HVDC系統的故障分析

摘 要：近年來，直流輸電技術發展迅速。高壓直流輸電（HVDC）作為一種經濟高效的輸電方式，受到了世界各國的高度重視。所以文章根據HVDC系統的分析了直流輸電系統在正常運行條件以及各種典型故障下的響應特性。

關鍵詞：HVDC系統；故障分析；直流線路

1 HVDC系統的主要故障及其特性

文章主要以6脈動換流器作為例子對直流系統幾種典型故障進行研究和分析。

1.1 換流器故障

換流器故障形式很多，文章主要介紹了整流側換流閥發生的短路故障這一典型故障。

閥短路故障通常是指換流閥由于所承受的反向電壓突然發生大幅度攀升或換流閥的外部絕緣遭到損壞而導致的正反向隔斷能力都缺失，即在正反向電壓下都能導通。當換流閥發生短路故障時，會與屬于同半橋的正處于導通狀態的換流閥構成兩相短路。如果假定觸發角α=0°，且在直流線路上的電流為0時發生換流閥短路故障，將導致短路電流達到最大值。

文章以換流閥V1向換流閥V3換相結束時刻出現短路故障為例分析換流閥短路故障特性。

當一個換流閥發生短路故障時，會出現換相電壓下降的現象，進而影響另一個換流器的正常工作，使整個換流器輸出電流下降，進而減小整個HVDC系統的輸送功率[3]。

1.2 直流線路故障

HVDC工程大多被應用于跨區域送電，在直流線路上出現的各種類型的故障中，對地短路故障發生的概率最大，大約能夠占到直流線路故障的80%以上。能夠引起直流線路對地短路故障的因素有很多，經常出現的不外乎有雷擊、污穢、樹枝觸線等。發生對地短路故障時，由于線路上原本存儲的電場能量瞬間釋放，會造成電流急劇上升，而這一電流的大小與故障發生地點與整流站之間的距離相關，故障發生地點距離整流站越近，則整流站出口的對地電阻越小，短路電流越大。遭遇雷擊是引起直流線路故障的主要因素之一，特別是跨區域送電的高壓直流輸電工程，因其輸送距離長，經過的地方環境復雜多變，所以線路遭遇雷擊的概率也比較大[5]。此外，直流線路還有可能出現斷線、異物碰線等其他類型的故障。

1.3 交流系統故障

HVDC工程中常見的交流系統故障主要有以下幾種類型：整流側交流系統相間短路故障或單相對地短路故障和逆變側的交流系統兩相間短路故障或單相對地短路故障。

交流系統任意兩相出現相間短路故障時，會使這兩相構成短路，在交流系統中出現兩相短路電流。若故障發生于整流側，則整流器會因為失去兩相電壓而無法完成正常的換流工作，導致直流線路上的電流和電壓迅速降低，輸送功率直線下降。若故障發生于逆變側，會導致逆變器換相失敗，最終導致直流輸電線路電流上升，交流系統電流下降。

交流系統發生單相對地短路故障時，會直接導致短路電流經過換流器中導通的換流閥，再通過接地網和接地極系統，到達直流側的中性端，從而形成短路回路，其故障特性與換流閥短路相似。若故障發生于整流側，還需要防止因二次諧波進入直流線路而可能導致的直流回路諧振。

2 結束語

本章簡要分析了HVDC系統各個部分的典型故障的起因，可能產生的影響。

參考文獻

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[3]Astrom K J，Hagglund T.PID controllers：theory，design，and tuning.New York，USA：Instrument Society of American，1995：2-9.

[4]李天云，劉智銘，黨震宇.基于Simulink的HVDC PI控制器參數優化方法[J].電力自動化設備，2012，32（1）：45-48.

[5]伍家駒，孫紅艷，劉斌.基于CIGRE HVDC控制器的PI參數可視化整定方法[J].電力自動化設備，2012，32（10）：115-120.

作者簡介：江智碩（1986-），男，福建龍海市人，工作單位：招商局漳州開發區供電有限公司，職務：運行部班長，研究方向：電力系統。