換流站500kV換流變壓器故障保護(hù)動(dòng)作研究

李本毓

摘要：現(xiàn)如今，隨著用電需求的增多，直流輸電工程數(shù)量逐年攀升，在這樣的背景下，輸電安全成為社會(huì)關(guān)心的熱點(diǎn)話題，對(duì)于電網(wǎng)穩(wěn)定發(fā)揮較大作用。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)表明，高壓直流輸電的影響因素較多，其中換流變壓器占據(jù)核心地位，故障發(fā)生頻率較高，并且一旦發(fā)生故障并伴隨著極強(qiáng)的危害性，屬于亟待解決的問題之一?；诖耍疚膶⒅攸c(diǎn)研究換流變壓器故障的解決措施，以便為今后的安全供電提供保障。

關(guān)鍵詞：故障保護(hù)動(dòng)作;換流站;換流變壓器

引言：50OkV換流變壓器在實(shí)際應(yīng)用中屬于直流換流站必不可少的重要設(shè)備，承擔(dān)著重要任務(wù)，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接決定著電網(wǎng)供電的質(zhì)量，是確保供電穩(wěn)定輸送的保障。但是在實(shí)際應(yīng)用中，換流變壓器也存在較大隱患，那就是易發(fā)生運(yùn)行故障，并且故障發(fā)生后會(huì)造成一定的危害性，因此，提高50OkV換流變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定性變得十分重要。如果不能將故障概率降低，高壓直流供電將會(huì)受到威脅。

1 直流換流變壓器的基本情況介紹

隨著社會(huì)上供電壓力的增大，近幾年，直流輸電工程數(shù)量明顯增多，規(guī)模也在逐年擴(kuò)大，基于這樣的壓力，必須要將電網(wǎng)故障合理排除，這樣才能確保用電的真實(shí)需求。在直流輸電工程中，換流變壓器扮演著重要角色，其性能的穩(wěn)定性尤為重要，是平穩(wěn)、高效供電的基本保障。想要提升換流變壓器的性能與運(yùn)行效率，避免故障出現(xiàn)，就要了解直流換流變壓器的基本情況，掌握其工作原理。換流變壓器屬于重要的轉(zhuǎn)換設(shè)備，接在換流橋與運(yùn)行系統(tǒng)的中間位置，換流變壓器安裝可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各設(shè)備之間的連接，這里指的設(shè)備主要是換流橋，幫助其和交流系統(tǒng)完成連接。通過有效連接可以給換流橋創(chuàng)建更好的運(yùn)行環(huán)境，提供三相換相電壓，以此來提升設(shè)備運(yùn)行的整體穩(wěn)定性^[1]。換流變壓器結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，包含多種部件，每個(gè)部件都起著不可替代的作用，與換流橋相互配合，都屬于換流單元的主體內(nèi)容。在輸電系統(tǒng)中，換流變壓器的地位與作用都十分顯著，主要承擔(dān)著傳送電力的任務(wù)，除此之外，還要實(shí)現(xiàn)交流系統(tǒng)電壓的傳輸與轉(zhuǎn)換，將其變換到換相電壓。實(shí)際應(yīng)用中，還可以將直流部分與輸電網(wǎng)的交流系統(tǒng)進(jìn)行分離，達(dá)到一種相互絕緣隔離的狀態(tài)，這樣做的主要目的是為了避免交流系統(tǒng)中故障的發(fā)生，這些故障常常是由于性點(diǎn)接地引起的，最終導(dǎo)致?lián)Q相無(wú)法進(jìn)行。值得注意的是，換流變壓器可以有效起到故障電流阻斷的作用，交流變壓器的運(yùn)行性能是電網(wǎng)穩(wěn)定的前提，通過故障分析，可以弄清楚故障發(fā)生的機(jī)理，找準(zhǔn)故障位置，通過有效手段提升電網(wǎng)運(yùn)行的真實(shí)質(zhì)量與穩(wěn)定性。

2接地故障描述

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，套管底錐已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的損壞，將其取出后，可以看清瓷套受損情況，程度比較嚴(yán)重，同時(shí)電容屏蔽層此時(shí)是完全裸露的，但是電容紙看上去相對(duì)完整^[2]。通過觀察可以看出，高壓側(cè)出現(xiàn)了非常明顯的放電，這種放電跡象在法蘭底部也出現(xiàn)了。換流變壓器閥組可以監(jiān)測(cè)到電流，故障的詳情如下。首先，故障發(fā)生前，直流雙極都屬于正常運(yùn)行的狀態(tài)，功率沒有出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)，一直維持在標(biāo)準(zhǔn)限值之內(nèi)，并且并沒有人員違規(guī)操作或者是其他因素干擾。故障發(fā)生后，該系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作詳情如下表1所示。

其次，故障發(fā)生時(shí)，變壓器保護(hù)系統(tǒng)第一時(shí)間做出了反應(yīng)，立即完成了對(duì)未完成換相的檢測(cè)，通過表1 可以看出檢測(cè)的具體時(shí)間，此時(shí)系統(tǒng)電流為1800A，但交通電流卻為0，由此可以判斷故障的形成。結(jié)合故障的發(fā)生特征，可以基本斷定屬于變壓器故障，隨即給出警報(bào)。

3故障過程分析

3.1第一階段

故障發(fā)生前，系統(tǒng)還處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，并沒有發(fā)現(xiàn)異常，Y橋側(cè)對(duì)應(yīng)的閥3和閥4 都屬于導(dǎo)通位置，幾乎在相同時(shí)刻，在接近閥的位置上可以發(fā)現(xiàn)程度較輕的閃絡(luò)現(xiàn)象，此時(shí)當(dāng)電流流經(jīng)閥4后，就會(huì)流向大地，與接地極線作用后和極工匯集。在故障發(fā)生階段，故障直流走向如下圖1所示，故障錄波情況如下圖2 所示。

3.2第二階段

當(dāng)故障進(jìn)入到了第二階段，又呈現(xiàn)出了明顯的變化特征，在完成換相后，閥6依然可以保持一種較為穩(wěn)定的狀態(tài)，不會(huì)影響實(shí)際運(yùn)行，但是和閥6不同的是，此時(shí)的閥4故障特征十分明顯，主要表現(xiàn)在電流不能過零，這種現(xiàn)象就讓閥4不能正常工作，無(wú)法進(jìn)行關(guān)斷操作，在這樣的背景下，會(huì)出現(xiàn)電流異?；芈贰５诙A段，電流的具體走向如下圖3所示^[3]。在故障發(fā)生階段，直流電流會(huì)源源不斷涌入，通過閥4和閥6，這些電流會(huì)直達(dá)故障位置，其中閥6側(cè)電流經(jīng)過循環(huán)之后也會(huì)進(jìn)入故障位置，由B相進(jìn)入A相，綜上就可以得出，A相故障電流具有自己的特性，屬于流入點(diǎn)。相反，B相屬于流出點(diǎn)，所以在觀察故障錄波圖時(shí)就可以知道，圖中兩種不同的虛線，雖然方向相反，但是大小卻是基本上一致的。

3.3第三階段

當(dāng)進(jìn)入到第三階段，故障特征以及電流走向又發(fā)生了本質(zhì)變化，通過下圖4可以看出變化的規(guī)律，在閥6導(dǎo)通階段，此時(shí)的系統(tǒng)故障位置已經(jīng)發(fā)生了轉(zhuǎn)移，位置變化明顯，起初故障是停留在A 區(qū)域的套管交流側(cè)，隨著位置的變化，現(xiàn)在的故障已經(jīng)處于圖4中的位置。當(dāng)故障轉(zhuǎn)移完成后，會(huì)重復(fù)第二階段的操作，按照上一階段的電流流經(jīng)途徑與方式來最終形成電流回路（故障電流）。但是相對(duì)來說，在發(fā)生故障轉(zhuǎn)移前，呈現(xiàn)的是閥6 側(cè)電流，故障轉(zhuǎn)移后，表示的則是閥4側(cè)電流，綜上可以得出，電流進(jìn)出方式正在發(fā)生改變，由最開始的電流流入逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏髁鞒觥３酥?，故障電流的正?fù)值也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由負(fù)值變更成正值?；谶@樣的前提，在故障發(fā)生后，雖然位置發(fā)生了變化，但是閥4和6的側(cè)電流是長(zhǎng)期處于一致狀態(tài)的，并沒有明顯的波動(dòng)，隨著閥6電路呈現(xiàn)出減弱的趨勢(shì)，閥4電流會(huì)相應(yīng)變大，最終的結(jié)果就是換相失敗，從最開始的換流套管逐漸發(fā)生了移動(dòng)，最后移動(dòng)到了交流側(cè)附近，通過以上特征就可以看出，此次故障屬于逆變側(cè)故障類型，想要排除此類故障，就要考慮投旁通對(duì)措施，將故障隱患有效排除。

4結(jié)論

通過對(duì)錄波圖的觀察以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果的研究可以得出結(jié)論，此次故障出現(xiàn)的原因主要在于換流變壓器，究其根本就是因?yàn)殚y組星型套管發(fā)生了斷裂，這種突發(fā)性故障引起了換流變壓器的性能異常。因?yàn)閿嗔训耐蝗怀霈F(xiàn)，產(chǎn)生的爆炸瓷片會(huì)阻礙內(nèi)部引動(dòng)，轉(zhuǎn)移性故障因此產(chǎn)生。通過故障過程分析可以發(fā)現(xiàn)，故障位置呈現(xiàn)出了明顯的變化，從最開始的換流套管逐漸發(fā)生了移動(dòng)，最后移動(dòng)到了交流側(cè)附近，這個(gè)移動(dòng)的過程是非常復(fù)雜的，并且故障特征十分明顯。通過故障分析可以知道故障形成的原因，并為日后工作提供有效參考，避免類似問題發(fā)生，在故障分析的基礎(chǔ)上提供準(zhǔn)確指導(dǎo)，將故障發(fā)生概率降低。針對(duì)故障階段分析的結(jié)果，可以看出逆變側(cè)故障類型，想要排除這種故障，就應(yīng)該優(yōu)化考慮投旁通對(duì)措施，將故障排除技術(shù)不斷優(yōu)化。針對(duì)常見的閥組故障來說，采用投旁通對(duì)措施并不利于故障消除，甚至還會(huì)危害一次設(shè)備，基于這樣的前提，在實(shí)際應(yīng)用中，想要消除故障，就要對(duì)故障類型進(jìn)行合理分析，結(jié)合故障特征采取應(yīng)對(duì)措施，選擇最佳的故障保護(hù)方案，以此來達(dá)到理想的直流保護(hù)效果。

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