淺談?chuàng)Q流變壓器的保護(hù)

張欣

（哈爾濱變壓器有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

目前的輸電系統(tǒng)都是采用了超高壓式的直流輸電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的應(yīng)用的廣泛度其實(shí)也是由于其自身所具有的高適應(yīng)性的有點(diǎn)決定的。具體說來主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：首先無需對穩(wěn)定性進(jìn)行考慮；其次，在恢復(fù)故障的能力上較強(qiáng)；第三，交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)；第四，可以有效的對互聯(lián)交流的電路系統(tǒng)出現(xiàn)的短路容量現(xiàn)象進(jìn)行降低；最后，在建設(shè)投資上更為的經(jīng)濟(jì)。

在直流輸電的系統(tǒng)中，換流變壓器是作為必要設(shè)備存在的。換流變壓器的主要作用就是通過提供交流電壓對系統(tǒng)中的諧波電流進(jìn)行降低，這種電流主要會集中在交流側(cè)，換句話說就是通過作為一種電氣隔離在直流以及交流系統(tǒng)中進(jìn)行換相電抗，在最大的程度下對交流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證直流輸電在系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)可以保持最佳。

換流變壓器對于直流輸電來說可以說保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠安全的重要基礎(chǔ)，因此變壓器的運(yùn)行至關(guān)重要，所以，在整個(gè)換流站的建設(shè)中，變壓器在投資上比例占得很大。但是變壓器會受到多放因素的影響從而出現(xiàn)一些不利于運(yùn)行安全的問題，因此，對于其運(yùn)行的安全性保護(hù)就在整個(gè)直流輸電的系統(tǒng)運(yùn)行中凸顯。文章在下面專門就換流變壓器在運(yùn)行特點(diǎn)上進(jìn)行了介紹，并結(jié)合了直流輸電在系統(tǒng)的運(yùn)行中各個(gè)情況對于變壓器造成的或者可能造成的影響，提出了一些合理化的方案。

1 換流變壓器自身特點(diǎn)對保護(hù)的影響

1.1 變壓器的短路阻抗。閥的換相本質(zhì)上就是直流輸電的兩相短路，由于直流電在換相的過程中需要對電流進(jìn)行限制，保證電流可以處在規(guī)定的范圍中，因此會將換流變壓器的短路阻抗進(jìn)行調(diào)整，一般都會大于普通的變壓器。但是，短路的阻抗變大就會令換流變壓器相對于普通的變壓器在二次側(cè)的故障電流相對減小，這些問題就需要在進(jìn)行保護(hù)配置以及整定上需要考慮在內(nèi)的因素。

1.2 直流的偏磁。大地回線的使用在直流輸電的系統(tǒng)中經(jīng)常會用奧，但是不可避免的會在運(yùn)行中有一些直流電會流入大地，這種現(xiàn)象就會影響到地電位值使之發(fā)生改變，如此一來直流電就會進(jìn)入到變壓器的緣邊繞組，原邊繞組的改變會對變壓器的直流繞組磁場進(jìn)行影響，從而產(chǎn)生了直流偏磁現(xiàn)象，因此就會出現(xiàn)偏移的工作點(diǎn)。假如直流電超過了一定程度，就會使得變壓器的鐵芯出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，如此一來損耗同時(shí)會增加，變壓器的溫升也隨之升高。而保護(hù)措施就是為了防止此類現(xiàn)象的出現(xiàn)對變壓器造成損害。

1.3 諧波。諧波電流以及諧波電壓的出現(xiàn)實(shí)則是由于換流器在直流和交流系統(tǒng)中的非線性特點(diǎn)造成的。諧波電流的出現(xiàn)是換流變壓的主要特征。在電路系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)，諧波電流的危害非常大，會導(dǎo)致交流電網(wǎng)的電容器以及發(fā)電機(jī)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，并且還會干擾通信設(shè)備。在對換流變壓器進(jìn)行保護(hù)裝置的安裝時(shí)就需要避免諧波電流對其影響，這些需要進(jìn)行考慮。

1.4 調(diào)壓分接頭。交流電壓的擾動會對直流系統(tǒng)產(chǎn)生一些不利影響，以此為了保證直流系統(tǒng)的穩(wěn)定以及最佳的工作環(huán)境，換流變壓器在分接頭的電壓調(diào)整能力都較強(qiáng)，這也是會對保護(hù)設(shè)計(jì)造成一定的影響，像是在運(yùn)行狀態(tài)下的變比出現(xiàn)的變化等等。

1.5 特殊的運(yùn)行狀態(tài)。直流系統(tǒng)在控制中的調(diào)節(jié)上具有特殊的作用，因此，換流變壓器也不同于普通的變壓器，在出現(xiàn)故障時(shí)的情況也會特殊一些。主要的不同包括：

a.直流系統(tǒng)短路由于都是出現(xiàn)在系統(tǒng)的變壓器區(qū)外，以此出現(xiàn)的電流不會過大。但是，對于整流側(cè)，電流在穿越變壓器的時(shí)候會增大，這種增大會受到直流控制的系統(tǒng)保護(hù)的快速反應(yīng)，在此作用下會很快的降低。而逆變側(cè)，由于故障會使得直流系統(tǒng)的直流電流轉(zhuǎn)變交流側(cè)的過程發(fā)生故障，因此穿越電流相應(yīng)的會減小。b.對于換流變壓器保護(hù)來說，直流系統(tǒng)造成的最嚴(yán)酷的區(qū)外故障為整流側(cè)的閥短路故障，相當(dāng)于換流變出口的兩相或三相短路故障。但由于直流保護(hù)的干預(yù)，實(shí)際只會出現(xiàn)半個(gè)周波的兩相短路。對于逆變側(cè)，由于觸發(fā)角很大，閥短路時(shí)流過換流變壓器的電流較整流側(cè)小很多。c.換流變壓器發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，直流系統(tǒng)一般不會提供短路電流。這是由直流控制系統(tǒng)的作用造成的。d.由于直流控制系統(tǒng)快速的調(diào)節(jié)作用，在需要的時(shí)候，可以快速的將功率傳輸由一個(gè)方向反至另一個(gè)方向，對于換流變壓器來說，就會出現(xiàn)快速的潮流反向。e.換流變壓器保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生接地故障時(shí)，實(shí)際造成了閥的短路。由于閥的單向?qū)щ娦?，故障電流半周電流大，半周電流小，?dǎo)致差電流中含有較大的二次諧波。f.對于逆變側(cè)的換流變壓器的區(qū)內(nèi)故障，往往會導(dǎo)致?lián)Q相失敗的發(fā)生，從而在穿越電流電流中產(chǎn)生很大的諧波，但差電流（即提供給故障點(diǎn)的電流）仍主要為工頻分量。

2 換流變壓器保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

2.1 保護(hù)的配置原則。在對換流變壓器進(jìn)行保護(hù)的時(shí)候既要考慮安全問題，有需要對經(jīng)濟(jì)問題進(jìn)行考慮，在簡單經(jīng)濟(jì)以及安全可靠的情況下，通過配置上的設(shè)置進(jìn)行變壓器的保護(hù)工作。通過對變壓器設(shè)置兩個(gè)保護(hù)設(shè)備對每臺的電源以及輸入設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。使得每個(gè)設(shè)備在輸出上都于斷路器上的跳閘相連，并且同時(shí)也連接直流控制系統(tǒng)。并且裝置本身還要采取一些防治故障的拒動作。

2.2 穩(wěn)態(tài)比率差動保護(hù)。在變化比以及聯(lián)結(jié)組的動作上具有不同性，所以比那氬氣的運(yùn)行狀態(tài)包括了相位和電流的大小也是不相同的。所以，對于繼電器的影響消除需要做的就是在繞組上安裝TA，對于繞組的電流進(jìn)行相同保持，由于這里的電流相同，所以只需要對變化度進(jìn)行補(bǔ)償即可。以下的敘述的前提均為已消除了變壓器各側(cè)幅值和相位的差異。

裝置中依次按相判別，當(dāng)滿足一定條件時(shí)，工頻變化量比率差動動作。工頻變化量比率差動保護(hù)經(jīng)過涌流判別元件、過激磁閉鎖元件閉鎖后出口。

由于工頻變化量比率差動的制動系數(shù)可取較高的數(shù)值，其本身的特性抗區(qū)外故障時(shí)TA的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)飽和能力較強(qiáng)。工頻變化量比率差動元件提高了裝置在變壓器正常運(yùn)行時(shí)內(nèi)部發(fā)生輕微匝間故障的靈敏度。且工頻變化量比率差動保護(hù)不會受換流變壓器分接頭調(diào)整造成的差動電流不平衡的影響。

后備保護(hù)包括過流、零序過流、過電壓、零序過壓、飽和保護(hù)。過流保護(hù)，主要作為換流變壓器各種故障的后備保護(hù)。由于只需與直流系統(tǒng)的最大過負(fù)荷能力配合，靈敏度容易滿足要求，因此不需采用復(fù)合電壓閉鎖與方向閉鎖。零序過流保護(hù)，主要作為換流變壓器接地故障后備保護(hù)。為防止變壓器和應(yīng)涌流對零序過流保護(hù)的影響，應(yīng)具有二次諧波制動閉鎖措施。當(dāng)二次諧波含量超過一定比例時(shí)，閉鎖零序過流保護(hù)。

結(jié)語

本文討論了換流變壓器與交流系統(tǒng)的主變壓器比較所具有特點(diǎn)，闡述了這些特點(diǎn)以及直流輸電的各種特殊運(yùn)行工況對換流變壓器保護(hù)帶來的影響，并提出了相應(yīng)的保護(hù)方案。

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