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)

受端系统交流故障对特高压直流运行影响

阳曾1，刘育权1，陈建斌2

(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)

通过研究受端系统交流故障对±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。

特高压直流；受端系统；换相失败；短路故障；电网风险评估

0 前言

±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，电力直接送入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、远距离、大容量送电的互联电网。其受端广东电网，特别是珠江三角洲电网，电气联系紧密，负荷高度密集，多回直流集中馈入，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。

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：

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。

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。

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母线发生母线三相短路，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。

2.3 110 kV交流短路故障

进一步校验广州电网110 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，110 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：

图1 110 kV故障后穗东换流站母线电压

图2 110 kV故障后楚穗直流单极功率

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。

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Influence of Receiving End AC Fault on UHVDC and Risk Prevention

YANG Zeng1，LIU Yuquan1，CHEN Jianbin2
(1.Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou 510620；2.Electric Power Research Institute，CSG，Guangzhou 510623)

Through the research of the influence of AC faults of the Guangzhou receiver end on the commutation failure in±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±800 kV Chusui UHVDC transmission system occurring short 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 risk prevention and control measures，so that provides guidance for power supply enterprise dealing with DC operating risks.

UHVDC；receiving end；commutation failure；short circuit fault；grid risk assessment

TM8

B

1006-7345(2014)04-0053-04

2014-02-07

阳曾 (1981)，男，工程师，广州供电局有限公司电力调度控制中心，主要从事电网运行、控制与管理工作 (e-mail)hisad＠163.com。