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。     

MMC-HVDC系统故障性涌流的产生机理及影响

针对模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter high-voltage direct-current,MMC-HVDC)阀侧单相接地故障可能引发的换流变故障性涌流问题,该文研究了MMC闭锁前后不同阶段的换流变阀侧接地故障特征,并在此基础上分析了故障性涌流的产生机理及特征,及其对网侧交流断路器开断时间与换流变差动保护的影响。研究结果表明:故障发生后,上桥臂子模块电容持续充电并引发严重过电压,而下桥臂故障回路中幅值较大且衰减缓慢的直流分量持续流向换流变,导致换流变铁心发生饱和并产生故障性涌流。故障性涌流的产生加快了网侧电流过零点的出现,可改善阀侧单相接地故障引起的网侧交流断路器延时断开的问题。同时大量直流分量的侵入将引发换流变铁心深度饱和,可能导致换流变阀侧区外接地故障时差动保护误动。最后,以±320kV厦门柔直工程为背景,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的准确性。     

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。     

一种直流近区交流线路短路电流实用计算方法

直流近区交流线路发生短路故障时,会引发换流站发生换相失败,形成交流系统故障和直流系统换相失败故障叠加而成的复故障,与传统交流线路短路故障表现出的特性有较大差异。首先给出直流换流站的工作原理,分析交流系统短路故障引发换流站发生换相失败期间的换流桥通路,从换流站晶闸管导通关断的角度给出复故障期间直流近区交流线路保护安装处测得的短路电流的变化情况、短路电流极大值与短路故障发生时刻的关系,给出单相短路故障期间直流近区交流线路换流站侧可以达到短路电流极大值的变化规律,并给出短路电流工程计算用的算式。仿真结果证实该算式的有效性,为混联电网短路电流计算提供参考。     

钳位双子模块型模块化多电平换流器交流侧故障对直流侧的影响分析

具有故障闭锁功能的钳位双子模块型模块化多电平换流器(clamp double submodule-modular multilevel converter,CDSM-MMC)适用于大容量输电工程,为防止交流侧故障后可能引起的直流保护误动,需分析交流侧故障对直流侧的影响。首先,分析交流侧发生短路故障后,CDSM-MMC子模块电容的充放电情况,以及桥臂电流回路。然后,根据基尔霍夫定律与叠加原理,分析交流侧故障后,直流侧电压及电流特征,并在PSCAD中进行仿真验证。交流故障后,直流侧电流随桥臂电容电压变化;两相短路后,直流电压基本不变;单相接地短路与两相接地短路后,直流电压包含交流分量,其频率与幅值受到交流中性点接地方式影响。最后针对CDSM-MMC直流侧保护,给出部分参考建议。     

换流站内的交流系统故障分析及保护动作特性研究

换流站内发生的交流系统故障会对交直流系统产生严重的危害。通过对换流阀换相电压的特性分析指出：站内发生交流接地时会伴随桥臂短路及交流系统复故障的出现;相间故障则表现为不平衡换相。通过接地故障发生后换流阀的电流时间函数来说明故障电流呈现交流多相短路的特征。通过故障等效交流电路来研究交直流保护特性,并得出结论：对于接地故障,电流互感器（current transformer,CT）安装在不同位置时,阀短路保护、桥差保护均能正确动作;但发生相间故障时,却会造成某些工况下保护不能动作;在连接高端阀的交流系统接地时交流保护的距离元件有时会有超越现象。最后提出采用零序补偿分量的方法来提高启动元件的性能。CIGRE高压直流（high voltage direct current,HYDC）模型验证了分析结论。     

牛从直流从西站典型故障仿真分析研究

本文分析牛从直流从西站发生各典型故障时的发展趋势以及控制保护系统的动作原理,找出当前系统存在的不足,以提高直流系统运行可靠性。在牛从直流PSCAD/EMTDC仿真模型中设置从西站多种故障,对故障发展趋势以及控制保护系统动作原理进行深入研究发现:从西站换流变以及阀区故障都会引起换相失败;换流变网侧故障对直流系统影响有限,故障消除后系统可恢复正常;阀短路、换流变阀侧故障以及阀桥之间母线接地时,保护会迅速动作隔离故障;直流出口短路将导致两站接地极长时流过高压直流电流,建议提高保护灵敏度。     

换流变压器阀侧绕组故障分析

该文以柔性直流系统的三相两电平电压源换流器伪双极结构为例,分析了换流变压器阀侧绕组故障的特征。根据换流阀具备的8种导通情况,将其工作状态分为环路状态、电网充电状态和充电环路复合状态。在此基础上,依据不同故障发生时刻换流变阀侧的不同工作状态,对阀侧绕组发生不同类型短路的故障特征进行了归类分析,并据故障电流通路所对应的等效电路列写回路电流方程,从而寻找电气量特征。利用PSCAD/EMTDC仿真验证了故障特性,为分析换流变保护动作性能和新原理研究提供了依据。     

考虑故障阀臂封锁条件下的VSC-HVDC换流器故障诊断算法

针对两电平柔性直流输电(VSC-HVDC)系统换流器内部常见的IGBT阀器件短路失效、桥臂直通、交流侧单相接地、交流侧两相短路、直流单极接地这5类贯穿故障,研究了换流器故障保护与诊断的协调配合方案,分析了保护闭锁条件下系统直流电压及交流电流的变化规律,据此提出了利用闭锁时刻的直流电压及闭锁后2个周期的三相交流电流作为特征信号进行换流器故障分类与定位的诊断方法,并确定了用于区分故障类型的电压、电流诊断阈值。对换流器严重贯穿故障进行仿真,利用PSCAD/EMTDC模型对所提出的诊断方法进行了验证,结果表明该方法不仅能可靠识别故障类型,还能准确定位故障位置,可用于故障阀臂闭锁条件下VSC-HVDC换流器的故障诊断。     

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。