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。     

高压直流输电系统全电压起动过电压的研究

以电磁暂态程序EMTP为计算工具，对直流输电线路的全电压起动过电压进行了详细研究．首先采用“葛洲坝──上海”直流输电线路参数，建立了一个较完整的直流输电线路全电压起动过电压计算模型，然后分别就系统接有避雷器保护和没有避雷器保护两种情况，对全电压起动过电压进行了分析计算，并仔细讨论了各种有关因素对该种过电压的影响，获得了一些有实用价值的结论。     

柔性直流电网结构对单极接地故障过电压的影响

柔性直流电网的优势之一是其运行方式灵活可变,考虑到未来在检修等工况下系统可能采取不同的电网结构继续运行,而对于采用架空线的柔性直流电网,直流线路极易发生单极接地故障,因此有必要对不同电网结构下直流线路单极接地故障的过电压水平进行研究。搭建了基于环型四端柔性直流工程的过电压仿真模型,研究了柔性直流电网直流侧接地故障下的暂态过电压特性,计算分析了直流线路发生单极接地故障时,4种柔性直流电网结构下换流站内、外关键节点和设备上的过电压水平。研究表明,伪U型结构下系统的过电压水平相对较低,折线型和真U型电网结构下系统的过电压水平相对较高。不同电网结构对换流变压器阀侧对地电压和换流站母线过电压的影响规律相似。     

多个特高压直流系统送端共用接地极的内过电压研究

根据向家坝—南汇±800 kV直流输电工程的具体参数,利用电磁暂态仿真软件EMTP-RV对3个特高压直流输电系统送端采用共用接地极方案进行了详细的仿真研究;通过模拟直流系统不同运行方式下几种直流侧故障的暂态过程,深入分析了共用接地极方案对直流系统内过电压的影响。仿真结果表明,直流系统发生故障时,均未造成与其共用接地极的非故障系统各避雷器动作,非故障系统直流运行电压和电流均无明显扰动。采用共用接地极方案并未对直流系统的内过电压产生较大影响。     

柔性直流电网直流线路故障的过电压机理分析

针对对称单极结构的MMC型柔性直流输电系统,首先深入分析了直流侧单、双极短路的故障电流演变规律,进而揭示了非故障极充电和波过程分别是导致单极接地故障和双极短路故障过电压的主要原因。然后,以一个三端柔性直流电网为例进行仿真验证,并重点分析了不同因素对过电压的影响。研究结果表明,故障电阻对过电压峰值影响较大,而换流站闭锁、接地方式、线路保护等因素的影响较小。最后,对单极、双极故障过电压进行了总结和对比分析。     

±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。     

同塔双回500kV高压直流线路感应过电压研究

为研究同塔双回500 kV高压直流线路在不同极线布置方式下对接地故障的过电压水平以及直流过电压大小的影响,根据实际工程参数,采用电磁暂态仿真软件PSCAD建立500 kV高压直流输电模型。模拟单极线路接地故障,得到不同极线布置方式在健全极线路上产生的过电压水平及分布情况,得出接地故障时最优的极导线排列方式。通过仿真分析了接地电阻,直流滤波器结构,直流线路安装避雷器以及线路参数等措施对直流过电压大小的影响。研究表明,改变直流滤波器结构,线路装设避雷器等措施可以有效的降低过电压水平。     

基于PSCAD的特高压直流输电系统单相接地过电压的研究

以±800kV云广特高压直流输电工程为背景,应用电磁暂态计算软件PSCAD建立了特高压直流输电系统模型,详细研究了特高压直流线路距整流站不同距离发生对地闪络故障时过电压的沿线分布及水平,指出直流线路中点故障时非故障极线路中点的过电压幅值最高,计算分析了杆塔接地电阻、换流站端部阻抗、线路长度及线路参数等因素对线路过电压水平的影响。     

±800 kV直流线路故障过程中电磁耦合特性与保护研究

为提高直流输电系统运行的可靠性,实现直流线路保护的有效动作,避免误动,必须对直流输电系统的电磁耦合特性进行研究。以云广特高压直流输电工程为研究对象,并参照其线路参数,建立了包含杆塔、输电线路、避雷器、绝缘子串闪络以及换流站内各种设备的仿真模型。采用EMTP,以雷击直流输电线路极导线、一极接地故障后对另一极的影响为具体算例进行仿真计算。对仿真结果进行分析,结果表明在故障情况下,对直流输电线路感应电压影响较明显的是土壤电阻率、极线间距与接地故障位置,而线路运行电压对感应电压的影响不大。比较研究了不同故障过电压仿真结果,对于雷击故障,可以用电压突变量的比值来确定故障极;对于接地故障,用分别对金属性接地和阻抗接地故障波进行小波变换分析的结果作为区分依据。最后,依据故障区分特性,提出了考虑电磁耦合的高压直流输电线路保护判据和保护整定方案,经过验证表明,所提出的保护判据可有效地区分输电线路故障。     

±800 kV特高压直流输电线路单极接地故障过电压产生机理及影响因素

将特高压直流输电线路单极接地故障过电压分成第一次跃升和第二次跃升2个过程,并基于极线间的电磁耦合作用和波过程阐述了2次电压跃升的产生机理;分析了直流滤波器主电容、直流滤波器型式、直流控制系统、杆塔接地电阻、线路中点杆塔是否装设避雷器、输电线路参数和输送功率等多种因素对该过电压的影响。仿真结果表明,直流滤波器主电容参数是限制单极接地故障过电压的关键因素,其他因素对该过电压影响不大,为控制过电压幅值不超过额定电压的1.7倍,建议±800 k V特高压线路的直流滤波器主电容参数取值范围为1~2μF。     

配电线路避雷器雷电感应过电压防护研究

应用ATP-EMTP对配网架空线路雷电感应过电压下,线路避雷器的保护效果进行了仿真计算研究。仿真计算结果表明,安装线路避雷器可以对配网架空线路雷电感应过电压进行防护,其保护效果与避雷器的配置方式及线路杆塔接地电阻有关,降低杆塔接地电阻可以减小线路避雷器的安装密度。     

采用直流断路器的对称单极多端柔性直流故障清除策略

针对直流断路器应用中直流线路故障快速选择性隔离问题,研究了对称单极多端柔性直流线路故障清除策略。根据对多端直流系统的单极和双极接地故障特性的分析结果,得到了单极和双极故障初期相同的故障电流上升率余弦特性衰减特性。提出了基于电流变化率的方向纵联选线策略,同时设计了采用直流断路器策略实现故障隔离和重合闸的直流线路故障清除方案。通过搭建的PSCAD/EMTDC模型,对单极接地故障时的电流上升率特性和设计的直流线路故障清除策略进行了验证,仿真结果证明了电流上升率特性的正确性以及所述故障清除策略的有效性。     

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。     

±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。     

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。     

柔性直流输电线路故障处理与保护技术评述

由于柔性直流输电系统调节方式和自身结构的特殊性,直流线路的故障电流具有上升速度快、峰值大的特点,极易损坏换流器件和设备绝缘,且柔性直流系统无法通过调节触发角实现故障自清除。因此,对直流线路故障处理和保护提出了更高要求。对于柔性直流线路故障,不仅需要快速且可靠的线路保护对故障进行识别,也需要相应的处理措施和手段对故障后的电流进行有效限制,以减少故障冲击电流对换流器件、直流线路自身以及系统的损害。基于柔性直流输电线路的故障特征,从直流线路故障电流抑制、减少故障影响、线路保护原理等方面,系统地介绍了国内、国外柔性直流输电线路故障处理与保护技术的现状和发展。重点分析了几种辅助电路、新型换流器拓扑和直流输电结构,以及直流断路器在处理直流线路故障方面的性能。探讨了目前柔性直流输电线路故障处理和保护亟须解决的关键问题以及未来进一步的研究方向。     

Power distribution system equipment overvoltage protection

Application of surge overvoltage protection devices in general is based upon rule of thumb without the benefit of understanding basic parameters, system components and configuration, and energy content of the surge. This may result in the selection of an inadequate device. Selection of surge protective devices should be based on the magnitude of surge overvoltage, and also upon the expected energy associated with the surge. Characteristics of surge arresters are reviewed from the application point of view. Fundamentals of surge energy are presented. The MOV surge arrester selection parameters are discussed. The need for industry standards for the application of DC surge arresters is contemplated     

模块化多电平换流器HVDC直流侧故障控制保护策略

模块化多电平换流器（MMC）是电压源换流器（VSC）的一种新型拓扑。由于MMC与VSC拓扑结构的差异,二者的直流系统故障机制也有所区别,有必要对其故障特性进行深入分析以进行保护设计。文中介绍了MMC的拓扑结构及工作原理,通过比较基于MMC与VSC直流输电系统的故障特征差异,分析了MMC-HVDC不同类型直流线路故障对系...     

±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.