高壓直流輸電系統(tǒng)換流器保護(hù)分析及研究

摘要：本文從常見的高壓直流電系統(tǒng)換流器故障分析出發(fā)，進(jìn)一步分析換流器的故障保護(hù)，并在本文最后進(jìn)一步探究換流保護(hù)控制策略，為以后高壓直流輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供參考性意見。

關(guān)鍵詞：高壓致直流輸電系統(tǒng);換流器;保護(hù);動(dòng)作

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，全社會(huì)的整體用電量也在不斷增加，為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的需要，充分保證高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定，所以必須保證換流器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

一、常見的故障分析

區(qū)內(nèi)故障保護(hù)動(dòng)作、區(qū)外故障保護(hù)不動(dòng)作是換流器的兩個(gè)基本保護(hù)原則。通常來(lái)說(shuō)，換流器設(shè)備故障主要指的是區(qū)內(nèi)故障，另外輸電保護(hù)系統(tǒng)需要按照相應(yīng)的極來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的配置工作，每極一組有12脈動(dòng)換流器，各個(gè)極之間的脈動(dòng)換流器保護(hù)區(qū)具有一定的相對(duì)獨(dú)立性。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，換流器發(fā)生故障的某一特性和單極大地回線方式存在共通之處。

二、常見的故障保護(hù)分析

（一）閥組短路保護(hù)

閥組短路保護(hù)裝置能夠檢測(cè)各個(gè)閥之間的短路，以及接地故障、換流閥的相間短路等之類故障，以此避免換流閥出現(xiàn)故障[1]。根據(jù)閥組短路故障，換流器將會(huì)自動(dòng)開啟保護(hù)設(shè)置，避免換流閥承受較大的壓力。

1.橋臂短路

若發(fā)生兩相橋臂短路，則會(huì)使交流側(cè)電流突然增加，甚至達(dá)到兩相短路電流的兩倍乃至三倍，此時(shí)直流電也會(huì)減少。這時(shí)，交流側(cè)一側(cè)的電流是直流額定電流的兩倍，換流器會(huì)進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作。

2.換相失敗保護(hù)

換相失敗保護(hù)裝置，能夠檢測(cè)因交流電網(wǎng)擾動(dòng)造成的換流器換相失敗的問(wèn)題，及時(shí)檢測(cè)問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)原因，減少交流電擾動(dòng)的次數(shù)，避免換流器頻繁出現(xiàn)換相失敗，進(jìn)而保證直流系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。整流側(cè)發(fā)生短路時(shí)，接地故障點(diǎn)會(huì)使交流交流電流小于額定電流，在正流測(cè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)是，交流電流大于額定交流，通常來(lái)說(shuō)，整流側(cè)接地發(fā)生故障時(shí)，換流器一般不會(huì)開啟保護(hù)動(dòng)作[3]。

3.直流差動(dòng)保護(hù)

在系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)閾Q流器出口高低壓測(cè)直流電電流是相同的，所以如果換流器出現(xiàn)接地故障，那么部分電流會(huì)直接通過(guò)接地點(diǎn)，而此時(shí)高低側(cè)電路是不相同，換流器將會(huì)開啟保護(hù)行為。一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)作閥值在小于直流電差值的絕對(duì)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟保護(hù)行為。如果高壓母線發(fā)生短路故障，高壓出口直流電、低壓側(cè)直流電的電流會(huì)增加，但是如果高壓側(cè)直流電增加，低壓側(cè)直流是零，系統(tǒng)也依舊會(huì)開啟自動(dòng)保護(hù)行為，同時(shí)，如果高壓側(cè)電流增加，低壓側(cè)的電流是零，在判定此保護(hù)依據(jù)符合既定條件時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)開啟保護(hù)行為;中性母線發(fā)生短路時(shí)，因低壓側(cè)分流，直流電流會(huì)減少，此時(shí)可以開啟保護(hù)行為。同樣，換流器內(nèi)部短路也會(huì)是低壓側(cè)分流，系統(tǒng)依舊會(huì)開啟保護(hù)行為的。

4.直流/交流過(guò)電流保護(hù)

預(yù)防晶閘管損壞，能有效的避免換流器損壞狀況。其主要保護(hù)原理是，檢測(cè)直流換流器電流是都處于最大值，若故障電流已經(jīng)超出了預(yù)定值，換流器將處于閉鎖狀態(tài)。需采用直流運(yùn)行與主保護(hù)配合形式，設(shè)置保護(hù)定值。

在電流保護(hù)過(guò)程中，要測(cè)量換流變壓器閥側(cè)Y繞組、D繞組電流，通過(guò)采集兩者的最大值與平均值，比較兩者的差值[4]。若交流過(guò)電保護(hù)中，產(chǎn)生了控制障礙問(wèn)題以及短時(shí)過(guò)載等障礙，交流保護(hù)將作為其他保護(hù)系統(tǒng)的備用保護(hù)，只有其他保護(hù)系統(tǒng)不開啟保護(hù)行為時(shí)，備用保護(hù)才會(huì)開啟保護(hù)行為。在逆變側(cè)、換流變橋側(cè)短路時(shí)會(huì)提升交流電量其他故障不會(huì)導(dǎo)致交流過(guò)流的產(chǎn)生，因此，換流變橋發(fā)生短路且處于不動(dòng)作時(shí)，換流器才會(huì)開啟保護(hù)行為。

5.閥組差動(dòng)保護(hù)

所謂的閥組差動(dòng)保護(hù)是一種基于差流波形綜合判別的保護(hù)方法，通過(guò)綜合判別閥組差流的波形，并根據(jù)波形的差異、特征，進(jìn)而識(shí)別所發(fā)生的故障是否在保護(hù)范圍內(nèi)，然后通過(guò)判別綜合閥組之間的差動(dòng)與救濟(jì)差動(dòng)定值，調(diào)整閥組差動(dòng)的延時(shí)。這種方法能夠避免間斷性差流影響，減少影響中的誤差，同時(shí)保護(hù)范圍內(nèi)的故障能通過(guò)可靠的動(dòng)作隔離故障。

6.橋差保護(hù)

橋差保護(hù)可以分為橋差電壓保護(hù)與橋差電流保護(hù)，橋差保護(hù)是用較平衡電橋、四臂電橋去平衡角線電流、電壓差。以保證電流差的穩(wěn)定。換流器橋差保護(hù)的基本原理為：橋差保護(hù)所采用的是換流變閥繞組的TA的二次電流，在正常情況下，兩橋交流線上的電流是相等的，在發(fā)生故障時(shí)，換流變以及換流變閥側(cè)的電流根據(jù)預(yù)判的條件進(jìn)行判別，如果滿足相關(guān)條件，換流器進(jìn)行橋差保護(hù)，跳開網(wǎng)絡(luò)兩側(cè)的交流斷路器。

三、換流器保護(hù)控制策略

（一）單極故障控制策略

當(dāng)保護(hù)系統(tǒng)在檢測(cè)出換流器的具體故障時(shí)，此時(shí)會(huì)向故障極發(fā)送一個(gè)關(guān)于故障相關(guān)信號(hào)，整流站在接受到故障的相關(guān)信號(hào)時(shí)，會(huì)立即發(fā)生一個(gè)變相160度，這時(shí)整流器處于逆變工作狀態(tài)，待直流電降低至零值，直流系統(tǒng)的開關(guān)就會(huì)斷開，交流側(cè)開關(guān)會(huì)直接跳開。

（二）雙極故障控制策略

如果系統(tǒng)的兩個(gè)極都出現(xiàn)故障，此時(shí)要及時(shí)停運(yùn)兩個(gè)故障極。當(dāng)輸電極未出現(xiàn)故障，為進(jìn)一步提高輸電線路的使用效率，需要將開關(guān)倒閘門操作系統(tǒng)設(shè)置為金屬回線模式，這時(shí)的直流功率會(huì)下降到原來(lái)的七分之三，其輸電線路的使用效率也得到較大的提高。當(dāng)直流保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)到兩個(gè)極的故障時(shí)，會(huì)立即啟動(dòng)停止運(yùn)行功能，此時(shí)發(fā)生故障的兩極會(huì)停止運(yùn)行;同時(shí)系統(tǒng)的故障極也會(huì)進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換與發(fā)送，通過(guò)電流控制整體值的重新設(shè)定，進(jìn)而保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)作。

參考文獻(xiàn)：

[1]聶琪，胡浩亮，劉少波，等. 一種直流電壓互感器的低壓現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)方法[J]. 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，43（1）：12-16.

[2]李晨光，范菁. 特高壓直流換流閥TFM板發(fā)熱原因分析及改造[J]. 云南民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，30（2）：169-173.

[3]國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院. 一種直流電流互感器寬頻傳輸特性測(cè)試系統(tǒng)及方法：CN202010547695.0[P]. 2020-09-18.

[4]汪娟娟，黃夢(mèng)華，傅闖. 交流故障下高壓直流運(yùn)行特性及恢復(fù)策略研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2019，39（2）：514-523.

作者簡(jiǎn)介：宋海彬（1987-02），男，漢，山東文登人，本科學(xué)歷，換流站正值班員，研究方向?yàn)楦邏褐绷?、柔性直流運(yùn)行維護(hù)。