±10kV直流配电系统过电压与绝缘配合

过电压与绝缘配合是直流配电的关键技术之一,其研究结果对于直流配电系统关键设备的选型具有重要的指导作用。本文针对基于模块化多电平换流器(MMC)的深圳±10kV直流配电网示范工程,在借鉴传统直流工程和柔性直流输电工程研究成果基础上,结合直流配电系统自身特点,提出了两种适用于该系统的绝缘配合方案:一种为不配置避雷器,在过电压统计结果上乘以一个较大的绝缘裕度来确定设备绝缘水平;另一种为配置少量避雷器,通过避雷器的保护水平确定设备绝缘水平。基于PSCAD/EMTDC建立系统的内部过电压仿真模型,仿真计算了不同方案下典型故障时关键位置的过电压,并最终确定了两种方案下系统关键设备的绝缘水平,为工程设计提供了参考。     

柔性直流配电网系统操作过电压的研究

操作过电压严重影响着柔性直流配电设备的安全运行,对其产生机理进行研究具有重要意义。以±10 k V柔性直流典型配电网为例,详细分析了交流侧区域、换流器区域和直流线路区域可能发生的各类故障,包括交流单相接地、阀底接地、阀顶接地、阀顶极间短路、桥臂短路、直流断路器误动作、线路单极接地和线路双极短路等故障类型,深入研究了各类操作过电压的产生机理。在系统控制保护和配置避雷器的基础上,详细统计了系统关键位置及设备的最大过电压水平。研究结果可为柔性直流配电网后续绝缘配合的研究提供参考。     

±800kV特高压换流站直流侧操作过电压的仿真与研究

根据国内外现有的资料,利用PSCAD/EMTDC软件,建立了一个较完整的换流站操作过电压计算模型,研究了有关操作和故障情况下±800 kV换流站直流侧可能出现的操作过电压。计算换流站主要设备典型故障工况时,对交流母线、直流线路、中性母线等设备可能产生的最大操作过电压水平进行了分析,还针对避雷器配置方法以及有避雷器和无避雷器时的过电压计算进行了研究。仿真计算结果表明,其有利于进一步分析特高压直流输电系统中因交直流系统故障引起的操作过电压大小以及相应绝缘水平的确定。     

多换流器并联运行的直流输电工程暂态过电压

随着直流输电特别是多端直流输电技术的发展及广泛应用,多个换流器并联连接的接线方案得到越来越多的研究和应用。依托400 kV青海—西藏直流联网工程采用电磁暂态仿真的方法研究了2换流器并联结构与单换流器结构相比,在各种故障工况下系统过电压水平,以及阀避雷器、交流避雷器、中性母线避雷器、直流极线和6脉动中点避雷器电流、能量变化的规律。结果表明,在某些工况下,故障后过电压水平和避雷器电流、能量均有变化。发生换流变阀侧接地故障时,阀避雷器能量增加2倍以上,交流单相、三相接地故障后,交流避雷器能量增加60%,因此在绝缘配合设计时需要相应增加避雷器并联数量。所得研究结论可为多换流器并联结构过电压与绝缘配合设计提供参考。     

中压直流配电系统故障过电压水平分析

为解决珠海"互联网+"柔性直流配电系统的绝缘配合问题,运用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了三端柔性直流配电系统模型,对主换流器区域和直流线路区域的典型故障事件、保护动作后的系统关键位置过电压水平进行仿真,并通过同类故障点间的比较得到每种故障事件下的过电压最大水平。仿真结果表明,主换流器区域的桥臂电抗器阀侧接地故障、直流电抗器阀侧极间短路故障是过电压较严重的2种故障情况;直流线路区域的极间短路故障发生时,主换流器区域过电压较直流线路区域更严重;主换流器区域的联接变压器阀侧单相接地故障和直流线路区域的首端单极接地故障特性较相似。     

Transient Overvoltage of HVDC Power Transmission Project With ParaUelly Operated Converters

随着直流输电特别是多端直流输电技术的发展及广泛应用,多个换流器并联连接的接线方案得到越来越多的研究和应用。依托±400kV青海一西藏直流联网工程采用电磁暂态仿真的方法研究了2换流器并联结构与单换流器结构相比,在各种故障工况下系统过电压水平,以及阀避雷器、交流避雷器、中性母线避雷器、直流极线和6脉动中点避雷器电流、能量变化的规律。结果表明,在某些工况下,故障后过电压水平和避雷器电流、能量均有变化。发生换流变阀侧接地故障时,阀避雷器能量增加2倍以上,交流单相、三相接地故障后,交流避雷器能量增加60％,因此在绝缘配合设计时需要相应增加避雷器并联数量。所得研究结论可为多换流器并联结构过电压与绝缘配合设计提供参考。     

柔性低频输电系统换流站故障后瞬态过电压

柔性低频输电兼具工频交流和直流输电的技术优势,在海上风电送出、新能源汇集以及城市电网柔性互联等场景具有应用潜力。柔性低频系统换流站故障及后续闭锁阶段会产生较严重的瞬态过电压,影响站内参数设计和绝缘配合。为此,针对柔性低频输电系统换流站典型拓扑和参数,建立了过电压仿真模型,对典型故障后瞬态过电压进行仿真研究;结合故障后过电压产生特点,将故障后的过程分为4个暂态阶段,分别分析了各阶段中不同位置的过电压特征以及产生原因。在考虑不同的故障工况和对应保护动作策略的条件下,仿真计算了换流站关键位置和设备的最大瞬态过电压水平,提出了换流站避雷器配置方案,并验证了其对瞬态过电压的抑制效果。研究结果表明：故障发生、换流器控制响应、换流器闭锁以及断路器断开的4个瞬态过程均会在换流站内不同位置产生过电压,其中换流器闭锁阶段的过电压水平最高;在不考虑抑制措施时,220 kV区域的瞬态过电压标幺值可达3.28,桥臂电抗器端间过电压标幺值可达3.83;所提避雷器配置可以有效抑制过电压,且各避雷器吸收的能量符合要求。研究结果可为柔性低频换流站参数设计及绝缘配合提供依据。     

多端柔性直流配网过电流过电压协调防护研究

多端柔性直流配网因其诸多技术优势而成为未来智能电网的重要发展方向之一,其典型故障中的过电流和过电压防护方法研究是关键技术之一。本文针对±10kV三端柔性直流配网开展了典型故障下过电流和过电压仿真分析,提出了三端柔性直流配网过电流和过电压防护方案,并分析了系统过电流防护方案对过电压的影响以及过电压防护方案对过电流的影响。首先,针对某三端柔性直流配电系统,在PSCAD/EMTDC建立了电磁暂态仿真分析模型;其次,分析了系统双极短路故障时过电流的产生原因,并提出了两种限流措施及参数,在此基础上仿真分析了两种限流措施对系统过电压的影响;最后,基于上述仿真结果提出了系统避雷器配置方案,仿真分析系统在不同限流措施下关键设备的绝缘水平,以及系统在配置与未配置避雷器情况下对过电流的影响,最终提出了系统过电流和过电压的协调防护方法。研究结果可为多端柔性直流系统的过电流过电压防护方案选择提供参考。     

直流断路器对直流电网过电压特性的影响分析

直流断路器安装于直流电网后会对直流系统的过电压特性产生影响,尤其是直流断路器相邻位置的绝缘特性需要仔细校核。在分析了混合式直流断路器工作原理的基础上,针对相邻位置安装避雷器和不安装避雷器2种方案分别进行了过电压机理研究和仿真分析。为进一步降低直流单极接地故障下直流断路器分断可能造成的较高过电压,基于电压判据提出了一种缓解直流断路器相邻节点过电压水平的保护策略。通过建立三端直流输电PSCAD/EMTDC仿真模型,验证了缓解过电压水平的保护策略的可行性和有效性。     

含直流断路器的柔直配电网过电压与绝缘配合

随着分布式能源的不断应用与普及,直流配电必将成为未来配用电系统的主流形式。作为一种新型的配电系统,柔直配电的过电压与绝缘配合亟须进一步研究和完善,中压直流断路器的加入也导致了系统的操作过电压暂态特性发生了根本变化,须对含直流断路器的柔直配电网操作过电压分布特性及绝缘配合展开分析。首先,构建了±10 kV环网型柔直配电网的电磁暂态仿真模型,设计了基于含直流断路器的保护动作方案;其次,基于保护动作方案,对±10 kV环网型柔性直流配电系统进行操作过电压的仿真分析,得到其幅值的水平空间分布特性和关键位置最大过电压的决定性工况,并提出±10 kV环网型柔性直流配电系统的绝缘配合方案;最后,对直流断路器动作影响下直流电缆护套的暂态感应过电压展开仿真分析。研究表明,直流断路器的加入提高了直流配电网的可靠性和灵活性,避雷器和电缆金属护层保护器的布置方案也得到进一步的优化,对环网型柔直配电网的绝缘配合方案设计有较大意义。     

直流断路器对张北柔直电网中单极接地过电压的影响分析

张北柔性直流电网工程将首次实现混合式直流断路器的工程示范应用,并采用故障率更高的架空线作为输电线路,因此故障过电压对整个系统的威胁更加严峻。文中以柔直电网中直流侧发生单极接地故障为例,研究了含有直流断路器下的单极接地故障暂态特性,并在PSCAD/EMTDC平台上搭建了柔直电网过电压仿真模型,仿真分析了直流断路器中避雷器限电压系数γ、转移支路子模块闭锁时间和避雷器投入方式对关键节点和设备上过电压水平的影响。结果表明:柔性直流换流站的直流母线、换流变阀侧、限流电抗器端间和金属回线过电压随着γ的增大而增大,避雷器吸收能量随γ取值增大而减小;随着转移支路子模块闭锁时间的增加,单极接地过电压有所减小;避雷器依次投入(带有适当的延迟)比避雷器同时投入在限流电抗器端间产生的过电压大幅减小,而对其他设备的过电压影响不大。研究结果可为柔性直流换流站绝缘设计和直流断路器工程化应用提供参考。     

±1 100 kV直流滤波器典型故障过电压特性研究

为了研究±1 100 k V直流滤波器典型故障过电压的特点及其相应的保护措施,针对±1 100 k V昌吉-古泉直流输电工程,利用PSCAD计算并分析了双极全压运行方式、单极大地回线和单极金属回线运行方式下直流滤波器短路、滤波器高低压电容器组分别击穿等滤波器典型故障产生的过电压及其暂态特性,并在最具代表性的故障情况下,研究了避雷器对过电压特性的影响。基于此,进一步研究了保护控制策略对过电压与能量的影响。结果表明,整流侧发生直流滤波器短路故障时,过电压更为严重;单极金属回线下发生直流滤波器短路故障时,过电压更为严重且避雷器吸收能量过大;增设避雷器与保护控制后,关键节点的过电压值均低于该处的绝缘水平,避雷器吸收的能量也未超过其吸收能力。     

±800kV锦苏直流工程全压启动故障仿真分析

特高压直流系统出现全压启动故障时会在线路和直流母线设备上产生很高过电压,威胁设备和系统的运行安全。文中运用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立了±800 k V锦屏-苏州特高压直流工程全压启动故障计算模型,仿真计算了该工程在金属回线、单极大地回线和双极大地回线3种运行方式下出现全压启动故障时引发的过电压、过电流,分析了其波形与幅值,核算了此时设备的绝缘裕度是否满足要求。计算结果表明,在当前的避雷器配置下,锦苏特高压直流工程出现全压启动故障时的过电压最高达到1 398.5 k V,低于设备1600 k V的绝缘水平且满足10%的绝缘裕度要求。文中的研究成果可为特高压直流工程的设计、运行和维护提供参考。     

1000kV输电系统中性点小电抗过电压和绝缘水平

为深入研究系统中性点电抗的过电压和绝缘水平,首先指出简单地断开两相高抗来确定该过电压不符合实际运行情况且严重偏高,提出了1000kV交流同塔双回输电系统中性点小电抗的过电压计算方法、应考虑的工况;采用稳态计算确定暂态过电压,采用瞬态计算确定瞬态过电压和避雷器吸收能量介绍了淮南至上海1000kV交流同塔双回输电系统的计算结果。根据中性点过电压水平提出中性点避雷器的额定电压并进行了故障或操作状态下避雷器吸收能量的校核;依据避雷器的保护水平和中性点的各类过电压计算值提出了中性点绝缘水平要求值并建议在进行小电抗工频耐压试验的过程中同时检测局部放电量。最后对长治特高压变电站中性点小电抗在调试时的故障原因进行分析,并介绍了国内外中性点小电抗绝缘水平的选择情况及运行经验。     

特高压直流接地极线路过电压研究

针对±800 kV宾金直流工程发生的"7.13"直流接地极线路烧毁故障,使用电力系统分析软件MATLAB Sim Power Systems建立电磁暂态仿真模型,对直流系统不同运行方式下高压侧接地引起的直流接地极线路内部过电压特征及分布进行了分析,量化了接地极线路内部过电压水平。分析表明特高压接地极线路内部过电压与接地极线路长度、直流系统运行方式、出线避雷器参数有关;宾金直流工程宜宾侧接地极线路最大内部过电压幅值为278 kV,金华侧接地线路最大内部过电压幅值为60 kV;宜宾侧接地极线路绝缘子并联间隙干弧距离设计为20 cm,在故障时刻绝缘配合失效是引起"7.13"故障的原因。     

±1100 kV直流换流站典型接地过电压研究

为了研究±1 100 kV直流换流站内典型接地过电压的特点以及检验避雷器配置的合理性,针对准东—皖南±1 100 kV特高压直流输电工程,利用PSCAD程序仿真计算了双极全压运行方式、单极金属回线运行方式、单极大地运行方式下阀顶接地、换流变阀侧接地、直流母线接地和直流极线出口接地等典型接地故障产生的过电压,并分析了其波形特征,给出了避雷器的最大残压和吸收能量。计算结果表明,整流侧接地故障时避雷器吸收的能量约为逆变侧的10倍;在当前避雷器布置下所有关键节点的过电压值均低于该位置的绝缘水平,且避雷器吸收能量均未超过其能量吸收能力,因此目前的避雷器布置是合理的。     

基于柔性直流的±10kV配电网雷电侵入波过电压仿真

基于柔性直流的配电系统因方便新能源接入等各种优点而成为国内外的研究热点,过电压及防护是其重要研究方向之一。为此,针对某基于柔性直流的±10kV配电网开展了雷电侵入波过电压及防护措施研究。首先,依据±10kV配电网主接线形式分析换流器在雷电侵入波下高频模型的建模方法,并基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真程序建立交/直流侧雷电侵入波过电压仿真模型。其次,仿真分析了雷电流直击导线和雷击塔顶反击时换流器内各设备雷电过电压分布及影响因素,并对比分析杆塔侧加装L型避雷器对各设备雷电过电压的限制作用。仿真结果表明:交/直流侧不配置L型避雷器雷直击导线、反击塔顶时换流器承受最大雷电流幅值分别为50 k A/34 k A和28 k A/32 k A,而配置L型避雷器后交/直流侧承受最大雷电流幅值提高至75 k A。最后,根据交/直流侧雷电侵入波在各设备上形成的最大过电压,校核避雷器配置方案并确定关键设备的雷电冲击绝缘水平。计算结果表明:直流侧开关场设备、直流电抗器及交流侧联接变压器雷电冲击绝缘水平取为60kV,而直流侧母线上设备、直流侧联接变压器雷电冲击绝缘水平取为40kV。     

直流保护策略对特高压换流站过电压与绝缘配合影响的仿真分析

特高压直流换流站作为特高压直流输电工程的枢纽,其绝缘配合方案对工程的技术经济性能影响较大。为研究特高压直流换流站绝缘配合研究中出现的直流系统保护策略对换流站过电压与避雷器配置的影响,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真程序建立了糯扎渡电站送电广东±800kV直流输电工程的直流暂态过电压仿真模型,仿真分析了高端换流变YY阀侧接地和接地极线或金属回线接地故障下直流保护策略对直流暂态过电压和避雷器应力的影响。研究结果表明,直流系统保护策略对换流站绝缘配合有较大影响,糯扎渡电站送电广东±800kV直流输电工程换流站中性母线避雷器配置方式或直流保护策略需要在云南至广东±800kV特高压直流输电工程基础上进行改进。工程中若不能减小换流器直流差动保护和中性母线过电压保护的延迟时间,则建议增加中性母线避雷器E1H和E2H的并联台数以满足设计要求。     

±1100 kV特高压直流输电工程直流滤波器过电压与绝缘配合

直流滤波器是直流输电工程直流场的重要设备之一.详细分析了直流滤波器避雷器配置方案及参数选择过程,给出了避雷器参数选择的具体表达式.研究了对直流滤波器绝缘水平起决定性作用的故障工况：直流极线接地短路、直流极线侵入操作波;建立了这2种故障工况计算模型,模型中需要考虑故障点到直流滤波器高压端之间的故障电感.基于具体±1100kV特高压直流输电工程,对直流滤波器设备进行过电压计算.计算结果给出了滤波器各设备的最大暂态过电压,进而根据绝缘裕度确定了该特高压直流工程直流滤波器各设备最终的绝缘水平,为设备选型和制造提供依据.     

MMC-HVDC系统过电压保护和绝缘配合的研究

在整个MMC-HVDC系统的设计中,过电压保护和绝缘配合是一个必须解决的关键问题。鉴于国内外相关专题研究较少,在充分借鉴传统直流工程以及MMC-HVDC系统本身特性研究成果的基础上,基于西门子Transbay工程,提出了一种适用于MMC-HVDC系统的过电压保护方案。该保护方案通过将避雷器安置在换流站的关键位置,通过限制关键点的过电压去实现保护换流站关键部件的功能。鉴于该工程全部采用直流海缆,可以不考虑雷电过电压,所以提出了14种换流站中可能发生的故障,用来作为换流站绝缘设计的校核工况。借助于PSCAD/