HVDC系统的故障分析

摘 要：近年来，直流输电技术发展迅速。高压直流输电（HVDC）作为一种经济高效的输电方式，受到了世界各国的高度重视。所以文章根据HVDC系统的分析了直流输电系统在正常运行条件以及各种典型故障下的响应特性。

关键词：HVDC系统；故障分析；直流线路

1 HVDC系统的主要故障及其特性

文章主要以6脉动换流器作为例子对直流系统几种典型故障进行研究和分析。

1.1 换流器故障

换流器故障形式很多，文章主要介绍了整流侧换流阀发生的短路故障这一典型故障。

阀短路故障通常是指换流阀由于所承受的反向电压突然发生大幅度攀升或换流阀的外部绝缘遭到损坏而导致的正反向隔断能力都缺失，即在正反向电压下都能导通。当换流阀发生短路故障时，会与属于同半桥的正处于导通状态的换流阀构成两相短路。如果假定触发角α=0°，且在直流线路上的电流为0时发生换流阀短路故障，将导致短路电流达到最大值。

文章以换流阀V1向换流阀V3换相结束时刻出现短路故障为例分析换流阀短路故障特性。

当一个换流阀发生短路故障时，会出现换相电压下降的现象，进而影响另一个换流器的正常工作，使整个换流器输出电流下降，进而减小整个HVDC系统的输送功率[3]。

1.2 直流线路故障

HVDC工程大多被应用于跨区域送电，在直流线路上出现的各种类型的故障中，对地短路故障发生的概率最大，大约能够占到直流线路故障的80%以上。能够引起直流线路对地短路故障的因素有很多，经常出现的不外乎有雷击、污秽、树枝触线等。发生对地短路故障时，由于线路上原本存储的电场能量瞬间释放，会造成电流急剧上升，而这一电流的大小与故障发生地点与整流站之间的距离相关，故障发生地点距离整流站越近，则整流站出口的对地电阻越小，短路电流越大。遭遇雷击是引起直流线路故障的主要因素之一，特别是跨区域送电的高压直流输电工程，因其输送距离长，经过的地方环境复杂多变，所以线路遭遇雷击的概率也比较大[5]。此外，直流线路还有可能出现断线、异物碰线等其他类型的故障。

1.3 交流系统故障

HVDC工程中常见的交流系统故障主要有以下几种类型：整流侧交流系统相间短路故障或单相对地短路故障和逆变侧的交流系统两相间短路故障或单相对地短路故障。

交流系统任意两相出现相间短路故障时，会使这两相构成短路，在交流系统中出现两相短路电流。若故障发生于整流侧，则整流器会因为失去两相电压而无法完成正常的换流工作，导致直流线路上的电流和电压迅速降低，输送功率直线下降。若故障发生于逆变侧，会导致逆变器换相失败，最终导致直流输电线路电流上升，交流系统电流下降。

交流系统发生单相对地短路故障时，会直接导致短路电流经过换流器中导通的换流阀，再通过接地网和接地极系统，到达直流侧的中性端，从而形成短路回路，其故障特性与换流阀短路相似。若故障发生于整流侧，还需要防止因二次谐波进入直流线路而可能导致的直流回路谐振。

2 结束语

本章简要分析了HVDC系统各个部分的典型故障的起因，可能产生的影响。

参考文献

[1]罗隆福，付颖，李勇，等.直流输电控制器原理及稳态特性分析[J].电力自动化设备，2009，29（1）：65-69.

[2]倪林林，陶瑜.葛洲坝-上海直流输电工程控制调节系统参数的优化[J].电网技术，1989，13（3）：26-31.

[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，刘智铭，党震宇.基于Simulink的HVDC PI控制器参数优化方法[J].电力自动化设备，2012，32（1）：45-48.

[5]伍家驹，孙红艳，刘斌.基于CIGRE HVDC控制器的PI参数可视化整定方法[J].电力自动化设备，2012，32（10）：115-120.

作者简介：江智硕（1986-），男，福建龙海市人，工作单位：招商局漳州开发区供电有限公司，职务：运行部班长，研究方向：电力系统。