基于PSCAD的特高压直流输电系统单相接地过电压的研究

2014-09-26，，，，

电气开关 2014年6期

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(广西大学电气工程学院，广西南宁 530001)

1 引言

建设特高压直流输电系统遇到的基本问题之一是确定线路与换流站设备的绝缘水平。随着系统电压升高，绝缘费用在系统建设总投资中所占的比重越来越大，因而正确解决绝缘配合问题显得更为重要。解决绝缘配合问题的关键之一是充分掌握过电压产生、过电压幅值与分布规律及其限制措施。直流系统中的过电压分雷电过电压与内部过电压，后者包括操作过电压、对地闪络过电压等。对于超高压或特高压直流架空线路，其绝缘水平的选择主要取决于工作电压与内部过电压的幅值[1]。

直流系统双极运行时，直流线路的两根极线之间有电磁耦合，因此当一极发生接地故障时会在另一极上引起电压突变，它叠加在该极对地的正常工作电压上而形成过电压[1-3]。直流线路终端连接着换流站的各种设备，源于直流线路对地闪络的过电压侵入换流站后也具有操作波的性质。研究表明，直流线路接地故障会在线路上产生最严重的过电压，但对换流站其它设备的绝缘配合不起决定性作用[4]。

本文将根据±800kV云广特高压直流输电工程参数，应用电磁暂态计算软件PSCAD/EMTDC 建立特高压直流输电系统模型，研究直流线路发生接地故障时的过电压水平，并计算端部结构及线路参数对过电压的影响。

2 特高压直流输电系统的模型参数

2.1 交流系统参数

云广特高压直流输电系统整流侧及逆变侧交流系统参数如下：云南侧楚雄换流站交流系统远期最大短路电流约47.8kA，短路容量约为43191MVA，近期最大短路容量取值18000～24000MVA，最小短路电流8～9kA，最小短路容量7275～8184MVA；广东侧穗东换流站交流系统最大短路电流53.8kA，最大短路容量约48922MVA，最小短路电流26kA，最小短路容量约23642MVA[5-7]。

2.2 交流滤波器

楚雄换流站配置4大组交流滤波器，滤波器4大组的分组方案如下：

ACF1:DT11/24+DT13/36+HP3+2×SC;

ACF2:DT11/24+DT13/36+2×SC;

ACF3:DT11/24+DT13/36+2×SC;

ACF4:DT11/24+DT13/36+HP3+2×SC。

其中，交流滤波器的分组接线图如图1所示。

图1 交流滤波器分组接线图

交流滤波器参数如表1所示。

表1 交流滤波器参数

2.3 直流滤波器

楚雄站直流滤波器的配置按每极两组三调谐滤波器考虑，接线形式如图2所示，穗东换流站直流滤波器的配置及参数与楚雄换流站相同。

图2 直流滤波器接线图

图2中C1=2.0μF，L1=11.773mH，C2=3.415,L2=10.266mH，C3=11.773μF，L3=4.77mH。

2.4 直流输电线路

云广特高压直流输电线路全长1418km，沿线大地电阻率平均值为1000Ω·m，各线路的杆塔及导线参数如表2所示。

3 ±800kV特高压直流输电系统的建模

参照云广特高压直流输电系统换流站主接线，根据云广特高压直流输电系统元件模型，可以建立云广±800kV特高压直流输电系统仿真模型。云广特高压直流输电系统电压等级为±800kV，直流额定功率5000MW，直流额定电流3.125kA。整流侧交流系统额定电压为525kV，短路比SCR=2.5/84°，逆变侧交流系统额定电压为525kV，短路比SCR=2.5/75°。整流侧配置4大组交流滤波器，直流滤波器的配置按每极两组三调谐滤波器考虑，逆变侧交直流滤波器配置及参数与整流侧相同。整流侧换流变压器采用三相双绕组变压器，单台容量750.63MVA，接线型式为Y0/Y及Y0/△两种，换流阻抗0.18，网侧绕组额定电压525kV，阀侧绕组额定电压169.85kV。逆变侧换流变压器采用三相双绕组变压器，单台容量750.63MVA，接线型式为Y0/Y及Y0/△两种，换流阻抗0.18，网侧绕组额定电压525kV，阀侧绕组额定电压160.5kV。整流侧平波电抗器每极按极母线和中性母线各装设2台75mH的干式平波电抗器，逆变侧平波电抗器设置及参数与整流侧相同。整流站和逆变站的换流阀采用每极2个12脉动换流单元串联接线的接线方式，2个12脉动阀组串联电压按±(400+400)k分配。直流输电线路全长1418km，沿线大地电阻率平均值为1000Ω·m，采用6×LGL-630/45导线，采用FrequencyDependent(Phase)ModelOptions模型。云广±800kV特高压直流输电控制系统是基于CIGRE直流输电标准测试系统来建立，为满足云广±800kV特高压直流输电系统控制的需要，本文对CIGRE直流输电标准测试系统的控制系统做了部分改动。

表2 直流输电线路参数

根据表2中杆塔参数，可建立云广特高压直流输电杆塔模型及参数如图3所示。

图3 杆塔模型及参数

4 过电压数值计算结果及分析

在计算中假定接地故障发生在负极上。

4.1 故障位置对过电压的影响

不同故障位置对健全极上的过电压有一定影响，现将线路平均分为四段，取5个点做为故障点，在健全极相应的5个点测量过电压水平。

表3 故障地点对过电压的影响

从表3可以看出,故障发生在线路中间段时,产生较高的过电压,在线路端部故障时,产生较低的过电压。

4.2 平波电抗器L值对过电压的影响

表4列出了不同L值时的过电压情况,可以看出，当L值从300mH增加到1000mH时，过电压幅值降低了10%。

表4 平波电抗器L值对过电压的影响(故障位置为线路中点)

4.3 杆塔接地电阻对过电压的影响

杆塔接地电阻可以降低线路对地闪络时的暂态分量，从而降低非故障极的过电压水平。直流额定运行工况下，线路杆塔接地电阻不同时线路中点对地闪络时非故障极过电压的研究结果列于表5。由表5可见，随着线路杆塔接地电阻值的增加，非故障极线路中点的过电压水平有所降低，对应10Ω接地电阻的过电压幅值为1431kV，比杆塔接地电阻为0 时的过电压水平降低了约3%。