尚志轩
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摘要：换相失败是直流输电中经常出现的一类故障，灵宝站换相失败的发生经常伴随着交流电网电压波动或交流滤波器的投切。分析换相失败的原因和换相过程对直流极控制和保护的改进具有重要意义。
关键词：直流输电；换相失败；电压波动
随着我国西电东送能源战略的逐步深入推进,已经有越来越多的高压直流输电工程列入规划和投入建设运行。直流输电已然是我国电网结构中不可或缺的构成部分,是我国大电网安全稳定运行的关键因素,其将在未来的电网运行管理中发挥着越来越重要的作用。
相较于交流输电,直流输电优势明显：1、直流架空线路只需正负两极导线、杆塔结构简单、线路造价低、损耗小。2、直流电缆线路输送容量大、造价低、损耗小，不易老化、寿命长，且输送距离不受限制。3、直流输电不存在交流输电的稳定问题，有利于远距离大容量送电。4、直流输电可方便地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益。因此，发展直流输电将会是我国电网发展的大趋势。
一、换相失败
换相失败是直流输电中采用晶闸管组成的换流器处于逆变工作状态的一种常见的瞬时故障过程。换相失败的根本原因是系统中的各种扰动使逆变侧换流阀承受反向电压的时间小于晶闸管恢复关断能力的时间，发生倒换相，导致换流器同相阀同时导通，形成直流瞬时短路，直流电压突然下降、直流电流突然上升的现象。
换流站晶闸管元件的恢复阻断能力的时间γ（min）约为400μs（约7个电角度）左右，如果其电流为零后承受反向电压时间小于该值或换相裕度（压差对时间的积分面积）过小，一旦承受正向电压会立即导通。
控制系统预测换相失败可能发生时，通过增加关断角抑制换相失败，检测到换相失败已经发生时，通过快速增加关断角防止连续换相失败。系统瞬时扰动造成的换相失败一般能够在扰动消失后恢复，若系统长时间扰动出现连续换相失败，可能会导致直流系统闭锁。
二、灵宝站换相失败统计
灵宝站建站以来共发生换相失败318次，其中单元Ⅰ发生252次、单元Ⅱ发生66次。
318次换相失败中有112经调度确认站外有线路跳闸或交流系统扰动导致，18次由站内220千伏并联电容器投入导致，其余188次经录波分析由交流电压波动导致。
灵宝换流站单元Ⅰ通过220千伏灵紫线接入华中电网，线路长度约400米；单元Ⅱ通过500千伏灵陕线接入华中电网，线路长度约38.5千米。逆变侧交流系统位于河南电网末端，临近的电网低压侧故障所造成的灵宝站电压畸变程度较高，会导致换相失败。
统计表明，220千伏电压波动较多，单元Ⅰ发生换相失败频次高于单元Ⅱ；2019年单元Ⅰ共发生13次换相失败，低于历年平均值。
三、灵宝站换相失败分析
2019年10月30日， 220 千伏函谷站 35 千伏侧 BC 相对地短路故障，
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从波形分析，D桥阀2关断后再次导通，形成换相失败。因阀2未完全关断，在阀3向阀5换相后，阀2与阀5同时导通，造成直流侧短路，引起直流电流迅速增大、交流电压畸变。控制系统增加关断角，约在两个周波（40ms）后恢复正常换相。
换相失败发生前，B相电压存在明显畸变，如方框所示。经询问调度得知，换相失败时刻220千伏函谷变35 千伏系统出现BC 相对地短路，单元Ⅰ220千伏母线电压发生畸变。
四、结语
灵宝站单元Ⅰ逆变侧连接220kV电网，电压等级较低，故小的电压扰动就能引起换相失败。单元Ⅱ逆变侧连接500kV电网，电压等级高，发生换相失败的可能性较低。为防止换相失败的发生，建议在年度检修控制保护系统例行试验基础上，增加相关采样板卡精度校验项目，以避免采样板卡精度降低导致换相失败。
参考文献
[1]赵畹君.高压直流输电工程技术.北京：中国电力出版社，2011.3