±800kV云廣直流輸電工程平波電抗器參數(shù)選擇和布置

另1 種方案為平波電抗器分成2 部分，分別裝設(shè)在極母線上和2 個12 脈動換流器中間的聯(lián)絡(luò)線上(以下簡稱方案3)，見圖3。

直流輸電運(yùn)行特性包括穩(wěn)態(tài)特性和暫態(tài)特性，筆者針對不同的平抗布置方案，主要研究反映其穩(wěn)態(tài)特性的最大持續(xù)運(yùn)行電壓峰值，即PCOV，和反映暫態(tài)特性的換流器交叉閥組解鎖直流操作過電壓，來揭示布置方案對特高壓直流輸電運(yùn)行特性的影響。

目 前過電壓絕緣配合的方法主要是在可能出現(xiàn)較大過電壓的關(guān)鍵點(diǎn)增加避雷器配置。不同于交流避雷器，直流避雷器的保護(hù)水平取決于裝設(shè)點(diǎn)包括換相過沖電壓的最大持續(xù)運(yùn)行電壓峰值(PCOV)[11]。因此，關(guān)鍵測點(diǎn)PCOV 的大小是評估3 種平抗布置方案對直流輸電系統(tǒng)過電壓絕緣水平的影響的重要依據(jù)。

如圖1-3 所示，Uv為高端閥組Y-Y 換流變閥側(cè)A 相電壓，Udh為極母線出口直流電壓，Udm是2 個12 脈動換流器中間聯(lián)絡(luò)母線的電壓，Udv為下12 脈動換流器的2 個6 脈動橋中點(diǎn)的直流電壓。根據(jù)特高壓直流換流站的避雷器配置方案，上述4 個電壓測量點(diǎn)均裝設(shè)相應(yīng)的避雷器，避雷器額定電壓和保護(hù)水平由該點(diǎn)的運(yùn)行電壓和PCOV 決定。當(dāng)平抗布置采用第2 種和第3 種方案時， 由于上下雙12 脈動換流器結(jié)構(gòu)基本對稱，其2 部分電抗器產(chǎn)生的諧波電壓降大小相等，方向相反，因此Udm近似于純直流電壓，而方案1 的Udm諧波含量較大，輸出為脈動較大的直流電壓。Udh為12 脈動換流器各點(diǎn)對地PCOV 與Udm之和，因此方案1 的Udh諧波含量大于方案2、3 的諧波含量，其PCOV 也大于另外2 個方案中的PCOV， 這也將提高換流變壓器高端閥組側(cè)電壓Uv處的運(yùn)行峰值和避雷器保護(hù)水平，增大相應(yīng)設(shè)備的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力，不利于系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。此外，Udm的諧波含量太大導(dǎo)致數(shù)值波動較大， 將造成以Udm為輸入?yún)⒖茧妷旱恼鱾?cè)定電壓控制器不能起到穩(wěn)定的控制作用。

特高壓直流輸電工程采用單極雙12 脈動換流閥串聯(lián)的接線形式，每個閥組都并聯(lián)了旁路斷路器和旁路隔離開關(guān)，使得每個閥組可以單獨(dú)的投運(yùn)或者退出，運(yùn)行方式和操作種類數(shù)量大大增加[12]。典型的操作包括在單極低端12 脈動換流器解鎖的情況下，解鎖高端閥組，根據(jù)云廣直流工程調(diào)試過程中的記錄， 該操作多次造成Udv過電壓太大，Udv處避雷器動作。經(jīng)初步分析，該避雷器動作原因與平波電抗器布置在中性母線上有關(guān)。

3 3 種平波電抗器布置方案的仿真研究

在實際工程中改變平波電抗器布置方案進(jìn)行試驗研究，由于其涉及到的工程復(fù)雜，成本太高，難以實施，不具有操作性。因此，利用電磁暫態(tài)軟件建模仿真是1 種簡捷、方便、有效的途徑。

PSCAD/EMTDC 是目前世界上被廣泛使用的1種電力系統(tǒng)分析軟件，其主功能包括電力系統(tǒng)時域和頻域計算仿真，典型應(yīng)用是計算電力系統(tǒng)遭受擾動或參數(shù)變化時，電參數(shù)隨時間變化的規(guī)律。其在高壓直流輸電系統(tǒng)領(lǐng)域的仿真研究具有較高的權(quán)威性。筆者利用PSCAD/EMTDC 軟件搭建了±800 kV云廣特高壓直流輸電工程模型，并針對應(yīng)用3 種不同的平抗布置方案的特高壓直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，對比其穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運(yùn)行特性，揭示各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

特高壓直流輸電模型中，交流系統(tǒng)采用無窮大等值電源模擬，換流變、交直流濾波器等一次設(shè)備均采用實際參數(shù)，平波電抗器總電感值取上文中計算得到的300 mH， 直流架空線路采用軟件自帶的貝杰龍線路模型，參數(shù)均為實測所得?？刂品绞綖镃IGRE HVDC 標(biāo)準(zhǔn)模型的控制模式?；诓煌桨傅? 種模型整流側(cè)單極接線圖分別為圖1-3， 由于另一極以及逆變側(cè)的接線方式具有高度對稱性，限于篇幅不再給出。

當(dāng)云廣特高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行在額定工況時，Uv、Udh、Udm的仿真波形分別見圖4-6。

雙12 脈動換流器中間聯(lián)絡(luò)線電壓Udm的諧波含量取決于上下兩組12 脈動換流器參數(shù)的對稱度，包括上下兩閥組換流變基本參數(shù)、觸發(fā)角、對地雜散電容、平波電抗器的電感值等。在仿真中忽略了雜散電容的影響，換流變、觸發(fā)角等參數(shù)一致，因此，Udm的諧波含量取決于平抗的布置方式。見圖6，由于方案2、3 的平波電抗器分開布置在極母線和中性線或中間聯(lián)絡(luò)線上， 其對稱度遠(yuǎn)高于方案1，Udm近似為純直流電壓，而方案1 中Udm的5、7 次諧波含量明顯較大。

單個12 脈動換流器各處對地PCOV 可以按傳統(tǒng)500 kV 的12 脈動換流器各點(diǎn)對地PCOV 的公式計算， 然后加上中間聯(lián)絡(luò)母線的直流電壓或者PCOV。因此Udm的大小和波形直接影響到Uv、Udh，如圖4、5 所示，方案1 中的換流變閥側(cè)PCOV 和極母線PCOV 明顯大于方案2、3 中相應(yīng)的PCOV，因此，采用方案2、3 時，可以有效降低安裝在換流變閥側(cè)和極母線處的避雷器的額定電壓，降低避雷器保護(hù)水平， 也可降低上組12 脈動換流器各點(diǎn)的絕緣水平、減小穩(wěn)態(tài)應(yīng)力[13]。其中，方案3 中換流變閥側(cè)PCOV 要略高于方案2， 是因為平波電抗器裝設(shè)在中性母線時，雙脈動換流器結(jié)構(gòu)對稱度更高。

直流操作過電壓是直流輸電工程較為常見的過電壓現(xiàn)象，云廣特高壓直流工程在調(diào)試過程中出現(xiàn)過因直流過電壓太大造成避雷器動作的事例：2010 年1 月7 日11:38， 楚雄換流站在極2 低端閥組帶功率運(yùn)行的情況下，解鎖極2 高端閥組的操作時， 低端閥組2 個6 脈動換流器中點(diǎn)瞬時電壓Udv過大，導(dǎo)致該處避雷器動作。文中對該操作過程進(jìn)行模擬仿真， 在不裝設(shè)避雷器的情況下觀察Udv的暫態(tài)波形，結(jié)果見圖7-9(為了便于觀察，輸出結(jié)果設(shè)置為正極性)。