800kV浙西特高压直流换流站暂态过电压研究

基于溪洛渡—浙西800 kV特高压直流输电工程,对浙西换流站的暂态过电压和各避雷器的负载进行详细仿真计算分析。在交流侧选取了交流母线三相接地、交流相间操作冲击和失交流电源3种典型故障工况;直流侧选取了最高端换流变Y/Y绕组阀侧单相接地、低压端换流变Y/Y绕组阀侧单相接地和全电压启动3种典型故障工况进行研究。分析结果表明:失交流电源是交流侧的最严酷工况,交流母线过电压771 kV,通过交流母线避雷器A的最大电流0.14 kA,最大能量2.07 MJ;最高端换流变Y/Y阀侧单相接地在换流阀两端产生过电压375 kV,通过阀避雷器V1最大电流2.32 kA,最大能量6.73 MJ;低压端换流变Y/Y阀侧单相接地,阀避雷器V3通过最大电流1.04 kA,最大能量2.84 MJ;全电压起动在直流极母线上产生1 330 kV的过电压,避雷器DB通过最大电流0.56 kA,最大能量4.35 MJ。     

降低避雷器额定电压或残压对取消750kV线路断路器合闸电阻的影响

目前中国西北地区已投运的750 kV工程避雷器配置基本上是采用750 kV母线侧避雷器额定电压600 kV、线路侧避雷器额定电压648 kV。绝大多数750 kV工程线路断路器装有570~600Ω合闸电阻。根据工频过电压的差异化研究结果,母线侧和线路侧避雷器额定电压在一定范围内均可以进一步降低。避雷器性能提高,避雷器操作冲击电流残压降低,750 kV线路合闸操作过电压水平会相应降低,有利于取消750 kV线路断路器合闸电阻。文中对750 kV工程避雷器额定电压或残压降低后的合闸操作过电压进行了研究,结合操作过电压闪络率的计算,提出了降低避雷器额定电压或残压后取消750 kV线路断路器合闸电阻的适用范围。     

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。     

舟山多端柔性直流输电工程换流站内部暂态过电压

舟山多端柔性直流输电工程建成后将成为世界上第一个基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的五端柔性直流输电工程。为研究各换流站的过电压水平,依托舟山多端柔性直流输电示范工程,详细分析了换流站交直流侧的过电压机理,建立了基于详细控制保护策略的五端柔性直流输电系统过电压仿真模型,计算了换流站联结变压器阀侧单相接地、桥臂电抗器阀侧单相接地、直流极线接地、直流平波电抗器阀侧直流母线接地和直流极间短路等故障在换流站关键设备上产生的过电压。结果表明：联结变压器阀侧交流母线上的最大过电压为360 kV;直流极线上的最大过电压为370 kV,直流平波电抗器阀侧直流母线的最大过电压为369 kV,避雷器CB和D承受的最大能量分别为1.258 MJ和1.655 MJ;星形电抗接地支路中性点上的最大过电压为188 kV;桥臂电抗器两端产生的最大过电压为235 kV。计算结果可为该工程换流站的绝缘配合研究以及相关设备的选型、试验等提供重要依据。     

云广特高压直流线路孤岛运行方式过电压保护方案

云广直流孤岛运行方式下发生直流双极闭锁时将在送端换流站交流系统产生幅值很高的过电压,孤岛运行过电压水平控制是决定能否孤岛运动的关键闪素。基于此,利用EMTDC计算了不同运行方式下楚雄换流站交流侧的过电压水平、避雷器工况、交流滤波器断路器断口暂态恢复电压及容性开断电流等,并根据过电压计算结果对A型避雷器、交流滤波器断路器等电气设备和安稳控制保护系统提出了相关要求,设计了过电压保护实施方案。仿真计算结果表明,该实施方案可行、有效,可确保孤岛运行方式下系统和设备安全。     

±800kV重庆特高压直流换流站操作过电压机理及仿真

特高压直流换流站的过电压水平直接关系到换流站设备的绝缘配合和系统安全可靠运行。哈密北—重庆±800 kV特高压直流输电工程比我国已有的向上、云广和锦屏—苏南特高压直流工程的输送容量更大、送电距离更远,换流站的设备也有所不同,换流站的过电压水平将更加严重。为此,针对哈密北—重庆±800 kV特高压直流输电工程,详细分析特高压换流站交流场、阀厅和直流场的操作过电压机理,得到了重庆换流站各避雷器的决定性故障工况,并仿真计算了典型故障工况下换流站关键设备的过电压水平。计算结果表明:换流站交流母线的最大过电压达762 kV,换流阀两端承受的最大过电压为369 kV,直流极线平波电抗器线路侧和阀侧的最大过电压分别为1 298 kV和1 294 kV,中性母线平抗阀侧的最大过电压为439 kV;逆变侧重庆换流站始终接地,避雷器EL和EM不会承受严重的操作过电压冲击。计算结果可为换流站设备的绝缘配合及相关设备的选型、设计和试验等提供重要技术依据。     

±1100kV特高压直流换流站过电压保护和绝缘配合

为合理确定±1 100 kV特高压直流换流站的绝缘水平,基于准东—成都±1 100 kV特高压直流输电工程,根据特高压换流站的绝缘配合方法,对准东换流站的绝缘配合进行了研究。根据特高压直流换流站避雷器布置基本原则,并结合现有±800 kV特高压直流换流站的绝缘配合经验,提出了±1 100 kV准东换流站的避雷器布置方案,详细分析了换流站交流侧、阀厅、直流母线和中性母线等不同区域的过电压保护策略,最后根据推荐的设备绝缘裕度确定了换流站设备的绝缘水平,直流侧1 100 kV直流极线的雷电冲击和操作冲击绝缘水平推荐为2 600 kV和2 150 kV;直流极线平波电抗器阀侧设备和高压端Y/Y换流变阀侧设备的绝缘水平建议取为一致,雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平分别为2 500 kV和2 250 kV。研究结果对换流站设备的选型和制造具有重要指导意义,将为该特高压工程建设提供重要依据。     

昭通—从化直流输电工程孤岛运行时换流站交流过电压水平研究

孤岛运行作为昭通—从化±500 kV同塔双回直流输电工程的设计运行方式之一,能够有效地提高南方电网的稳定水平,但必须以解决换流站交流过电压问题为前提。对该工程孤岛方式下的交流过电压水平进行了计算,结果表明:换流母线最大操作过电压水平为1.68 p.u.,满足规程要求;暂时过电压水平最高达1.49 p.u.,采取措施后其持续时间短,满足设备要求;小组交流滤波器/电容器开关断口暂态恢复电压最大值不超过1 329 kV;考虑发生概率很小的双回直流双极ESOF这一苛刻工况,A型避雷器最大吸收能量为3 617 kJ,裕度39.7%。因此,孤岛运行方式下设备的过电压水平、避雷器能耗以及小组滤波器/电容器开关断口暂态恢复电压均满足要求。     

±1100kV直流换流站避雷器布置、参数和设备绝缘水平的选择

为了合理确定±1 100 kV直流换流站避雷器布置、参数和换流站设备的绝缘水平,在分析和比较±800 kV直流输电工程换流站避雷器布置和参数的基础上,推导了6脉动换流器绝对最大理想空载直流电压与换流变的短路阻抗成正比关系的公式,提出了换流变的短路阻抗大小基本确定了整流站直流侧阀厅内设备的绝缘水平,因此需尽可能减小该阻抗值。给出了阀厅内直流避雷器伏安特性、荷电率、持续运行电压峰值(CCOV)、包括换相过冲的持续运行电压最高峰值(PCOV)、直流参考电压和直流偏置电压的选择方法和影响因素。在换流变短路阻抗不大于24%和采用A2避雷器直接保护高端Y/Y换流变阀侧方案的条件下,高端Y/Y换流变阀侧的额定操作冲击耐受电压(SIWV)可选为2 030 kV,低于采用M2+V3避雷器串联保护方案的2 191 kV。针对整流站和逆变站交流侧分别接入750 kV和1 000 kV交流特高压方案,提出了降低交流避雷器额定电压的建议。提出的绝缘水平为换流变、换流阀、极母线和中性母线等±1 100 kV直流设备的样机制造和交流设备选型以及交、直流场的设计提供了技术支撑。     

±800 kV特高压直流换流站最高端换流变阀侧避雷器保护研究

±800 kV直流输电工程与常规±500 kV直流输电工程换流站的避雷器保护方案存在一些不同点,在±800 kV直流输电工程换流站增加避雷器以进一步限制换流站内关键点的过电压水平就是不同点之一,其中包括在最高电位换流变阀侧增加避雷器(A2)对高压阀侧设备进行保护。笔者针对±800 kV特高压直流实际工程,重点分析研究了安装A2避雷器的必要性。选取典型工况在换流站高压端换流变阀侧有避雷器直接保护和无避雷器直接保护的两种方案下计算换流站相关点的过电压水平。结果表明,高压端换流变阀侧加装A2避雷器可直接保护高压端换流变阀侧,有效降低阀侧设备的绝缘水平,从而降低特高压直流工程换流变压器、高压套管等设备的制造成本和难度,因此是非常直接而可靠的保护方案。