基于直流保護(hù)策略對特高壓換流站過電壓與絕緣配合影響的仿真分析

江渭濤

（國網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司特高壓交直流運(yùn)檢中心,江蘇南京,210000）

基于直流保護(hù)策略對特高壓換流站過電壓與絕緣配合影響的仿真分析

江渭濤

（國網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司特高壓交直流運(yùn)檢中心,江蘇南京,210000）

特高壓直流換流站是我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，所具有的性能對于電網(wǎng)運(yùn)行具有直接性影響，其中最為重要的就是特高壓直流換流站所具有的絕緣性能，對于換流站所具有的經(jīng)濟(jì)性能具有直接性因素。

特高壓直流；換流站；直流暫態(tài)過電壓；絕緣配合；直流保護(hù)策略

0 前言

伴隨著直流輸電電壓的不斷提升，換流站絕緣部分在換流站內(nèi)的作用越加突出。特高壓直流系統(tǒng)每天所需要運(yùn)輸容量較多，要是出現(xiàn)任何故障，所產(chǎn)生的損失也將十分嚴(yán)重，現(xiàn)在對于換流站運(yùn)行所擁有的經(jīng)驗(yàn)有限，所以對于換流站過壓及絕緣配合進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對于換流站過電壓及絕緣配合造成影響的因素較多，例如電力系統(tǒng)運(yùn)行方式、操作方式等等，但是現(xiàn)在對于換流站絕緣配合影響因素研究成果較少，特別是在保護(hù)策略方面。

1 換流站直流暫態(tài)過電壓仿真模型

圖一表示的是某特高壓直流輸電工程的避雷器配置結(jié)構(gòu)示意圖，由圖一可以發(fā)現(xiàn)，交流母線避雷器為A，高端換流變閘側(cè)避雷器為A2，閥避雷器一共有三個(gè)，分別是V1、V2、V3，中點(diǎn)避雷器為C1，C2表示的是上12脈動橋避雷器，極限避雷器為D，金屬回線避雷器為EM，中性母線避雷器為E1、E2，中性母線避雷器一共擁有8臺，其中三臺之間為并聯(lián)關(guān)系。正是根據(jù)這種避雷器裝置形式，創(chuàng)建了直流暫態(tài)過電壓仿真模型。

創(chuàng)建直流暫態(tài)過電壓仿真模型過程中，系統(tǒng)兩端交流想主要是通過短路容量及潮流分布等等數(shù)值進(jìn)行確定。直流輸電線路及接地極限路在選擇模型中，選擇的都是頻率相關(guān)模型，也就是頻率相位模型。在對于換流站內(nèi)部及有關(guān)設(shè)備構(gòu)建模型中，都需要根據(jù)換流站實(shí)際設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的電氣參數(shù)作為基礎(chǔ)要求，但是需要將不同設(shè)備之間進(jìn)行溝通連接的長度及阻抗忽視，并且將換流站內(nèi)的換流閘都假設(shè)為理想開關(guān)，也就是將換流閘在開關(guān)過程中所消耗的時(shí)間全部忽略不計(jì)。避雷器案在實(shí)際操作過程中所產(chǎn)生的電阻，直接有伏安特性缺陷標(biāo)志，屬于非線性電阻。

以上就是對于仿真模型的描述，利用該模型對于換流站直流暫態(tài)過電壓及避雷器應(yīng)力分布進(jìn)行計(jì)算，能夠?qū)τ趽Q流站直流暫態(tài)過電壓及避雷器應(yīng)力分布情況全面了解。根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析研究之后發(fā)現(xiàn)，對于換流站過電壓及絕緣配置方式影響嚴(yán)重的保護(hù)措施主要有兩種，分別是直流差動保護(hù)及接地極線過電壓保護(hù)。直流差動保護(hù)主要是通過高端換流變閥對于避雷器應(yīng)力分布造成影響；接地極線過電壓保護(hù)主要是在金屬回線接地的過程中，對于避雷器應(yīng)力分布進(jìn)行影響。

圖一：換流站單極避雷器配置方式

2 換流器直流差動保護(hù)

在對于換流站絕緣配合及仿真分析原有研究成果研究之后發(fā)現(xiàn)高端換流閥側(cè)接地對于換流器內(nèi)部絕緣配合具有直接性影響，進(jìn)而也就造成閥避雷器及中性母線高能避雷器內(nèi)所分布的應(yīng)力較大。造成這種現(xiàn)象的原因較多，避雷器所能夠承受的最大應(yīng)力數(shù)值實(shí)際上與系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行形式之間有著緊密管理，因此，在對于特高壓換流站仿真分析中，需要將換流站多種運(yùn)行方式進(jìn)行考慮。根據(jù)理論及仿真計(jì)算結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，換流站要是選擇使用枯小方式，電流數(shù)值較小，并且換流閥關(guān)閉也將更加容易，所以閥避雷器內(nèi)應(yīng)力數(shù)值較大。

3 接地極線過電壓保護(hù)

在對于接地極線過電壓進(jìn)行保護(hù)中，是以中性母線對地電壓作為基礎(chǔ)，進(jìn)而對于接地極線進(jìn)行檢測。直流系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中要是選擇GR方式或者是MR方式，接地極線遭遇雷擊的可能性就較高，主要原因是由于線路由于多種因素的共同影響形成開路，進(jìn)而造成中性母線電壓的上升，直流電流被迫通過中性母線及避雷器進(jìn)入打的，在這個(gè)過程中，中性母線及避雷器所需要承受的應(yīng)力較大。所以，中性母線及避雷器所需要承受的應(yīng)力，與接地極線保護(hù)時(shí)間之間有著緊密關(guān)聯(lián)。

換流站在剛開始出現(xiàn)故障的之后，E2避雷器周圍的電壓數(shù)值升高，但是隨之就會逐漸較小，但是E1避雷器周圍的電壓數(shù)值下降，隨后又不斷升高。造成兩個(gè)避雷器出現(xiàn)這種情況的主要原因是由于線路在構(gòu)成開路之后，電壓波向故障點(diǎn)傳播過程中，首先經(jīng)過的是E2避雷器，然后通過中性母線，最后才到達(dá)E1避雷器，這個(gè)時(shí)候的電壓數(shù)值已經(jīng)逐漸下降，所以E2避雷器的應(yīng)力值較高。

4 結(jié)論

本文在基于直流保護(hù)策略對某特高壓換流站過電壓及絕緣配合影響的仿真分析研究之后，發(fā)現(xiàn)特高壓換流站在實(shí)際建設(shè)過程中，應(yīng)該根據(jù)自身實(shí)際情況，借鑒其他成果換流站的經(jīng)驗(yàn)，對于換流程進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)定，保證過電壓及絕緣配合在合理范圍之內(nèi)。

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DC protection strategy for UHVDC converter station overvoltage and insulation coordination based on Simulation Analysis on effect

Jiang Weitao
（State Grid Jiangsu electric power company maintenance branch UHV AC and DC Inspection Center,Nanjing Jiangsu,210000）

Uhvdcconverter station is an important part of the grid structure in our country,the performance has direct impact on power grid operation is one of the most important,the insulation performance is uhvdcconverterstation has,for the economy with the station has a direct factor to.

UHVDC; DC converter;transient overvoltage;insulation coordination;DC protection strategy