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换相失败对暂态功率的影响分析及对策 　　摘要：换相失败是高压直流输电系统中最常见的故障之一。由于交直流系统的相互作用，当直流系统发生换相失败时，容易引发交流系统中出现暂态功率倒向问题，进而引起纵联方向保护的误动。在换相失败的环境下，即使单回线也会出现功率倒向的问题。对原因进行了分析，然后利用EMTDC-PSCAD计算两侧功率在换相失败情况下的变化情况，得出了换相失败可能会引起故障相拒动、非故障相误动这一结论。由于分相电流差动保护从原理上不受换相失败的影响，建议在交直流混联系统中采用分相电流差动保护。 　　关键词：直流输电；换相失败；暂态功率倒向；分相电流差动保护 　　作者简介：邱明玮（1976-），男，北京人，国网北京市电力公司昌平供电公司营销部，工程师；李干（1988-），男，河南商丘人，国网北京市电力公司昌平供电公司维修部，工程师。（北京 102206） 　　中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）36-0231-02 　　直流输电传输容量大、线路走廊利用率高，社会的综合效益突出。在我国，交直流互联系统已成为输电技术的发展方向。但由于交直流系统的相互作用，交流系统故障很容易造成换相失败的发生，由换相失败派生的电气故障分量已成为影响交流侧继电保护误动的不可忽视的重要因素。 　　文献[1]基于PSCAD/EMTDC仿真研究了电流、电压、功率等交流故障特征量和直流系统的相应特性，并分析了交流系统暂态功率倒向的机理以及对继电保护的影响。文献[2]指出电气距离较近的多馈入直流系统，交流侧故障可能导致两换流站同时发生换相失败故障，并导致换流站邻近多条交流线路发生功率倒向。随着我国高压直流输电的进一步发展，直流系统对交流保护的影响问题会越发突出。特别是在故障情况下所表现出的交流电气故障特征变化，给传统交流电力系统的继电保护领域提出了新的课题。因此，应深入研究交直流互联电网中直流系统对交流系统的影响，发现并解决这些给交流系统带来的负面效应，以保障交直流互联电网的安全可靠运行。 　　传统的功率倒向问题一般出现在双回线中的非故障线上，但换相失败期间功率倒向问题呈现出了新的特点。本文在总结前人的工作基础上，重点讨论的是单回线功率倒向的问题。利用标准国际大电网会议中的HVDC仿真标准测试模型进行了仿真验证。通过提取三相电流和电压以及电压、电流间的相角，进而计算出每相的功率，此时可以明显看出功率倒向的现象。针对换相失败对继电保护的影响提出了应对措施。 　　一、换相失败对暂态功率的影响分析 　　在分析交直流互联系统的相互影响时，一般把直流系统等效为由换流母线电压控制的压控流源。当直流系统发生换相失败时，直流系统在控制作用下产生“持续的快速动态变化”，此时等值的压控流源表现出快速性和复杂性，使得流入交流系统的电流幅值和相位都发生了快速改变，因此流入交流系统的功率也产生了较大的改变。 　　传统的功率倒向问题一般是指在双回线路中，当故障线路一侧断路器跳开后，非故障线路会出现功率倒向的现象。但在换相失败期间，单回线也会出现功率倒向问题，下面就单回线功率倒向问题进行研究。 　　通过图1，可以这样描述换相失败对暂态功率的影响：假设C相在F点发生了单相接地故障，并且引发了直流系统换相失败。在换相失败期间通过断路器B1的功率方向可能发生变化：即由正方向（由B1流向F）变为了反方向（F流向B1），此时B1侧发出闭锁信号，导致纵联方向保护拒动；对非故障相B相而言，如没有换相失败故障的影响，B4方向元件感受到的功率方向为反方向，发出闭锁信号，保护不误动；但换相失败故障可能导致功率方向发生改变。如果断路器B4处方向元件的灵敏度高于B3处的方向元件，此时由于“触点竞赛”的缘故，非故障相的功率方向元件就可能误动；对非故障相C相是同样的道理。 　　很多学者对功率倒向的原因进行了探讨。[5-8]本文认为造成功率反向的原因在于：当交流侧故障引发换相失败时，由于直流系统的控制，使得交流侧呈现出了与纯交流环境不一样的故障状态，即此时流入交流系统的功率是由直流系统的快速控制（直流控制会使无功补偿装置和滤波器产生的无功功率发生剧烈变化）与交流侧的故障共同决定的。这两者的共同作用，类似于纯交流系统中的复故障，使得功率在换相失败暂态过程中表现出了不可预知性，因此可能导致功率出现倒向的问题。 　　二、解决措施 　　针对在高压直流输电中的功率倒向问题，很多学者都给出了解决措施。但大部分解决措施都是采取闭锁纵联方向保护，只是闭锁时间长短不同而已。但由于故障波形的畸变、保护通道的延时与展宽等原因，保护发生误动的概率仍然很大。 　　分相电流差动保护是对两端电流量进行比较，根据两侧电流的幅值和相位比较的结果来区别是否为区内故障。当交流线路发