引言

隨著我國(guó)社會(huì)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(wú)法滿足社會(huì)用電負(fù)荷快速增長(zhǎng)的需求。在我國(guó)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(shì)。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(dòng)作。作為整個(gè)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(duì)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(jiàn)故障位置

換流器的保護(hù)原則是區(qū)域故障保護(hù)動(dòng)作,區(qū)外故障保護(hù)不動(dòng)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(dòng)換流器,三個(gè)極的s2脈動(dòng)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(guò)程中,換流器故障特性和單極大地回線方式類(lèi)似,如圖1所示。

2常見(jiàn)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(cè)各個(gè)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(guò)應(yīng)力。針對(duì)此類(lèi)故障,換流器會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判定故障,并將其切除。此外,整個(gè)換流器出現(xiàn)直流短路故障時(shí),交流電流增加,高低壓側(cè)直流分流器電流顯示為零,此時(shí)依然會(huì)自動(dòng)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(shí)不會(huì)自動(dòng)保護(hù)。

2.1.2橋臂短路

橋臂短路時(shí)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(shí)交流側(cè)電流要比直流額定電流大.倍以上,換流器做自動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(gè)時(shí)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(dòng)作。

2.2換相失敗保護(hù)

該保護(hù)裝置可以有效檢測(cè)由于交流電網(wǎng)擾動(dòng)、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(dòng)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(shí),任何接地故障點(diǎn)都會(huì)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(huì)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。逆變側(cè)一次換相失敗,直流控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(huì)自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。如果換相失敗,直流電流會(huì)增加。如果6脈動(dòng)組換相失敗,則另一組橋交流側(cè)電流與直流相等,此時(shí)不會(huì)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作,只有在整個(gè)換流器換相失敗時(shí),交流側(cè)電流逐漸較小到零,才會(huì)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

2.3直流差動(dòng)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(huì)直接通過(guò)接地點(diǎn),此時(shí)高低壓側(cè)電流側(cè)不等,換流器會(huì)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。也就是直流電差值的絕對(duì)值大于動(dòng)作閾值,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)動(dòng)作。在出現(xiàn)高壓母線短路故障時(shí),此時(shí)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(huì)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(dòng)保護(hù)動(dòng)作。中性母線短路時(shí),低壓側(cè)分流,直流電流減少了,可以啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。換流器內(nèi)部短路也會(huì)造成低壓側(cè)分流,同樣可以啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

2.4直流/交流過(guò)電流保護(hù)

要想避免主流電流過(guò)大燒毀換流器,就要重點(diǎn)預(yù)防晶閘管損壞問(wèn)題。其保護(hù)原理是檢測(cè)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(shí)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(shí)分段。

在交流過(guò)電流保護(hù)中,測(cè)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(duì)比。如果產(chǎn)生了控制故障問(wèn)題或短時(shí)過(guò)載故障動(dòng)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(dòng)作的前提下才會(huì)動(dòng)作,所以保護(hù)定值、動(dòng)作延遲較大。在逆變側(cè),換流變橋側(cè)短路會(huì)提升交流電量,其余故障都不會(huì)產(chǎn)生交流過(guò)流故障。所以只在環(huán)流變橋短路故障且不動(dòng)作時(shí),換流器才會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(cè)到某個(gè)換流器產(chǎn)生了故障,此時(shí)向故障極發(fā)送緊急停運(yùn)信號(hào),整流站接受到命令信號(hào)之后會(huì)立刻移相1609,此時(shí)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(kāi)關(guān)斷開(kāi),交流側(cè)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)。通過(guò)站內(nèi)通信系統(tǒng)向剩余兩個(gè)極控制系統(tǒng)發(fā)送控制模式切換信號(hào),系統(tǒng)自動(dòng)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(gè)系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。此時(shí)系統(tǒng)功率會(huì)有所下降,只有原來(lái)的3/4。由于此時(shí)會(huì)降低傳輸功率,不會(huì)產(chǎn)生功率過(guò)剩的情況,所以要同時(shí)切除數(shù)據(jù)濾波器,降低無(wú)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(gè)極同時(shí)發(fā)生故障,則要緊急停運(yùn)兩個(gè)故障極。由于輸電系統(tǒng)沒(méi)有產(chǎn)生故障,為了能夠提升輸電線路利用率,可以將開(kāi)關(guān)倒閘操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)成金屬回線形式。此時(shí)直流功率會(huì)大幅度降低,為原來(lái)的./7左右。在直流保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)到兩個(gè)極產(chǎn)生故障時(shí),會(huì)緊急啟動(dòng)停運(yùn)功能,將故障雙極停運(yùn):同時(shí)通過(guò)站間系統(tǒng)非故障極發(fā)送控制模式轉(zhuǎn)換信號(hào),將電流控制整定值重新設(shè)定,確保整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述,為了能夠保障我國(guó)電網(wǎng)事業(yè)健康發(fā)展,就要加強(qiáng)對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)換流器保護(hù)的分析,針對(duì)換流器常見(jiàn)的故障部位及不同故障情況,采用不同的保護(hù)方案,并對(duì)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。