高压直流输电换相失败分析

李幸芝 华北电力大学

高压直流输电换相失败分析

李幸芝 华北电力大学

随着高压直流输电技术突飞猛进的发展，直流输电技术在我国已得到了广泛的研究应用。换相失败是直流输电系统运行中最常见的故障之一，将导致直流电流增大、直流输电输送功率减少、换流变压器直流偏磁加剧、换流阀寿命缩短，以及逆变侧弱交流系统电压不稳定等不良后果。如果换相失败后，控制不当，还会引发后续的换相失败，最终导致直流传输功率中断。因此，深入研究换相失败产生的机理，对保证未来高压直流输电系统的安全运行具有非常重要的意义。本文从理论上分析了换相失败的机理，简明阐述了引起换相失败的原因、危害以及预防换相失败的措施。

高压直流输电 换相失败 故障 预防措施

1 换相失败机理分析

1.1 换相失败定义及原因

1.1.1 换相失败定义

高压直流输电系统包括换流器、直流输电线路和换流站的交流部分，其中任何一部分发生故障，都会影响整个直流输电系统的运行。换相失败是逆变器最常见的故障。在每一个单桥中，当处于同一半桥中的两个桥臂之间的换相结束后，刚退出运行的阀在反向电压作用的一段时间内，如果未能恢复正向阻断能力，或者在反向电压期间换相过程一直未能进行完毕，在阀电压转变为正向时，该阀将会不触发而再次导通，与刚触发导通的阀发生反换相，这个过程就是换相失败。

换相失败使得逆变器在一段时间内发生直流反电压降低，直流电流增大。由于整流器阀在电流关断后的较长时间内处于反向电压下，所以仅当触发电路发生故障时，整流器才会发生换相失败。直流输电系统中大部分换相失败都发生在逆变器，换相失败是逆变器最常见的故障。因此，本文着重研究逆变器的换相失败。

1.1.2 引起换相失败的原因

换相失败的原因不是因为阀的任何误操作，而是因为阀的外电路条件引起的。引起换相失败的原因主要有：

①关断角γ过小；

②受端交流电压下降较多；

③直流电流增大；

④触发超前角β过小；

⑤交流系统不对称故障引起的线电压过零点相对移动。

1.1.3 换相失败的特点

换相失败具有以下特点：

①换相的两个阀发生倒换相，倒换相之后使己经退出导通的阀又导通。

②在一次换相失败中，使得接在交流同一相上的一对阀同时导通形成了直流短路。

③在两次连续换相失败故障中，将有工频交流电压加到直流线路上。

2 换相失败危害及常用措施

在系统发生换相失败期间，发生倒换相的换流阀将导通较长的一段时间，而系统的直流线路电流上升，长期流过大电流会影响换流阀运行寿命。

在高压直流输电系统运行和设计中，采用有效的措施，可减少换相失败发生的次数，可提高系统的稳定性，保证电能正常的传送。

2.1 利用无功补偿维持换相电压稳定

利用无功补偿设备从高压直流输电系统吸收有功功率，同时发出功功率，对换流站进行动态无功补偿，维持换流母线电压的稳定性，从而保证换相的顺利进行。

2.2 采用较大的平波电抗器限制暂态时直流电流的上升

暂态时直流电流的上升容易导致换相失败，例如，当逆变器发生换相失败，逆变侧的直流电压为零时，相当于直流线路末端短路，造成直流电流上升，如果直流电流上升较快，容易造成继发性换相失败，所以应该采用较大的平波电抗器限制暂态时的直流电流。

2.3 系统规划时降低换流变压器的短路电抗

换流变压器短路电抗的降低将减小换相电抗，从而使换流器换相时的叠弧角变小，关断角变大，减少换相失败的发生。

3 结论

在这篇文章里，我研究了最基本的高压直流输电系统换相失败的发生机理，从中学习到逆变侧的弱交流系统发生单相或者多相短路故障、直流线路电压剧降电流剧增、逆变器关断角过小、逆变器阀桥的触发脉冲丢失等都能导致换相失败，并且根据这些成因给出了预防发生换相失败的措施：目前，主要是通过无功补偿、增大触发超前角或者熄弧关断角的整定值、采用较大的平波电抗器以及人工换相的方法来预防换相失败。

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李幸芝（1996—），女，汉，四川巴中。本科，华北电力大学，电气工程及其自动化。