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。     

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。     

多端柔性直流配电网接地方式设计

多端柔性直流配电网是柔性直流输电技术与配电网相结合的新型应用形式,该配网技术采用多端电压源换流器构建跨台区低压直流互联系统,利用优化下垂控制实现台区间基于配电变容比(容量比例)的自适应潮流转供。针对所采用的电压源换流器,推导出其稳态零序等效电路,并得出零序入地电流的计算式。通过分析电压源变流器直流侧不同接地方式下稳态零序入地电流、交流侧滤波器不同接地方式下滤波效率及交流滤波器共模电压,提出直流侧不接地、交流滤波器直接接地具有较优的稳态运行特性。基于PSCAD/EMTDC建立了4台区等值配电网的多端柔性直流配电网电磁暂态模型,以交流阀侧单相接地故障及直流侧单极接地故障为典型暂态故障场景,对比分析了不同接地方式下的交/直流侧故障电流水平、直流母线电压波动及故障电压恢复特性等暂态特性,结论验证了所选接地方式同时具有优越的暂态故障特性。     

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。     

直流保护系统CT饱和引起直流工程桥差保护误动分析及改进措施

针对直流工程中逆变侧换流变网侧单相瞬时金属性接地故障引起直流保护系统桥差保护误动现象,分析了在此种故障情况下,换流变压器D绕组零序分量造成直流保护系统CT饱和,是造成直流桥差保护误动的原因。从两方面提出了解决误动问题的方法,一是对直流保护系统CT进行改进,旨在找到适合直流工程直流保护系统应用的CT。二是在桥差保护软件中,展宽交流低电压信号持续时间,以躲过CT饱和产生的差流存在时间。通过数字仿真试验,结果表明该方法切实、有效,保证了直流保护系统保护动作的正确性。     

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。     

直流保护系统CT饱和引起直流工程桥差保护误动分析及改进措施

针对直流工程中逆变侧换流变网侧单相瞬时金属性接地故障引起直流保护系统桥差保护误动现象,分析了在此种故障情况下,换流变压器D绕组零序分量造成直流保护系统CT饱和,是造成直流桥差保护误动的原因.从两方面提出了解决误动问题的方法,一是对直流保护系统CT进行改进,旨在找到适合直流工程直流保护系统应用的CT.二是在桥差保护软件中,展宽交流低电压信号持续时间,以躲过CT饱和产生的差流存在时间.通过数字仿真试验,结果表明该方法切实、有效,保证了直流保护系统保护动作的正确性.     

基于零序电流的超高压自耦变压器相位比较纵联保护的研究

零序电流差动保护对接地故障灵敏度高,动作电流与变压器调压分接头无关,受励磁涌流影响小,原理简单等优点,在超高压自耦变压器保护上得到广泛应用。但零序电流差动保护由于反应自耦变压器三侧零序电流的相量和而动作,受电流互感器饱和影响较大,不易整定,在区外故障切除时常常导致保护的误动。据此提出"基于零序电流的超高压自耦变压器相位比较纵联保护方案"。该方案比较自耦变压器两侧保护处零序电流相位,根据相位相同或相反作为故障判据来区分自耦变压器内部故障或外部故障。动模试验数据和数字仿真验证结果表明,该方案具有对超高压自耦变压器接地故障灵敏度高,选择性好,能够正确反应自耦变压器各种轻微匝间故障,保护判据均不受零序电流非周期分量和故障侧电流互感器(CT)饱和深度的影响等优点。     

关于配电网小电阻接地系统若干问题的探讨

针对配电网经小电阻接地运行方式的特点，着重分析了Z型接地变压器的特性，接地故障电流的分布及接地故障电流对主变压器差动保护的影响，并对用零序电流捕获器滤去接地零序电流从而消除接地故障电流对主变压器差动保护的影响进行了分析。     

基于MMC的电力电子变压器保护系统研究*

介绍了基于MMC的电力电子变压器主电路拓扑及运行原理;对其可能出现的故障类型配置了相应的故障量测点以及保护方法;对MMC型电力电子变压器中存在的特殊故障及保护问题进行了详细分析,包括交流输入侧接地电阻的选择对交流侧接地故障和直流侧单极接地故障的影响,直流双极短路故障发生后采用具有直流故障电流抑制能力的箝位双子模块替换半桥子模块之后产生的过电压问题,以及电力电子变压器隔离级串联电容迅速放电产生冲击过电流问题;针对以上问题提出了相应的保护应对策略,并通过PSCAD仿真证明了所提策略的正确性和有效性。     

基于MMC的配电网电力电子变压器接地设计及故障特性分析

对基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的配电网电力电子变压器在发生交流输入侧单相接地故障、中压直流侧单极接地故障、低压直流侧单极接地故障以及交流输出侧单相接地故障下的故障特性进行了分析。参考MMC-UPFC、MMC-HVDC以及低压交流配电网现有的接地方案,提出适用于配电网电力电子变压器的接地方式:交流输入侧接地变压器接地、交流输入侧大电抗接地、中压直流侧大电阻接地、低压直流侧电容中点接地以及交流输出侧接地变压器接地。对上述接地故障在不同接地方式下的故障特性进行了对比分析,并通过PSCAD仿真平台对所分析接地方式及故障特性进行了仿真验证。最后,基于故障特性分析结果并考虑目前的制造技术,提出了输入侧、输出侧分别采用接地变压器接地作为目前配电网电力电子变压器接地方式的建议。     

基于模块化多电平换流器的直流配电网接地方式选择

合理的接地方式是构建安全、可靠、高效直流配电系统的重要保障。针对基于模块化多电平(modular multi-level converter,MMC)换流器的直流配电网,首先介绍了其网络拓扑结构及组成,接着按交、直流侧接地点提出了3种典型的接地方案,并重点分析了不同接地方式对交流侧变压器阀侧单相接地故障、IGBT不闭锁情况下直流侧单极接地故障的影响,最后评估了交流侧联结变压器阀侧中性点接地作为MMC直流配电网接地方式的优势。研究结论为直流配电网的接地方式选择和保护配置提供了有益的参考。     

葛洲坝换流站D桥差动保护动作原因及整改

为利于我国高压直流输电安全稳定运行和未来建设与改造,研究了葛南线±500kV直流输电工程的系统故障问题。2006-06-21葛洲坝换流站D桥差动保护动作,导致双极停运,其原因是葛双II回A相瞬时接地故障,换流变压器交流侧的零序电流在D绕组内产生零序环流,叠加上直流系统的负荷电流使总电流偏向一边,产生的较大直流分量引起TA传变特性变差,导致TA各相暂态特性不一致,从而使保护检测到错误的差流。从硬件和软件两方面探讨了解决问题的办法,可供其他高压直流工程D桥差动保护设计和改造参考。     

浅谈主变压器零序电流保护配置与实际应用中的计算

变压器的零序电流保护、变压器间隙电流保护与变压器零序电压保护一起构成了反应零序故障分量的变压器零序保护,作为变压器绕组、引线、相邻元件接地故障的后备保护,是变压器后备保护中的重要组成部分,同时也是整个电网接地保护中不可分割的一部分.文章介绍了主变压器零序电流保护的配置情况,通过实际应用的计算,指出带方向的零序电流保护、不带方向的零序电流保护,不接地时的零序电压保护的具体应用.     

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。     

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。     

变压器问隙零序电压保护动作事例分析

结合电网实际运行中发生的1起110kV输电线路B相断线至主变间隙零序电压保护动作跳主变各侧断路器的事件,应用对称分量法分析了接地电网发生单相接地及单相断线后零序电流、电压的分布情况,论述了保护动作的正确性。同时对主变中性点零序电压定值提出了整定建议,阐述了中性点不接地变压器加装间隙保护的必要性。     

基于直流断路器的多端柔性直流配电网智能化保护配置

为提高多端柔性直流配电网的运行可靠性、缩短故障的影响时间,提出一种基于直流断路器的智能化保护配置方案。首先从拓扑结构、换流设备种类及运行方式等角度分析系统故障特征,随后划分保护区域,制定完整的保护原理、分层配置和直流线路故障选线方法。通过与一次设备及二次控制系统动作逻辑的协同配合,配置可适应于不同运行方式的具有动态定值自我切换、故障后系统快速恢复以及准确故障选线功能的保护方案。最后在PSCAD软件下搭建三端柔性直流配电网数字仿真模型并测试典型故障情况下的保护响应特性,验证了保护方案的有效性。     

涌流引起换流变压器零序过电流保护误动的机理分析及对策

针对高压直流输电工程中换流变压器空载合闸及外部故障切除引起零序过电流保护误动的案例,分析了换流变压器空投和外部故障切除时励磁涌流及恢复性涌流的变化特点及其对零序电流的影响机理。采用基于工程实际参数的高压直流输电的仿真模型,对高压换流站换流变压器空投及外部故障切除导致中性线零序电流幅值较大且衰减缓慢的现象进行了仿真分析,揭示了换流变压器零序过电流保护误动的原因。利用相空间重构技术提出了基于零序电流相空间分布重心幅值变化特征的换流变压器零序过电流保护闭锁新判据,并通过仿真验证了该方案的有效性。     

单变压器分区互联装置接地故障特性研究及控制保护策略设计

基于模块化多电平换流技术的分区互联装置在城市电磁环网解环方面具有广阔的应用前景,该文重点研究单变压器分区互联装置交流系统单相接地故障和直流系统单极控制接地故障的故障特性。针对交流单相接地故障引起零序电压问题,分析零序电压对故障穿越策略的影响,提出零序电压策略,降低故障情况下的直流侧过电压水平。针对直流单极接地故障引起的交流电流直流偏置问题,分析交流电流直流偏置机理,推导故障情况下交流电流的数学表达式,提出基于切除子模块和闭合子模块旁路开关的保护动作策略。在PSCAD/EMTDC中建立单变压器分区互联装置系统模型,通过仿真分析验证保护控制策略的正确性。