换流变压器阀侧单相接地故障保护动作分析

文章系统分析了超高压直流输电系统的换流变压器阀侧发生单相接地故障时的特点,并讨论了相应的换流变压器差动保护和换流器差动保护的动作行为,最后运用EMTDC对CIGRE直流输电标准测试系统的整流侧和逆变侧换流变压器阀侧单相接地故障进行了仿真分析,研究了交直流保护系统的配合及相关的解决措施,完善了超高压直流输电系统的故障分析和保护配置。     

南桥换流站500kV换流变压器故障保护动作分析

对葛洲坝—南桥直流系统南桥换流站极Ⅰ换流变压器阀侧套管接地故障过程和保护动作情况进行了详尽分析描述。在简要介绍直流保护动作原理的基础上,分析了换流变压器套管转换性故障造成的阀侧接地故障的故障特征以及换流阀换相过程对故障电流的影响。通过对故障录波图的分析,推断故障性质及故障点位置,总结换流变压器阀侧接地故障时直流系统的响应情况,为迅速查清故障提供了理论基础,同时针对故障过程中反映出的逆变侧故障时投旁通对策略存在的缺陷进行了分析。现场对故障的检查进一步证实了所述分析结论,分析结果对工程设计及现场运行具有一定的指导意义。     

特高压直流保护动作策略的研究

比较了特高压直流系统与常规直流系统在主接线上的区别,阐述了特高压直流保护的特点,划分了特高压直流保护的保护分区并配置了保护的测点,提出了特高压直流整流侧或逆变侧换流变压器故障、阀短路故障时的保护动作策略,并采用电磁暂态仿真程序对整流侧或逆变侧换流变压器故障、阀短路故障进行了仿真分析,仿真结果表明提出的动作策略能够可靠退出相应的12脉动换流器,保证直流系统的继续运行。     

逆变侧换流变压器故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

针对特高压直流系统逆变侧阀侧接地故障可能引发换流变压器故障性涌流的问题,讨论故障位于不同电压等级换流桥以及不同时刻下阀桥通断情况的差异,分析换相失败后阀侧故障电流特征,阐述逆变侧故障性涌流产生机理及其特征。在此基础上,分析计及故障性涌流影响的换流变差动保护动作特性。研究结果表明,故障性涌流可能导致换流变区外转区内故障时差动保护误闭锁,针对该问题,根据故障时阀侧电流直流分量发生极性反转的特点,提出一种新的防止差动保护误闭锁的解决方案。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了理论分析的正确性。     

灵宝背靠背直流换流站220 kV换流变压器故障保护动作分析

介绍了灵宝背靠背直流换流站220kV换流变压器阀侧套管接地故障过程和保护动作情况。在简要介绍直流接地过流保护原理的基础上,分析了换流变阀侧接地故障的故障特征以及换流阀换相过程对故障电流的影响。通过对故障过程中保护动作情况的分析,总结了灵宝背靠背直流保护对换流变阀侧接地故障的响应情况,提出了在背靠背直流换流站中针对直流接地故障的保护功能设置应进一步完善的环节,对工程设计及现场运行具有一定的指导意义。     

换流变压器阀侧接地故障分析及保护优化

换流变是高压直流输电系统的重要组成部分。换流变阀侧自身无接地点,但直流侧有接地点,当换流变阀侧区内发生单点接地故障时,随着换流阀的导通和关断,故障电流呈现不规则的变化,换流变自身现有保护可能灵敏度偏低。极端情况下,当Y/Y接线变压器阀侧中性点发生接地故障时,换流变自身主保护无法快速动作。文中从换流变的结构及运行工况出发,定性概括了阀侧接地故障后的电流特征;分析了现有保护系统的特性;提出了基于零序差动和快速零序过流原理的换流变阀侧保护优化方案;并结合现场故障录波及实时数字仿真系统仿真波形对其进行了验证。验证结果表明,优化后判据可以有效提高换流变保护在阀侧区内单点接地故障下的灵敏度、动作速度及故障定位准确度。     

一种防止换流变压器阀侧单相接地时差动保护误闭锁的方案

换流变压器是连接交流系统和直流系统的枢纽,对系统安全运行有着重要影响。由于其直接和换流器相连,阀的单向导通性对换流变压器差动保护的选择性造成了严重影响,可能导致换流变压器在区内故障时二次谐波占比超过15%,使差动保护误闭锁。该文基于故障后阀的通断情况研究了逆变侧换流变压器发生阀侧绕组末端单相接地故障后的等值电路,分析了差动保护误闭锁的原因。依据换流变压器阀侧三相电流和的特征,提出一种防止单相接地故障时差动保护误闭锁的方案。理论分析和仿真结果表明采用该方案的差动保护在阀侧绕组末端单相接地时能可靠动作,在励磁涌流发生时能可靠闭锁。     

逆变侧换流变压器网侧接地故障对差动保护影响分析

特高压直流输电系统逆变侧换流变网侧单相接地故障后,网侧电压跌落可能会引发直流系统换相失败,有直流分量流入换流变压器绕组,使变压器铁芯磁通发生偏移,引起换流变饱和,产生故障性涌流,进而影响其安全稳定运行。针对逆变侧换流变网侧单相接地故障产生的故障性涌流问题,通过开关函数理论讨论了换流阀正常换相以及换相失败两种情况下网侧故障电流特征,分析了逆变侧网侧单相接地故障后换流变磁通的变化情况。在此基础上,研究了电流互感器饱和对换流变差动保护的影响。结果表明,换流变网侧区内故障情况下,网侧电流互感器饱和,使得换流变差动电流二次谐波含量超过门槛值,导致差动保护误闭锁。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了分析的正确性。     

逆变侧换流变阀侧连接线单相接地动作策略分析

高压直流输电逆变侧换流变阀侧连接线单相接地故障动作策略投旁通对后,巨大的短路电流会流经阀组.分析这种接地故障动作策略投旁通对后的阀组电流流向及大小.对比分析投旁通对和不投旁通对阀组的过流情况.提出优化的动作处理策略,使得在任何情况下逆变侧换流变阀侧连接线单相接地故障的保护动作处理过程中,不会造成阀组流过大的电流,避免阀组损坏.     

整流侧大容量变压器充电对高压直流输电工程运行影响分析及改进措施研究

大容量变压器充电过程中产生的励磁涌流是交流系统常见的二次谐波来源之一,因高压直流输电工程固有运行特性,整流侧交流系统100 Hz谐波分量经直流换流阀转变后在直流侧呈现为50 Hz谐波分量,在直流线路谐波放大作用下,极易引发逆变站50 Hz谐波保护误动,甚至导致高压直流输电工程多回、多极闭锁,故在工程规划设计阶段需全面充分评估整流侧交流系统大容量变压器、换流变压器充电对直流工程运行的影响,同步策划解决方案。以某直流工程整流站换流变压器充电及整流侧交流系统电厂主变充电期间逆变站两起50 Hz保护动作为例,详细分析了保护动作原因,明确了整流侧大容量变压器、换流变压器充电对该直流输电工程安全运行的影响,并提出了后续运维建议及彻底整治措施研究的技术路线。     

直流输电系统紧急停运方式对系统过电压的影响

基于云广±800kv特高压直流输电工程的参数,研究了直流输电系统在最高电位换流变阀侧对地故障、逆变站闭锁而旁通对未解锁、逆变站交流电源丢失等三种故障工况下紧急停运方式对系统暂态过电压的影响,紧急停运方式包括移相、投旁通对闭锁和直接闭锁。分析结果表明,对于整流站换流变阀侧以及直流线路故障而言,采取故障后移相方式与直接闭锁相比可以更好地降低阀上的过电压;对于逆变站意外闭锁类型的故障,整流站5ms内移相的紧急停机策略可以显著降低逆变站极线上的过电压水平;逆变侧交流系统严重故障时,逆变站10ms内投旁通对的紧急停机策略可以最大限度降低高端换流变压器阀侧过电压水平。     

天生桥—广州直流工程控制保护系统改造后的过电压分析

基于改造后的天生桥—广州±500 kV高压直流输电工程,计算分析了在换流变Y/Y线圈阀侧单相接地、交流相间操作冲击、逆变侧失交流电源和逆变侧闭锁而旁通对未解锁4种典型故障工况下的系统过电压,确保在改造后的控制保护系统下,系统各点过电压及避雷器能耗限制在合理范围内,各电气设备能安全运行。分析结果表明:换流变Y/Y线圈阀侧单相接地故障将在中性母线上产生较高过电压,中性母线避雷器能耗较大;交流相间操作冲击会在阀两端产生较大过电压,阀避雷器动作;逆变侧失交流电源会在逆变站交流母线产生较高过电压,交流母线避雷器动作。逆变侧闭锁而旁通对未解锁会在逆变侧直流极线产生很高的过电压,直流极线避雷器能耗较大。上述4种故障工况下,各避雷器能耗均未超过设计通流容量,避雷器能安全稳定运行。     

采用新型换流变压器及其滤波系统对换相失败的影响

分析了直流输电的换相失败机理及影响换相失败的因素。考虑到新型换流变压器及其滤波系统的阀侧滤波支路会对直流输电系统中各运行变量产生一定的影响,以实验室建立的直流输电系统模拟平台为研究对象,给出了新系统下阀侧无功补偿度的定义,当逆变侧采用新型换流变压器及其滤波系统后,详细分析了多种因素对逆变侧换相失败的影响并得出如下结论:阀侧无功补偿度对换相过程的改善能力不大;直流电流和换相电抗的增加会增大逆变器发生换相失败的几率;越前触发角的增大可有效降低逆变器发生换相失败的几率;不对称故障时,换相电压过零点的偏移会使得与发生单相接地短路相相连的逆变器上、下2个换流阀最易发生换相失败。最后,提出了新系统条件下避免发生换相失败的措施:增大越前触发角或关断角的整定值;适当降低换流变压器的换相电抗;保持换相电压的稳定。     

基于模块化多电平换流器的多端柔性直流系统接地方式

对舟山多端柔性直流输电系统的接地方式进行了研究,确定了各换流站应采取的接地方式,其中定海和岱山换流站推荐联结变阀侧采用星形电抗＋中性点电阻接地的方式,衢山、洋山和泗礁换流站推荐采用Y/Y型联结变＋阀侧绕组中性点电阻接地方式.在确定各换流站接地方式的基础上,计算确定了换流站设备的过电压和绝缘水平,其中定海和岱山换流站联结变网侧为220 kV交流系统,推荐的设备雷电冲击绝缘水平为950 kV,其他三站联结变网侧为110 kV交流系统,推荐的设备雷电冲击绝缘水平为450 kV;五端换流站联结变阀侧及直流侧的额定电压基本一致,联结变阀侧交流母线的雷电和操作冲击绝缘水平推荐为650 kV（或750 kV）和550 kV,200 kV直流母线的雷电和操作冲击绝缘水平推荐为650 kV（或750 kV）和550 kV.     

特高压换流变故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

从磁链变化角度分析特高压换流变压器(简称换流变)阀侧发生单相接地故障时由换流阀单向导通性引起的励磁涌流(定义为故障性涌流)的产生机理和变化特点。以特高压直流输电系统中某一换流变为例,分析故障性涌流对换流变差动保护动作特性的影响。研究结果表明,故障性涌流容易导致换流变区外故障转区内时差动保护误闭锁。针对该问题,进一步分析发现,由于换流阀的单向导通性使得转换性故障发生后差动电流的直流分量存在由负极性到正极性反转的特征,进而利用该特征提出换流变差动保护闭锁逻辑改进判据。仿真结果证明了所提判据的可靠性。     

基于选相投旁通对的LCC-HVDC系统逆变侧换流变故障性涌流主动抑制策略

当高压直流输电系统换流变阀侧发生单相接地故障,由于换流阀的单向导通性,阀侧故障电流中含有较大的直流分量,流入换流变可能导致换流变饱和并产生“故障性涌流”。与传统三大涌流不同,故障性涌流由阀侧单相接地故障诱发并受直流控制与保护系统的影响。计及直流控保系统的影响,分析了逆变侧换流变发生阀侧单相接地故障时,换流变故障性涌流的产生机理及其对换流变差动保护的影响。针对换流变保护区内阀侧单相接地故障场景下,故障性涌流可能导致差动保护误闭锁的问题,提出了一种基于选相投旁通对的故障性涌流主动抑制策略,可以从根本上避免差动保护误闭锁问题。基于PSCAD/EMTDC的仿真实验验证了所提方案的有效性。     

直流换流站星角换流变差动保护的灵敏度校验

以糯扎渡电站送电广东±800 kV直流输电工程普洱换流站星角换流变压器为例,论述了其差动保护的计算整定及灵敏度校验.通过在Matlab中建立12脉动换流器的直流输电模型,对换流变压器差动区内阀侧上两相金属性短路进行仿真,同时辅以南方电网在许继集团进行的换流变压器保护装置（RTDS）试验中数据和波形为佐证.综合分析后得出：在直流输电系统中,由于星角换流变压器差动保护采用套管TA,其灵敏度校验应按系统最小运行方式下星角换流变压器差动保护区内换流变压器阀侧上三相金属性短路计算而不是常规的两相金属性短路计算.     

柔性直流配电系统换流器交流侧接地故障的分析

柔性直流配电网中的换流器若经联结变压器接入交流电网,联结变与换流阀之间发生绝缘损坏会产生换流器交流侧接地故障。接地故障对系统运行的影响及其保护方案值得研究。首先分析了柔性直流配电网中各部分的共模等效模型。考虑联结变不同的接地方式,建立了一个典型的五端柔性直流配电系统共模等效电路。推导了各端基频共模电流、电压的计算公式。其次考虑系统可能存在的各种谐振,提出了一种基于换流器直流侧基频共模电流、电压以及功率方向的多端柔性直流配电系统交流侧接地故障的保护方案。最后在PSCAD仿真平台上进行了验证。