分析2012年藏中电网交直流系统故障

4.3.1.1　直流系统故障前后情况

扰动前，柴拉直流系统为双极大地回线全压400kV运行，潮流方向为青海柴达木至西藏拉萨，双极功率120MW。

扰动中，20∶14∶55，OWS事件发出S2 P1PR1A/B和S2 P2PR1A/B系统，“换流器换相失败被检测到”、“检测系统低交流电压被检测到”、“保护发出增大GAMMA角命令”；换流器换相失败，极Ⅰ在61ms复归、极Ⅱ在53ms复归。询问调度后得知藏中电网一条110kV线路跳闸。

扰动后，青藏直流系统为双极大地回线全压400kV运行，潮流方向为柴达木送拉萨，双极功率120MW运行正常。

4.3.1.2　交流系统故障前后情况

故障前，藏中电网运行情况如图46所示；全网发电出力为263.62+j23.57MVA；羊湖电厂、直孔电厂、9E燃机电站和东嘎电厂应急电源的出力情况见表41。

表41　藏中电网电厂开机情况

图4-6　藏中电网2012年4月5日运行图

在拉萨换流站双极直流系统出现换相失败故障的同时，藏中电网中110kV羊贡线在20时14分左右曾出现线路故障跳闸。拉萨换流站双极换相失败故障发生时，藏中电网的系统频率、电压和供电负荷均受到了不同程度的影响。故障瞬间，藏中电网的系统频率最高升至50.446Hz，最低至49.799Hz；夺底站220kV交流系统的A相电压由故障前的130.899kV跌落至69.49kV，B相电压由故障前的131.15kV跌落至64.68kV，C相电压由故障前的130.13kV跌落至58.17kV，其余各电压等级系统的电压也均受到不同程度影响；由于受电压波动的影响，还造成藏中电网负荷略有波动，但没造成其余线路跳闸。

4.3.1.3　直流系统故障分析

拉萨换流站极1故障录波图如图47、图48所示，交流电压的变化引起直流电压略有下降，交/直流电流上升。换相失败前直流控制系统为维持直流电压，电压控制使触发角增大1.0°，关断角控制还未投入减小触发角，关断角裕度仍不能补偿换相电压畸变造成的相位偏移，17.6ms后实测关断角由正常时的23°降到4.0°，首先极1的D桥6号阀向2号阀发生换相失败，紧接着Y桥3号阀向5号阀也发生换相失败。图中换相失败先于交流欠压出现，交流电压的波形畸变影响大于幅值下降的影响。

由图48可见，交流系统故障引起的极1换相失败扰动，612ms后完全恢复。在换相失败前交流电压有效值仅下降2kV，由于两个换流器先后发生换相失败，直流电压下降到零，直流电流最大达到1486A；换相失败后约60ms直流电流被整流侧电流调节器控制到零；在此之前，除了直流瞬时短路之外，交流侧电流随着直流侧电流变化，换流站吸收的无功功率增加255Mvar，换相电压有效值由正常时的131kV降到69kV；在此之后，向系统增加吸收的无功功率下降到零，交流换相电压恢复，在故障后直流电流208ms和直流电压294ms也逐渐恢复。

拉萨换流站极2故障录波图如图49、图410所示。由图49可见，交流电压的变化引起直流电压也下降，交/直流电流上升，9ms后关断角由正常时的22°降到4.0°，首先极2的Y桥6号阀向2号阀换相失败，紧接着D桥6号阀向2号阀也发生换相失败；图中可以看出换相失败先于交流出现，说明交流电压的波形畸变影响大于幅值下降的影响。

图4-7（一）　极Ⅰ换相失败整体波形图

图4-7（二）　极Ⅰ换相失败整体波形图

图4-8（一）　极Ⅰ换相失败局部波形图

图4-8（二）　极Ⅰ换相失败局部波形图(www.xing528.com)

图4-9（一）　极Ⅱ换相失败整体波形图

图4-9（二）　极Ⅱ换相失败整体波形图

图4-10（一）　极Ⅱ换相失败局部波形图

图4-10（二）　极Ⅱ换相失败局部波形图

由图4-10可见，交流系统故障引起极2换相失败扰动，543ms后完全恢复。由于两个换流器先后发生换相失败，直流电压下降到零，直流电流最大达到1496A。换相失败后约59ms，直流电流被整流侧电流调节器控制到零；在此之前，直流短路时间很短，短路解除后交流侧电流随着直流侧电流变化，换流器吸收的无功功率增加255Mvar，换相电压有效值由正常时的131kV降到69kV；之后，换流器向系统吸收的无功功率下降到零，交流电压恢复，在故障后直流电流219ms和电压314ms也逐渐恢复。

从拉萨换流站两个极的换相失败时间来看，极2比极1早8ms发生，这是由于交流系统故障的地点和故障时刻，对拉萨换流站换相电压的畸变影响造成的；对于换流母线电压和与系统交换的无功功率两个极是共同作用的。

4.3.1.4　交流系统故障分析

羊贡线保护装置故障录波如图4-11所示，20时14分110kV羊贡线路发生了B相接地短路故障，线路电流差动、纵联距离和距离Ⅰ段保护动作跳闸；羊湖电厂110kV母线，故障B相电压从85kV下降到22.5kV，最大短路电流42A，故障在110.5ms切除；故障测距显示故障点距羊湖电厂8.9km，距贡嘎变电站27.7km，故障差流32.79A。藏中电网的系统频率，在故障前为49.95Hz；在故障切除前，最低降到49.64Hz，最高升至50.16Hz；在故障切除后直流系统恢复，系统频率最高升到50.45Hz。

1.5s后线路重合闸动作，线路重合后，该条线路的电流差动和距离加速保护动作、跳闸，重合闸不成功。将羊贡线转检修后，在故障巡线中发现羊贡线31#塔B相硬质引流线支撑复合绝缘子脱落，导致引流线对塔身放电短路。详细检查发现，硬质引流线支撑复合绝缘子脱落的原因系两颗固定螺丝脱落，经处理后16时11分恢复羊贡线运行。

图4-11（一）　羊湖电厂羊贡线4月5日故障录波

图4-11（二）　羊湖电厂羊贡线4月5日故障录波

本次直流系统换相失败是由于交流系统扰动引起，110kV羊贡线路发生B相接地短路后，拉萨换流站母线电压略有下降，引起直流电压下降、直流电流上升、换相角加大，换流器吸收无功功率增加，而使母线电压畸变导致实际关断角快速减小，逆变侧定关断角控制还未起作用，就发生了换相失败。在换相失败故障发生后，由于逆变器直流侧临时短路，直流电流快速增加，直流电压下降；直流侧短路消失并恢复正常换相后，交流电流随着直流电流的增加而增加，换流器吸收的无功功率大幅度增加，交流母线电压畸变，幅值大幅度下降；之后，在整流侧电流控制系统的调节下，直流电流下降到零，换流单元吸收的无功功率接近为零，交流母线电压开始恢复；随后交流故障切除，直流系统也逐渐恢复。交流电压降低期间，藏中电网机组加速和切除了部分负荷，以及直流系统恢复过调，造成藏中电网频率暂时升高。羊贡线故障直流输电系统扰动关键时间点见表42。

表42　羊贡线故障直流输电系统扰动关键时间点

续表