第４２卷 ２０１４年８月 云南电力技术 Ｖｏ１．４２ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１４ ＹＵＮＮＡＮ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｐ０ＷＥＲ 受端系统交流故障对特高压直流运行影响 阳曾 ，刘育权 ，陈建斌 （１．广州供电局有限公司，广州 ５１０６２０；２．南方电网科学研究院，广州 ５１０６２３） 摘要：通过研究受端系统交流故障ｘ，－］－＋８００ ｋＶ特高压直流换相失败的影响，搜寻出对直流运行影响较大的重点设备，分 析表明与直流逆变站电气距离较近的短路故障会导致直流换相失败。按照故障发生概率和影响直流安全运行的严重程 度，对相关设备进行电网风险评级，制定针对性的风险防控措施，为供电企业布控直流运行风险提出指导依据。 关键词：特高压直流：受端系统；换相失败；短路故障；电网风险评估 Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ Ｅｎｄ ＡＣ Ｆａｕｌｔ ｏｎ ＵＨＶＤＣ ａｎｄ Ｒｉｓｋ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ＹＡＮＧ Ｚｅｎｇ ，ＬＩＵ Ｙｕｑｕａｎ ，ＣＨＥＮ Ｊｉａｎｂｉｎ （１．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６２０； ２．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＳＧ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６２３） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＡＣ ｆａｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｅｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ４－８００ ｋＶ Ｃｈｕｓｕｉ ｕｌｔｒａ—ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｋｅｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｔｈａｔ ｈａｖｅ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ＤＣ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｓｅａｒｃｈｅｄ ｏｕｔ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｓｈｏｒｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｎｅａｒｂｙ ４－８００ ｋＶ Ｃｈｕｓｕｉ ＵＨＶＤＣ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ｓｈ０ｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆａｕｌｔ ｍａｙ ｌｅａｄ ｔｏ Ｃｈｕｓｕｉ ＤＣ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｖｅｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｏ ｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｕｓｕｉ ＤＣ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｒｉｓｋｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｉｓｋ ｐｒｅｖｅｎｔｒｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ，ｓｏ ｔｈａｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｄｅａｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ＤＣ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｒｉｓｋｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＵＨＶＤＣ；ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｅｎｄ；ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ；ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆａｕｌｔ；ｇｒｉｄ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ 中图分类号：ＴＭ８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６－７３４５（２０１４）０４－００５３－０４ 特别是珠江三角洲电网．电气联系紧密。负荷高 Ｕ 刖再 度密集，多回直流集中馈人，受端电网及其附近 区域的交流故障冲击可以近乎无阻滞的传递到近 区直流逆变站，引起直流逆变器换相失败。如果 不能及时切除交流故障，就可能使多回直流发生 ￣８００ ｋＶ楚穗特高压直流双极５ ０００ ＭＷ大负 荷运行，直流落点为广州穗东换流站，电力直接 送人珠三角负荷密集区域，减轻了广东内、外 ５００ ｋＶ环网的电力交换。但因单一送电规模过 持续换相失败，可能存在发生大面积停电的风险。 １．１ 计算条件 １）网络模型：包含全网２２０ ｋＶ及以上电压 等级电网。广州１１０ ｋＶ地区电网；包含所有统调 的发电厂。 ２）运行方式选择：选取２０１１年、２０１２年夏 季大方式作为典型运行方式进行研究。 大．广东受端电网的安全稳定运行和电力可靠供 应更加受制于西电东送通道的安全可靠运行。研 究广州受端系统交流故障对直流安全运行的影响， 对保障直流安全运行意义重大。 以下采用“中国版ＢＰＡ潮流计算程序”及 “ＢＰＡ”暂态稳定程序．以广州电网２０１１年和 ２０１２年运行方式为基础。分析了广州电网交流故 ３）稳定计算模型：稳定计算中各种主要元 件采用的模型如下： 障对楚穗直流换相失败的影响。 １研究方法概述 该电网是一个交直流并联运行的超高压、远 发电机采用Ｅｑ”、Ｅｄ”变化模型，考虑自动 励磁调节装置、ＰＳＳ、调速器作用，机组阻尼系 数Ｄ取０。全部直流系统采用ＢＰＡ程序中的两端 直流详细模型。 ５３ 距离、大容量送电的互联电网。其受端广东电网， ２０１４年第４期 云南电力技术 第４２卷 １．２直流系统换相失败判据 在ＢＰＡ等机电暂态仿真程序中，由于采用的 直流模型是准稳态的模型，对于换相失败的判断 和模拟不够准确，本文采用简单判据来进行换相 失败的判断：在交流系统的不同故障点设置交流 三相短路故障，如故障瞬间直流逆变侧换流母线 三相电压跌落到正常运行电压值的９０％，则认为 该直流可能发生换相失败。如换流母线三相电压 跌落到正常运行电压值的７０％以下，则认为该直 流可能发生持续换相失败。该判据是综合考虑了 换相失败和直流功率恢复特性，为简单实用而确 定的偏保守判据。因此，本文采用该判据作为故 障后楚穗直流换相失败的判据 ２交流故障对直流换相的影响 ２．１ ５００ ｋＶ交流短路故障 计算表明广州电网５００ ｋＶ交流故障对楚穗直 流运行存在较大影响。主要表现在： １）广州电网处于受端电网中心。距离各个 直流逆变站电气距离近．４个５００ ｋＶ厂站发生三 相短路或单相金属性接地故障都会导致楚穗直流 换相失败。丰大极限方式下，当５００ ｋＶ北郊站、 增城站出线发生三相短路故障且主保护拒动或单 相、三相短路故障且单相开关拒动时，可能导致 南方电网区域楚穗直流在内的四回以上直流发生 持续换相失败，引起系统电压失稳。 ２）广州电网区域内大多数５００ ｋＶ厂站若发 生５００ ｋＶ母线三相故障，母差保护拒动（按０．５ ｓ切除所有出线进行校核），电网都不能保持稳定 运行。 考虑到广州电网中５００ ｋＶ母线一般都配置了 双套母差保护，拒动的风险很小，但运行维护中 需注意保证两套保护装置正常投运。 ２．２ ２２０ ｋＶ交流短路故障 ２０１１年广州夏大运行方式下。广州电网２２０ ｋＶ主网中发生三相短路故障，保护装置正确动 作，系统能够保持稳定运行。但部分厂站故障可 能导致楚穗直流换相失败。 通过计算分析，２０１１年，广州电网２２０ ｋＶ 主网中，共有２８个厂站发生２２０ ｋＶ金属性三相 短路故障均可能导致楚穗直流输电逆变发生换相 失败，主要为距离穗东站以及５００ ｋＶ变电站电气 距离较近的２２０ ｋＶ变电站。 Ｓ４ 对于常见的单相接地短路故障，计算表明， 仅增城站２２０ ｋＶ ５Ｍ母线和新塘站２２０ ｋＶ母线发 生金属性单相短路会导致楚穗直流换相失败，其 余厂站单相故障均不会引起直流换相失败。 整体上看．由于２２０ ｋＶ网络距离逆变站电气 距离较远，故障造成逆变器换流母线电压跌落至 正常运行值７０％及以上，故障引发的逆变器换相 失败不会导致直流功率下降到０，并且在故障消 除前。由于直流输电控制的快速作用，直流功率 能在故障期间开始恢复。 ２０１２年广州电网结构进一步完善，２２０ ｋＶ电 磁环基本解开后，单相接地故障后导致楚穗直流 换相失败的仍然为增城站２２０ ｋＶ ５Ｍ母线及新塘 站２２０ ｋＶ母线．三相故障后导致楚穗直流换相失 败的２２０ ｋＶ变电站数量减少为２１个。变化较明 显的是．５００ ｋＶ广南变电站近区的２２０ ｋＶ变电 站均不会因三相故障导致楚穗直流换相失败。这 主要是由于广南站与北郊和增城站间的２２０ ｋＶ电 磁环网解环后，削弱了广州南片和广州中片部分 ２２０ ｋＶ变电站与穗东换流站的电气联系。 ２２０ ｋＶ广州中片区的潭村站、华圃站、天河 站２Ｍ母线、瑞宝站、开元站１Ｍ母线发生母线ｌ一 相短路．母差保护退出．广州２２０ ｋＶ近区电网中 黄埔Ｂ厂、恒运Ｄ厂或恒运ｃ厂均可能相对主网 失稳。若考虑电厂超速保护ＯＰＣ在５１．５ Ｈｚ动作 切除机组．５００ ｋＶ系统可以维持稳定运行，但 ２２０ ｋＶ网络将损失部分负荷和电源。 ２．３ １ １０ ｋＶ交流短路故障 进一步校验广州电网１ １０ ｋＶ交流故障对楚穗 直流的影响．选择距离穗东站电气距离最近的 ２２０ ｋＶ潭村站和华圃站１１０ ｋＶ侧进行长时间三 相短路校核计算。分别在潭村站和华圃站设置持 续时间为１．９ ｓ和１．６ ｓ的三相短路故障，故障仿 真波形如图１、图２所示。 从穗东换流站电压以及楚穗直流功率波动曲 线可以看出，由于１１０ ｋＶ与５００ ｋＶ层面电气距 离较远．１ １０ ｋＶ侧三相短路或单相接地短路故障 对换流站母线电压影响较小，故障持续期间楚穗 直流输电逆变器没有发生换相失败。 ３电网风险评估及防控 经过仿真发现，楚穗直流安全运行与广州地 区电网密切相关，部分交流故障可能导致多回直 第４２卷 受端系统交流故障对特高压直流运行影响 ２０１ ４年第４期 流持续换相失败，威胁系统稳定。按照故障发生 概率和影响楚穗直流安全运行的严重程度。对广 ： Ｖ 厂、 ／ ｆ 图１ １１０ ｋＶ故障后穗东换流站母线电压 １）５００ ｋＶ穗水甲乙丙线、增穗乙线、穗横 甲乙线、水增线作为楚穗直流下送主要通道．需 加强运行维护，防止因线路非计划停运影响直流 输送功率。 ２）加强广州北部及中东部电网无功负荷、 ＡＶＣ、ＶＱＣ、主变抽头的管理，在负荷高峰期尽 量提高片网２２０ ｋＶ及５００ ｋＶ电压水平。 ３）重点加强５００ ｋＶ北郊、增城站５００ ｋＶ元 件及出线的运行维护，严防外力破坏、山火等引 起的三相短路，落实防止５００ ｋＶ开关及保护拒动 的特维要求。 ４）北郊、增城、广南站５００ ｋＶ母线三相故 障，母差保护拒动，电网都不能保持稳定运行． 需加强保护定检，运行维护中注意保证两套保护 装置正常投运。 ５）加强广州中东部网部分２２０ ｋＶ变电站站 内设备运行维护，严控母线三相短路的风险。当 工作需要退出唯一一套母差保护时．应减少保护 退出时间或临时调整相关线路后备保护定值。对 重点枢纽厂站应逐步推进２２０ ｋＶ母差、失灵保护 双重化改造。 ５）做好楚穗直流双极投产后相关稳控措施 及运行方式安排，制定楚穗直流故障相关事故预 案，开展应急演练，落实电网大功率缺额情况下 的紧急限电措施。 ４结束语 通过研究受端系统交流故障对±８００ ｋＶ楚穗 特高压直流换相失败的影响．搜寻出可能导致直 州电网影响楚穗直流安全运行的重点设备进行电 网风险评级，并采取以下风险防控措施： １。４ ＾ ｋ…… …… ； 墓 ｔ １ ０２ ≤兰 墓 ， ／、＼ ： 婚 帮 厂、、 Ｏ９８ ７ ｊ ０ ９６ 图２ １１０ ｋＶ故障后楚穗直流单极功率 流换相失败的故障，通过细化风险评估，制定针 对性防控措施，为供电企业布控直流运行风险提 出指导依据。 参考文献： ［１］ 赵畹君．高压直流输电工程技术［Ｍ］．北京：中国电力 出板社．２００４． ［２］ 徐政．交直流电力系统动态行为分析［Ｍ］．北京：机械 工业出版社．２００４． ［３］ ＫＵＮＤＵＲ Ｐ Ｋ．电力系统稳定与控制［Ｍ］．北京：中国电 力出版社．１９９９． ［４］ 杨卫东，徐政，韩祯祥．多馈入交直流电力系统研究中的 相关问题［Ｊ］．电网技术，２０００，２４（８）：１３一ｌ７． ［５］ 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