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。     

天广直流系统中性母线过电压机制研究

基于天广±500 kV高压直流输电系统工程改造后的控制和保护策略,研究了各种故障下中性母线过电压的情况,将不同故障下的过电压过程分为几个阶段进行分析,阐述各阶段故障电流流向和过电压机制。研究结果表明,换流变阀侧出线和换流桥出线接地故障引起的通过中性母线E避雷器的能量不能由控制和保护系统进行控制,中性母线E避雷器必须有足够的流通容量;直流系统回路断线故障引起的通过中性母线E避雷器能量随控制保护动作时延的缩短而减小。     

±800kV普侨直流一起直流线路故障导致直流闭锁原因分析

文中分析了普侨直流在单极金属回线模式运行时发生的一起直流线路故障导致直流闭锁的原因,指出故障的原因为中性母线上的避雷器被击穿从而导致中性母线差动保护与极差动保护动作,而且部分直流保护设计不完善,并给出了相应的直流保护优化措施。实践证明,这些措施有效的提高了直流输电系统运行的可靠性。     

特高压直流避雷器的技术特点与分析

文章介绍了特高压直流输电工程中所用的各种直流避雷器的作用,特别是±800kV直流换流站内典型的避雷器保护方案;以及不同位置的几种关键的直流避雷器如高压端阀避雷器(V1)、高能中性母线避雷器(E2H)、极母线避雷器(DB)、换流变阀侧避雷器(A1)、平波电抗器避雷器(DR)等所承受的波形;我国直流输电工程用避雷器的情况以及我国自主研发高压直流避雷器的应用进展。讨论了特高压直流避雷器与高压直流避雷器共有的特性参数如持续运行电压、配合电流、能量耐受和功率损耗等参数的变化特点,分析了特高压输电工程所特有的直流避雷器V1、E2H、A1、DR、DB的主要特性和作用,给出了这几种避雷器的几个主要配合参数和极母线避雷器的设计参数,讨论了特高压避雷器设计开发中要注意的电阻片容量和伏安特性、均流技术、污秽技术、均压技术等一系列关键技术。     

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。     

高压端换流阀顶端接地故障引起的换流站直流场操作过电压仿真研究

依据向家坝—上海特高压直流输电示范工程实际设备参数建立了仿真分析模型,研究了换流站高压端换流阀顶端接地故障引起操作过电压的机理及分布规律,并分析了增加E1H型避雷器并联柱数和提高中性母线绝缘水平两种方案对过电压的抑制效果,对后续特高压直流输电工程避雷器优化配置有一定的指导意义。     

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。     

向家坝—上海±800kV特高压直流工程直流滤波器过电压与绝缘配合研究

基于向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程,给出了两种直流滤波器暂态计算必须考虑的故障工况:直流极线接地和直流极线侵入操作波。介绍了这两种故障的模拟计算方法,给出了计算中采用的陡波模型。模型中需要考虑直流母线寄生电感、滤波器高压端电容器寄生电感和滤波器避雷器保护特性等因素。计算结果给出了电抗器和电阻器的最大暂态电流和冲击能量,根据计算得到的避雷器最大配合电流确定了避雷器的保护水平,进而依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。     

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。     

向家坝—上海±800 kV特高压直流工程直流滤波器过电压与绝缘配合研究

基于向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程,给出了两种直流滤波器暂态计算必须考虑的故障工况：直流极线接地和直流极线侵入操作波。介绍了这两种故障的模拟计算方法,给出了计算中采用的陡波模型。模型中需要考虑直流母线寄生电感、滤波器高压端电容器寄生电感和滤波器避雷器保护特性等因素。计算结果给出了电抗器和电阻器的最大暂态电流和冲击能量,根据计算得到的避雷器最大配合电流确定了避雷器的保护水平,进而依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。     

HVDC紧急停运时投旁通对策略对中性母线避雷器的影响

天广±500kV高压直流输电系统逆变站在发生换流变高压端Y/Y线圈阀侧单相接地故障时,如果控制不当,可能超过中性母线避雷器最大通流容量,导致避雷器爆炸事故。对这种故障进行理论分析后,提出了相应的故障控制策略,并通过PSCAD/EMTDC仿真进行了验证,证明了其有效性。     

±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。     

特高压直流输电系统换流站故障过电压研究

±800 kV特高压直流输电系统换流站内电容性和电感性组件较多,在发生短路故障时容易引起过电压现象。研究各种操作和故障情况下过电压的特性,保证系统的安全稳定运行非常重要。利用PSCAD仿真软件建立了±800 kV云南—广东特高压直流输电工程的模型,在换流站内选取了换流阀阀顶对中性母线短路故障和换流变压器阀侧单相接地两种典型故障工况进行了研究。结果表明阀顶对中性母线故障时非故障极线路过电压水平较高,在上组四个换流变压器阀侧绕组中高压端Y/Y绕组端子处单相接地时的过电压水平最高。     

云广直流输电工程接地极线路绝缘水平优化

针对在±800 k V云广直流输电工程的调试和运行过程中多次发生直流系统故障引起接地极线路闪络的问题,对不同故障情况下接地极线路上的过电压水平和分布进行了仿真。结果显示,云广直流接地极线路的绝缘水平与换流站中性母线的绝缘水平以及中性母线避雷器的保护水平确实存在不匹配。分析了降低避雷器保护水平和提高接地极线路绝缘水平两种解决方案。对于新建工程,推荐采用提高接地极线路的绝缘水平方案来解决不匹配问题。对于已投运工程,建议调小换流站接地极线路进线段杆塔的招弧角,将闪络控制在一定范围内。     

±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。     

一起换流站直流避雷器击穿的原因分析

针对银川东换流站直流滤波器避雷器击穿故障,根据实测数据与仿真结果对差动保护动作过程进行分析,找出故障原因。分析结果表明:直流滤波器高压避雷器不能满足技术协议对最小特性的要求是造成故障的主要原因;应结合实际使用的保护策略确定直流输电工程设备的绝缘水平,并将其控制在合理的范围内。     

高压直流输电直流分压器内部故障分析及反措

高压直流输电工程中的直流分压器是极母线、中性母线电压的核心测量设备,直流电压的正确测量是保证直流控制保护系统正确控制保护行为的关键。实际运行经验表明,直流分压器内部绝缘闪络导致其内部分压、均压的阻容值发生变化,此时分压器电压传递函数发生突变,二次侧感受到的电压发生畸变,从而可能导致直流控制保护误动作。结合现场实测波形,通过PSCAD/EMTDC仿真分析定性确定了直流分压器内部不同故障点所引起的电压变化规律,在总结故障成因的基础上提出了相关反措建议。     

换流站极中性母线差动保护动作原因分析

换流站直流滤波器连接于极高压母线与极中性母线之间,当直流滤波器发生接地故障时,某些位于特定位置的故障点会对直流电流进行分流,引起中性母线差动保护动作。以某±500kV整流站直流滤波器接地故障为例,分析中性母线差动保护动作的原因,并提出导致该保护动作的直流滤波器接地故障发生区域,最后通过仿真试验证明了所提假设的正确性。     

高压直流输电系统双极中性母线差动保护改进方案研究

为提高直流输电系统双极中性母线差动保护运行可靠性,针对双极中性母线差动保护性能存在缺陷,提出保护的改进方案。由于双极中性母线差动保护存在缺陷,曾导致多起单一元件故障引发高压直流输电系统单、双极强迫停运事件。结合具体停运事件,对双极中性母线差动保护性能进行分析,包括:1)保护引入非电量信号的必要性及方式;2)双极运行工况下,保护经控制极判据开放的逻辑以及闭合双极中性母线接地开关的动作策略。根据分析结果,提出保护的改进方案,保护改进方案在提高保护运行可靠性的同时,兼顾了改善直流输电系统运行维护工作的效率。目前,改进方案已在多个高压直流输电系统中实施,采用该方案后,双极中性母线差动保护运行情况良好。     

高压直流输电极隔离方法的优化及相关问题分析

直流输电中单纯的优先分断直流高压极母线线路端隔离开关,或者优先分断中性母线开关方法,均不能适应所有的电网故障情况,甚至可能造成无谓的双极停运。针对这个问题,提出了如下的优化的极隔离方法：对需要快速分断中性母线开关隔离故障区域的故障,应用优先快速分断中性母线开关方法;对其他类型故障,则优先分断高压极母线线路端隔离开关。此外,分析了极隔离优先分断中性母线开关可能带来的问题：一是中性母线开关失灵,对此讨论了中性母线开关保护动作后的三种处理策略;二是中性母线电压过高,分析显示,59EL保护原理及其动作处理策略的设计可以避免双极停运。