电侵入波进行计算以后，发现某特高压直流输电工程中，有两条母线无需布置避雷器。在某换流站当中，避雷器的布置方式与其他直流工程较为一致，主要区别在于某输电工程将A2避雷器布置在了最高端Y/Y变阀侧绕组与地面之间，使绝缘性能得到显著提升，空气之间的缝隙也得到了进一步的压缩。对整个上组12脉动换流单元来说，还需要将C2型避雷器布置其中，使上组400kv换流单元在独立工作时，下方的绝缘性始终能够符合标准，不会影响系统的整体运行。
二、特高压直流输电系统换流站故障仿真分析
（一）阀顶对中性母线故障
换流站中存在诸多设备，如若设备发生短路等故障将会引发多种类型的过电压，从而对设备的绝缘性造成损害。当出现阀顶对中性母线的短路故障时，主要体现为：直流电流与交流电相比较小，这时阀短路保护将会使整流站闭锁，并且向逆变侧传递信号，逆变侧在发生阀顶对母线故障时，一般由整流侧低压保护动作闭锁直流，保护动作的延时为0.5s。采用PSCAD仿真软件，便能够构建出某±800kv输电系统的模型，将故障发生的地点设置为上阀组，发生时间为2s，持续时间为100ms。
1、整流侧仿真分析
当整流侧中出现阀顶对中性母线故障问题时，故障发生在2s的位置，与逆变侧相比，整流侧应提前对故障做出反应。通过相关仿真分析可知，在此次故障中，在整流侧的线路端口位置会出现1015kv的过电压，大约为1.27个p.u.，其中1p.u.相当于800kv，其他位置的过电压水平普遍较低，换流站的各个避雷器中没有出现其他异常情况。
2、逆变侧仿真分析
当逆变侧中出现阀顶对中性母线故障问题时，故障发生在2s的位置，与整流侧相比，逆变侧应提前对故障做出反应。通过相关仿真分析可知，在此次故障中，过电压的水平较低，最早出现过电压的位置是在逆变侧的端口，但是在数值上要小于整流侧。在换流站当中，虽然只有单一的母线避雷器动作，但是能耗上看却是较为理想。
（二）换流变阀侧单相接地故障
当换流阀侧位置出现单相接地情况时，可能会产生较大的能量，这些能量会被传输到直流极线与直流滤波器当中，从而导致过电压的产生。当整流侧、逆变侧均产生单相接地故障时，在阀的保护方式上存在一定的区别。
在整流侧中，由于直流线路上的电流与中性母线电流相比较小，在阀发生保护动作的同时，会将信号传递到逆变侧当中。对整流侧单相接地故障中直流电压进行计算后可知，当故障位置出现在52s时，非故障极线路电压为915kv；当故障位置出现在51s时，非故障极线路电压为859kv；当故障位置出现在62s时，非故障极线路电压为898kv；当故障位置出现在61s时，非故障极线路电压为868kv；由上述一组数据能够看出，当上组高压端Y/Y端子出现单相接地故障时，最高的过电压数值为915KV，而中性母线、平波电抗器等均具有较大的过电压，但是只有布置在中性母线附近的避雷器出现的了动作，其他的能量消耗均可忽略不计。
当逆变侧出现单相接地时，只有在直流电大小低于交流电时，才会开启换流阀保护动作。对逆变侧单相接地故障中直流电压进行计算后可知，当故障位置出现在52s时，非故障极线路电压为907kv；当故障位置出现在51s时，非故障极线路电压为850kv；当故障位置出现在62s时，非故障极线路电压为881kv；当故障位置出现在61s时，非故障极线路电压为887kv；由此可见，在52s时产生的故障过电压最高，在某输电工程中Y/Y绕组端子中布置了A2避雷器，使空气间的缝隙被压缩，换流变阀侧的绝缘性能得到显著提升。
三、特高压换流站设备检修策略
（一）重视新技术、新设备在检修工作中的运用
现阶段换流站中设备更加复杂、自动化水平更高，如果仍然按照传统的检修模式，不仅效率较低，而且无法完成深度检修，很多故障也无法从根本上排除。因此，检修工作也必须与时俱进的创新和发展。要尝试应用一些新技术、新设备，辅助完成换流站设备检修工作。例如，定期开展红外线测温和紫外线带电检测工作，并且还要对换流站油色谱进行在线和离线两种类型检测，保证在线监测频率在1次/h，而离线监测频率则在1次/4h范围内，便于随时掌握设备运行情况。在进行单阀接地故障检测过程中，应保证健全阀组正常重启保护动作顺序。
（二）加强制度建设，落实检修责任
作为一名换流站设备检修人员，即便是面对日益增加的检修任务和工作压力，也应当始终树立责任意识，一丝不苟地对待设备检修任务。电网公司通过完善检修制度建设，能够为检修作业的开展提供更加详细的指导。例如，在针对压力表展开详细检查工作时，保证其充分满足厂家技术标准，并且还应对继电器进行包扎，需要注意的一点便是要在压力表拆装之后展开继电器更换。严格按照制度完成检修工作任务，还能够有效防止设备检修中出现漏检的问题，对确保换流站整个设备系统的运行安全有积极作用。
结束语：
利用PSCAD仿真软件建立一个比较完整的特高压直流输电工程的模型，仿真分析了换流站内换流器阀顶对中性母线短路故障和换流变阀侧单相接地短路故障两种工况下的过电压问题。本文构建了某±800KV特高压直流输电工程模型，并对直流输电系统换流站过电压故障进行分析，结果表明：在整流侧阀顶对中性母线故障时，极线的出口位置具有1015KV的过电压，其他位置不明显；在换流阀侧单向接地故障时，整流侧与逆变侧中最高的过电压均出现在均在Y/Y绕组端子处。
参考文献：
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