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。     

不同故障下特高压换流变压器差动保护动作特性分析

换流变压器作为高压直流输电系统中重要的电气设备,其继电保护对保障系统安全运行有着非常重要的作用。目前,变压器大多采用基于二次谐波制动的差动保护闭锁方案。特高压直流输电系统中换流器的非线性导致换流变压器和普通电力变压器差动保护存在差异。通过构建相应的短路电流流通路径,研究了换流变压器差动电流在区内单相接地短路故障、区内相间短路故障以及整流侧阀短路故障情况下的特点。研究结果表明,换流变发生区外故障时差动保护不会误动,但换流变发生区内故障时差动保护可能拒动。     

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。     

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。     

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。     

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。     

变压器零序差动保护制动电流算法探讨

在制定云广直流工程换流变压器保护计划时,发现采用基于高压侧相电流之差原理的变压器零序差动保护制动电流算法结果有问题。通过整定计算实例和理论分析,指出该"新算法"用于换流变压器等单侧电源中性点直接接地系统时必然会产生误动;用于高压系统电厂双绕组升压变压器这类双侧电源系统时,所算得的零序制动电流比采用传统算法时的制动电流更小,区外单相接地故障制动效果比传统零序差动保护差。因此,该"新算法"有必要加以改进。     

基于MMC的统一潮流控制器交流侧故障特性及保护方案

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的统一潮流控制器(unified power flowcontroller,UPFC)是适应高压大容量输电的高度可控型灵活交流输电系统装置,其交流侧结构特点突出,故障影响不容忽视,对保护要求高。为此介绍了基于MMC的UPFC整体结构及工作原理,分析了交流侧几种典型故障的故障特性,考虑阀控制的影响。结合MMC-UPFC示范工程,指出变压器阀侧短引线单相接地故障过流程度低,差动保护可能灵敏度不足,并且,串联侧变压器网侧绕组直接串接在交流系统中,传统差动保护仅利用一端电流无法可靠反应绕组两侧的故障。针对上述问题,提出阀侧短引线差动保护采用两段式比率制动特性,以及利用网侧绕组等效电流并增加绕组差动的辅助判据构成改进的串联变压器差动保护,并且保证交流侧保护配置与阀控制保护协调配合。结合RTDS实时数字仿真结果,验证了保护方案的可行性。     

交直流互联系统对换流变压器差动保护的影响分析及对策

换相失败会对变压器的保护性能产生影响。首先,基于叠加开关函数法分析了换相失败导致变压器饱和的机理。然后,重点研究了变压器差动保护在换相失败期间的动作性能。研究结果表明,变压器发生外部故障时差动保护一般不会误动,但变压器发生内部故障时则可能拒动。现有的基于二次谐波制动方案的差动保护并不能较好地适应交直流互联系统。为此,提出了带有新逻辑的综合制动方案。该方案能够保证换流变压器在内部故障时差动保护可靠动作,同时在外部故障时将差动保护可靠闭锁。最后,由PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方案的正确性和有效性。     

基于Yn/Δ接线变压器零序纵差保护原理研究

变压器传统电流差动保护在反映接地故障及匝间故障时灵敏度存在着不足,由此提出了在变压器区内弱故障时仍能可靠动作的基于零序电流的纵差保护方案,不同于目前所说的零序电流差动只是针对变压器Y侧绕组应用,利用Y以及 侧绕组中的零序电流构成差动保护。按照典型的电流互感器配置方案, 侧绕组电流未知,采用零序等值电路计算 侧绕组中的零序环流,PSCAD仿真以及动模数据均验证了该方法的正确性。通过变压器各种故障情况下零序纵差保护和传统保护性能的比较表明：零序电流纵差保护在反映单相接地和小匝间短路时灵敏度更高,且受励磁涌流影响更小。     

基于Yn/Δ接线变压器零序纵差保护原理研究

变压器传统电流差动保护在反映接地故障及匝间故障时灵敏度存在着不足,由此提出了在变压器区内弱故障时仍能可靠动作的基于零序电流的纵差保护方案,不同于目前所说的零序电流差动只是针对变压器Y侧绕组应用,利用Y以及侧绕组中的零序电流构成差动保护.按照典型的电流互感器配置方案,侧绕组电流未知,采用零序等值电路计算侧绕组中的零序环流,PSCAD仿真以及动模数据均验证了该方法的正确性.通过变压器各种故障情况下零序纵差保护和传统保护性能的比较表明:零序电流纵差保护在反映单相接地和小匝间短路时灵敏度更高,且受励磁涌流影响更小.     

特高压直流输电系统换流站故障过电压研究

±800 kV特高压直流输电系统换流站内电容性和电感性组件较多,在发生短路故障时容易引起过电压现象。研究各种操作和故障情况下过电压的特性,保证系统的安全稳定运行非常重要。利用PSCAD仿真软件建立了±800 kV云南—广东特高压直流输电工程的模型,在换流站内选取了换流阀阀顶对中性母线短路故障和换流变压器阀侧单相接地两种典型故障工况进行了研究。结果表明阀顶对中性母线故障时非故障极线路过电压水平较高,在上组四个换流变压器阀侧绕组中高压端Y/Y绕组端子处单相接地时的过电压水平最高。     

交流故障下永富直流换流器差动保护误动风险分析

永富直流的逆变站(广西侧)交流系统稍弱于云南侧,因此当其逆变侧交流系统故障时,极易引起直流系统换相失败,甚至连续换相失败。永富直流继续沿用了延时3 s的100 Hz保护,因此急需对交流系统故障下直流系统保护是否存在误动风险进行分析预判。以永富直流系统仿真模型和现场采用的阀组保护逻辑为基础,仿真分析了逆变侧交流系统不同故障类型、不同故障相角及直流不同运行方式下,现行阀组保护的动作特性并统计了其动作概率,并基于此给出了换流器差动保护误动的风险概率。分析表明:逆变侧交流系统发生单相接地、两相接地以及三相故障时,阀组差动存在误动的风险,而桥差保护不会误动;逆变侧交流系统发生单相接地故障时,直流系统不同的运行方式下阀差保护均有误动的风险,而桥差保护不会误动。因此提出了采用交流故障特征量来闭锁阀差保护以及采用延时来保证保护的选择性的改进策略,其有效性得到了仿真实验验证。     

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。     

基于相序差动电流特征差异的换流变压器匝间保护优化研究EI北大核心CSCD

针对实际特高压换流变压器匝间短路故障时的二次谐波制动判据持续闭锁导致差动保护动作速度较慢的问题,该文详细分析特高压换流变匝间短路故障时的保护动作行为,通过理论分析换流变压器三相的相序差动电流变化量,发现匝间短路故障时具有故障相的相序差动电流变化量幅值为非故障相的两倍且相位差为180°的特定关系,在此基础上,提出相序差动电流开放判据。此外,为防止特殊涌流工况时开放判据误闭锁,增设基于涌流间断偏移特征的识别开放判据,并进一步构造整套基于相序差动电流特征差异的换流变压器匝间保护优化方案。通过现场录波及实时数字仿真(real time digital simulation system,RTDS)仿真验证,提出的保护方法在匝间短路故障且二次谐波制动判据误闭锁时具有高快速性,对于暴露问题的实际故障,保护动作时间由56ms缩短为20ms。同时,保护在各类涌流工况时可靠不误动。该保护算法具有计算量小,对数据采样率要求不高的特点。     

特高压柔性直流输电阀区接地故障保护策略

特高压柔性直流换流阀的全桥子模块数目足够多时,换流阀具有阻断故障电流的能力。在保护动作以后,只通过闭锁换流阀就能隔离交流连接线区域和上、下桥臂之间区域的接地故障。换流阀隔离刀闸与直流母线之间区域和高、低压换流阀隔离刀闸之间区域的接地故障,只能采取闭锁极的方法。而换流阀与换流阀隔离刀闸之间区域的接地故障,乌东德特高压混合直流工程采用了闭锁极的处理策略,另外提出了这一区域接地故障闭锁换流阀的处理策略。然后针对这两种处理策略分别给出了测量设备和保护配置,并提出了直流谐波差动保护和桥臂电抗器谐波差动保护解决在极中性母线侧的桥臂电抗和换流阀的引线上发生接地故障时差动保护灵敏性不足的问题。     

广州换流站换流变压器差动保护附加闭锁功能浅析

换流变压器网侧绕组出现励磁涌流或过激磁电流时,如果换流变压器保护装置的差动保护逻辑没有被可靠闭锁,该装置可能误动作。文章介绍广州换流站换流变压器保护装置KBCH130和7UT513的差动保护动作特性,阐述它们针对励磁涌流和过激磁电流设置的附加闭锁功能;就广州换流站同期装置PSD(Point on Wave Switching Device)运行异常情况下,对一次极1换流变压器充电过程中发生的KBCH130差动保护动作情况进行分析,基于磁通的变化原理估算涌流最小间断时间,用西门子波形分析软件SIGRA4.21分析涌流波形间断情况,结果认为KBCH130设置的间断角定值过大,对应的间断角附加闭锁功能失效而引起此次差动保护误动作。     

换相失败对TA传变特性及换流变差动保护的影响分析

详细研究了换相失败对电流互感器传变特性的影响机理,分析指出换相失败期间注入交流系统中大量的直流分量可能导致电流互感器暂态饱和。从理论上分析了换相失败造成直流分量过大的原因。然后综合分析了在电流互感器、换流变压器同时饱和时换相失败对换流变压器差动保护的影响,结果表明换流变压器发生内部故障时差动保护可能拒动,但发生外部故障时保护一般能可靠闭锁。最后从继电保护和换流器拓扑结构层面提出了相应的解决措施。     

广州换流站换流变压器差动保护附加闭锁功能浅析

换流变压器网侧绕组出现励磁涌流或过激磁电流时,如果换流变压器保护装置的差动保护逻辑没有被可靠闭锁,该装置可能误动作.文章介绍广州换流站换流变压器保护装置KBCH 130和7UT 513的差动保护动作特性,阐述它们针对励磁涌流和过激磁电流设置的附加闭锁功能;就广州换流站同期装置PSD(Point on Wave Switching Device)运行异常情况下,对一次极1换流变压器充电过程中发生的KBCH 130差动保护动作情况进行分析,基于磁通的变化原理估算涌流最小间断时间,用西门子波形分析软件SIGRA 4.21分析涌流波形间断情况,结果认为KBCH 130设置的间断角定值过大,对应的间断角附加闭锁功能失效而引起此次差动保护误动作.     

特殊工况下换流变零序差动保护误动机理分析及对策研究

针对高压直流输电工程中换流变压器零序差动保护误动的案例,分析了特高压换流变中性线上电流互感器在长时间单极-大地运行伴随交流系统高阻故障工况下饱和机理。采用基于工程实际参数的特高压直流输电模型进行仿真分析,揭示换流变零序差动保护误动原因。并根据区内、外故障时保护两侧自产零序电流和中性线零序电流极性差异,提出一种基于S变换相位差的换流变零序差动保护闭锁新判据,以解决特殊工况下换流变零序差动保护误动的问题。通过仿真验证该判据的有效性。