【精彩论文】短路工况下柔直换流站直流场内瞬态电场预测分析

观点凝练

摘要：柔性直流换流站在发生短路故障时会产生瞬态强电磁场，对换流站内的二次设备产生潜在影响。针对定海换流站短路试验时二次设备处的电场骚扰问题进行了系统研究，分析了短路故障时直流场内关键节点的电位，建立了直流场内设备的三维模型。考虑直流断路器分断时的时变拓扑结构，将获得的直流场内各节点电位函数作为电准静态场求解区域的第1类边界条件，分别计算了3种短路工况下直流断路器周围二次设备处的电场分布。研究结果表明，二次设备处电场强度最高可达33 kV/m，上升下降沿最快为40 μs；电场强度的大小由空间布局和电压幅值共同决定，电场强度波形与电压波形上升下降沿一致。
结论：本文仿真分析了短路故障时定海换流站电压分布情况，建立了直流场设备三维模型，并基于电场计算需求对其进行了合理简化。结合短路时多阶段故障隔离动作时序及断路器分断原理，获得了电场计算的边界条件。在此基础上，预测分析了3种短路工况下直流场内二次设备处的合成电场强度时空分布规律。主要结论如下。

（1）建立了短路工况下定海换流站系统仿真模型，并将直流场内关键节点的电压仿真结果与实测结果进行对比，结果表明当电压幅值较高时，相对误差在5%以下，验证了电压仿真结果的有效性，为电场计算奠定了基础。

（2）结合电压波形的频谱分析，提出了电准静态场计算方法。基于实际的电场计算需求，提出了考虑不同电力设备结构特点的三维模型简化方法。针对断路器内部的电位，提出了考虑短路工况动作时序及直流断路器内部拓扑变化过程的电位函数分析方法，并在此基础上得到了电准静态场计算的第1类边界条件。

（3）通过电场预测结果可知，单极短路时二次设备处电场强度幅值为33 kV/m，上升下降沿最短为40 μs；双极短路时幅值出现在避雷器动作后，幅值为21 kV/m，上升下降沿最短为100 μs。二次设备处电场强度幅值由直流场内各节点电位幅值和空间布局共同决定，二次设备越靠近对地电位高的导体，其电场强度越高。电场波形的上升下降沿与电压波形一致。

文中提出的短路工况下二次设备处电场强度计算方法可应用于张北±500 kV柔性直流输电工程，为阀厅内二次设备电磁干扰水平的计算提供参考。

引文信息

吴思航, 沈弘, 齐磊, 等. 短路工况下柔直换流站直流场内瞬态电场预测分析[J]. 中国电力, 2021, 54(9): 109-118.WU Sihang, SHEN Hong, QI Lei, et al. Prediction and analysis of transient electric field in dc yard of flexible converter station under short-circuit conditions[J]. Electric Power, 2021, 54(9): 109-118.‍

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：方彤

声明

根据国家版权局最新规定，纸媒、网站、微博、微信公众号转载、摘编《中国电力》编辑部的作品，转载时要包含本微信号名称、二维码等关键信息，在文首注明《中国电力》原创。个人请按本微信原文转发、分享。欢迎大家转载分享。