引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,當(dāng)今交流輸電系統(tǒng)的輸送容量已經(jīng)無法滿足社會用電負(fù)荷快速增長的需求。在我國能源分布、負(fù)荷分布不均勻的背景下,高壓直流輸電系統(tǒng)發(fā)揮著巨大的效用。該系統(tǒng)具備功率調(diào)節(jié)快速、輸送容量大、線路損耗低等優(yōu)勢。為了能夠保障高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性,必須確保換流器正常動作。作為整個直流系統(tǒng)的核心設(shè)備,換流器在保障系統(tǒng)正常運(yùn)行中起到了決定性作用。這就需要深度加強(qiáng)對換流器保護(hù)的分析與研究工作,提升高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行效率、可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。

1常見故障位置

換流器的保護(hù)原則是區(qū)域故障保護(hù)動作,區(qū)外故障保護(hù)不動作。其中,區(qū)域故障主要是換流器設(shè)備故障。輸電保護(hù)系統(tǒng)按極配置,每極一組有s2脈動換流器,三個極的s2脈動換流器保護(hù)區(qū)保持獨(dú)立。再者,在系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中,換流器故障特性和單極大地回線方式類似,如圖1所示。

2常見故障保護(hù)分析

2.1閥組短路保護(hù)

該保護(hù)裝置可以直接檢測各個閥的短路、接地故障以及換流變閥的相間短路故障,避免因?yàn)槎搪饭收显斐蓳Q流閥遭受過應(yīng)力。針對此類故障,換流器會自動啟動保護(hù)動作。其主要表現(xiàn)在:

2.1.1直流母線短路

直流母線短路主要是在交流側(cè)交替產(chǎn)生兩相、三相短路,增加交流電流,短路電流達(dá)到理想值,直流電流隨之衰減,此時系統(tǒng)會自動判定故障,并將其切除。此外,整個換流器出現(xiàn)直流短路故障時,交流電流增加,高低壓側(cè)直流分流器電流顯示為零,此時依然會自動保護(hù),交流電流顯示為零。母線接地短路下部故障相當(dāng)于直流線路末端短路,此時不會自動保護(hù)。

2.1.2橋臂短路

橋臂短路時交流側(cè)電流激增,甚至能夠達(dá)到兩相短路電流的.~3倍,直流電流有所下降。此時交流側(cè)電流要比直流額定電流大.倍以上,換流器做自動保護(hù)動作。在逆變側(cè)位置,增加相反直流電流,交流側(cè)電流隨之下降,可能在某個時間下降到零,但是屬于區(qū)域外故障,因此換流器保護(hù)不動作。

2.2換相失敗保護(hù)

該保護(hù)裝置可以有效檢測由于交流電網(wǎng)擾動、其他異常換相條件造成的換流器換相失敗,減少由于交流電網(wǎng)擾動導(dǎo)致的換相失敗次數(shù),從而確保直流系統(tǒng)安全。在整流側(cè)短路中,整流側(cè)是重要的送電端,在整流側(cè)正常運(yùn)行時,任何接地故障點(diǎn)都會導(dǎo)致交流電流大于額定電流,結(jié)合保護(hù)判定依據(jù),整流側(cè)接地故障均不會啟動保護(hù)動作。逆變側(cè)一次換相失敗,直流控制系統(tǒng)會自動調(diào)整到可正常運(yùn)行狀態(tài),如果連續(xù)換相,則為了避免進(jìn)一步惡化,就會自動啟動保護(hù)動作。如果換相失敗,直流電流會增加。如果6脈動組換相失敗,則另一組橋交流側(cè)電流與直流相等,此時不會啟動保護(hù)動作,只有在整個換流器換相失敗時,交流側(cè)電流逐漸較小到零,才會啟動保護(hù)動作。

2.3直流差動保護(hù)

在正常運(yùn)行中,由于換流器出口高低壓側(cè)直流電流相同,如果換流器出現(xiàn)了接地故障,則部分電流會直接通過接地點(diǎn),此時高低壓側(cè)電流側(cè)不等,換流器會啟動保護(hù)動作。也就是直流電差值的絕對值大于動作閾值,系統(tǒng)會自動動作。在出現(xiàn)高壓母線短路故障時,此時低壓側(cè)直流電、高壓出口直流電增加,但是高壓側(cè)直流分器位置電流為零,該故障會啟動保護(hù)動作。如果高壓側(cè)直流電增加,低壓側(cè)直流為零,判定保護(hù)依據(jù)成立,也可以啟動保護(hù)動作。中性母線短路時,低壓側(cè)分流,直流電流減少了,可以啟動保護(hù)動作。換流器內(nèi)部短路也會造成低壓側(cè)分流,同樣可以啟動保護(hù)動作。

2.4直流/交流過電流保護(hù)

要想避免主流電流過大燒毀換流器,就要重點(diǎn)預(yù)防晶閘管損壞問題。其保護(hù)原理是檢測直流換流器電流最大值,如果故障電流超出了設(shè)定預(yù)制,此時換流器閉鎖。為采用直流運(yùn)行和主保護(hù)配合形式,通常要設(shè)置保護(hù)定值、延時分段。

在交流過電流保護(hù)中,測量換流變壓器閥側(cè)Y繞組、D繞組電流,主要是采集最大值和平均值,進(jìn)行差值對比。如果產(chǎn)生了控制故障問題或短時過載故障動作,交流保護(hù)作為其他保護(hù)系統(tǒng)的備用保護(hù),在相關(guān)保護(hù)裝置不動作的前提下才會動作,所以保護(hù)定值、動作延遲較大。在逆變側(cè),換流變橋側(cè)短路會提升交流電量,其余故障都不會產(chǎn)生交流過流故障。所以只在環(huán)流變橋短路故障且不動作時,換流器才會啟動自動保護(hù)動作。

3換流器保護(hù)控制策略

換流器保護(hù)控制主要分為單極故障保護(hù)控制和雙極故障保護(hù)控制。

3.1單極故障控制策略

在保護(hù)系統(tǒng)檢測到某個換流器產(chǎn)生了故障,此時向故障極發(fā)送緊急停運(yùn)信號,整流站接受到命令信號之后會立刻移相1609,此時整流器處于逆變工作狀態(tài),直流電降到零,閉鎖換流器,將直流系統(tǒng)開關(guān)斷開,交流側(cè)開關(guān)跳開。通過站內(nèi)通信系統(tǒng)向剩余兩個極控制系統(tǒng)發(fā)送控制模式切換信號,系統(tǒng)自動切換到雙極直流輸電形式。改變?nèi)珮O定電流控制整定值,保障整個系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。此時系統(tǒng)功率會有所下降,只有原來的3/4。由于此時會降低傳輸功率,不會產(chǎn)生功率過剩的情況,所以要同時切除數(shù)據(jù)濾波器,降低無功補(bǔ)償量,換流母線電壓可以控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

3.2雙極故障控制策略

如果系統(tǒng)中兩個極同時發(fā)生故障,則要緊急停運(yùn)兩個故障極。由于輸電系統(tǒng)沒有產(chǎn)生故障,為了能夠提升輸電線路利用率,可以將開關(guān)倒閘操作系統(tǒng)設(shè)計成金屬回線形式。此時直流功率會大幅度降低,為原來的./7左右。在直流保護(hù)系統(tǒng)檢測到兩個極產(chǎn)生故障時,會緊急啟動停運(yùn)功能,將故障雙極停運(yùn):同時通過站間系統(tǒng)非故障極發(fā)送控制模式轉(zhuǎn)換信號,將電流控制整定值重新設(shè)定,確保整個系統(tǒng)正常運(yùn)行。

4結(jié)語

綜上所述,為了能夠保障我國電網(wǎng)事業(yè)健康發(fā)展,就要加強(qiáng)對高壓直流輸電系統(tǒng)換流器保護(hù)的分析,針對換流器常見的故障部位及不同故障情況,采用不同的保護(hù)方案,并對現(xiàn)有的保護(hù)方案進(jìn)行有效管控,提升換流器使用效能,這樣才能確保輸電系統(tǒng)的安全。