高压直流输电换相失败原因及对策

高压直流输电换相失败原因及对策
摘要：换相失败在高压直流输电系统中时常发生，短时间内的换相失败不会造
成严重后果，但长时间多次换相失败将导致直流系统停运。

造成换相失败的常见原因主要有:(1)交流侧系统异常，比如电压跌落、电压波形畸变等;(2)换流阀触发脉冲丢失;(3)直流电压、电流异常。

关键字：高压直流输电；换相失败；原因及对策
1换相失败基本原理
换相失败是直流系统常见的故障之一，一般单次换相失败仅会导致短暂的功率中断，其对系统影响不严重，只有发生连续换相失败可能引起直流闭锁。

换相失败一般都发生在逆变站，当逆变侧换流器两个桥臂之间换相结束后，刚退出导通的阀在承受反向电压的时间内，如果换流阀载流子未能完成复合并恢复正向阻断能力，或在反向电压持续期间未能完成换相，此时当阀两侧电压变为正向后，预定退出的阀将发生误导通，从而引起换相失败。

换相失败的特征是:(1)关断角小于换流阀恢复阻断能力的时间(大功率晶闸管约0.4ms);(2)6脉动逆变器的直流电
压在一定时间下降到零;(3)直流电流短时增大;(4)交流侧短时开路，电流减小;(5)基波分量进入直流系统。

2换相失败保护原理
保护功能测量换流变阀侧Y绕组和D绕组的电流以及直流电流IDP和IDNC。

一个6脉动桥换相失败的明显特征是交流相电流降低，而直流电流升高。

换相失败可能是由一种或多种故障，如控制脉冲发送错误、交流系统故障等引起的。

阀的误触发或触发脉冲丢失会导致其中一个6脉动桥的连续换相失败;交流系统干扰会导致两个6脉动换流桥的连续换相失败。

对于一个6脉动阀组的持续换相失败和12脉动阀组的持续换相失败，保护分别经过不同的延时跳闸。

换相失败动作后果:单桥换向失败动作后果为请求控制系统切换;X闭锁;极隔离;跳交流断路器;起动断路器失灵保护;锁定交流断路器;启动故障录波。

双桥换相失败动作后果为请求控制系统切换;Y闭锁;极隔离;跳交流断路器;起动断路器失灵保护;锁定交流断路器;启动故障录波。

3多馈入高压直流输电系统异常换相失败原因分析
3.1母线近端接地故障
当多馈入高压直流输电系统应用中的换相异常出现后，需要对其换相异常的原因进行分析，以便于能够更好地处理相应的换相管理需求，对于换相影响最深的原因之一，就是在高压电流的输电系统应用中，其母线近端接地出现故障。

下图3是母线近端出现故障之后的电路运行图，从该图中可以看出，当换相母线1端出现故障时，其对应的三相接地线也会出现故障。

也就是说在保持SCR1为常
数情况下，改变SCR2中的数值，其仿真结果表示也会随着SCR2的增大而出现强度提高现象，由于这种现象的出现，在一定程度程度上降低了换相临界点的耦合数值，缩小了电气之间的距离。

3.2母线远端接地故障
按照图1中的电路运行图分析，将多馈入高压直流输电系统应用中的母线远端接地故障进行了专门分析，经过分析之后发现，当保持SCR1为常数时，SCR2对应的仿真结果也会出现和之前类似的结果，但是相应的故障强度却较之前有所
下降，并且在远端母线接地故障的处理中，SCR1和SCR2之间一直呈现一种抑制
关系，也就是说，SCR1一直在抑制着SCR2换相进行。

但是相反，SCR2反作用于SCR1时，其对应的作用效果又会相对减弱。

这个过程中，需要借助专门的换相接
地分析，将影响换相的因素排除，并且改变SCR1中的常数，提升系统1中的换
相抑制作用，最终制约换相失败。

4预防异常换相失败措施实施
4.1稳定电压
在处理高压直流电的换相失败上，要想保障其整体的换相效果能够发挥出来，必须要进行换相工作处理的电压稳定处理，通过电压稳定处理实现换相过程中的
电压抗流电压稳定。

稳定电压措施的实施上，主要从以下几点进行:首先，要增设
无功补偿设备，通过设备的调节实现换相系统应用功率补偿能够得到满足，降低
换相过程中的动态干扰程度，减少由于故障出现而造成换相失败现象出现。

其次，改善交流系统应用的频谱特性，也就是说，在保障交流频谱特性处理中，应该注
重对其应用中的频谱转换关系分析，这样才能通过措施的实施，保障电压的稳定
能够处理好。

4.2增大关断越前角
在预防异常换相失败现象处理中，为了将整体的换相处理工作实施好，因此，特别进行了换相处理的关断越前角变换分析，通过关断越前角的变换，来确定整
个换相处理工作表的预防效果。

按照上文的分析，发现当关断越前角的变换越大时，其对应的换相失败现象就会相对减少，但是如果不能处理好换流阀内的电流
阻断关系，就会导致整体的换相失败，这对于高压直流输电器的换相工作实施是
非常不利的，只有保障关断越前角的变化趋于增大趋势，才能保障电路的故障减小，同时也能降低换相处理中的故障出现。

4.3注重主网架构的建设
现有的交流电网规模与强度无法满足大规模直流运行的要求，电网安全稳定
问题始终受到威胁。

不但要扩大交流电网规模以承受送端直流闭锁带来的冲击，
同时还应加强其强度免遭直流故障影响。

坚强智能电网的目标是要建设坚强可靠
实体电网，实现全面优化升级。

特别是交流电网要与直流容量及规模相匹配，保
障电网安全可靠运行。

我国现阶段正在谋划东西部特高压同步电网格局，为国家
能源发展战略推进打下坚实基础。

4.4提升新能源入网性能
研究并制定针对新能源机组的入网标准，开发新能源场站自身动态功率调节
能力，增强对电网调频、调压过程的参与度，防止由于新能源大规模脱网引发的
连锁反应，避免造成不必要的伤害。

4.5电压、频率稳定性问题的应对措施
特高压电压等级高、影响范围广，尽快发展并采取合理的控制保护措施是十
分必要的。

由换相失败产生的非特征谐波不但降低传统交流保护方法的有效性，
而且会对线路保护造成影响。

传统保护方案一般采用全或半周傅式算法对工频相
量进行提取，为防止非特征相量产生干扰，应当研究包括新型相量提取方法在内
的诸多保护措施。

加强直流输电骨干网架的规划和坚强水平，提高电网安全性。

根据我国资源
能源分布情况，合理规划电网布局，加快主干网建设，严格部署应急电源分布，
提高电网应对故障的承受能力。

为便于监测电网运行，建立在线监测系统，完善静、动态评估体系。

应当加强多馈人直流系统无功支撑能力，并研究电压稳定性
较弱区域的无功装置安装问题。

一次调频能力急需提升，加强和完善针对一次调频性能的评价体系。

受端频率稳定主要受永久故障的影响，功率缺额愈大，稳定性问题愈严重。

为此，各级电网已应用各种频率控制方法。

华东电网采取了自动发电控制方式，区域电网和各省(市)网调度分别采用定频率控制、联络线频率偏差控制。

此外，执行频率控制性能评价标准可提高电网建设的积极性，有利于一次调频能力的快速提升。

总之，在多馈入高压直流输电系统的异常换相中，由于母线的近端或远端出现了接地故障，会致使整个输电系统的运行受到影响。

在这种情况下，就需要按照输电系统电力输送的应用需求，及时处理好母线的接地故障，保障输电系统的正常运行。

参考文献：
[1]任景，李兴源，金小明，等.多馈入高压直流输电系统中逆变站滤波器投切引起的换相失败仿真研究[J].电网技术，2016，32(12):17-22.
[2]靳希，郎鹏越，杨秀.多馈入高压直流输电系统中的换相失败浅析[J].上海电力学院学报，2016，22(1):39-42.。