基于直流保護策略對特高壓換流站過電壓與絕緣配合影響的仿真分析

江渭濤

（國網江蘇省電力公司檢修分公司特高壓交直流運檢中心,江蘇南京,210000）

基于直流保護策略對特高壓換流站過電壓與絕緣配合影響的仿真分析

江渭濤

（國網江蘇省電力公司檢修分公司特高壓交直流運檢中心,江蘇南京,210000）

特高壓直流換流站是我國電網結構中的重要組成部分，所具有的性能對于電網運行具有直接性影響，其中最為重要的就是特高壓直流換流站所具有的絕緣性能，對于換流站所具有的經濟性能具有直接性因素。

特高壓直流；換流站；直流暫態過電壓；絕緣配合；直流保護策略

0 前言

伴隨著直流輸電電壓的不斷提升，換流站絕緣部分在換流站內的作用越加突出。特高壓直流系統每天所需要運輸容量較多，要是出現任何故障，所產生的損失也將十分嚴重，現在對于換流站運行所擁有的經驗有限，所以對于換流站過壓及絕緣配合進行研究具有重要的現實意義。對于換流站過電壓及絕緣配合造成影響的因素較多，例如電力系統運行方式、操作方式等等，但是現在對于換流站絕緣配合影響因素研究成果較少，特別是在保護策略方面。

1 換流站直流暫態過電壓仿真模型

圖一表示的是某特高壓直流輸電工程的避雷器配置結構示意圖，由圖一可以發現，交流母線避雷器為A，高端換流變閘側避雷器為A2，閥避雷器一共有三個，分別是V1、V2、V3，中點避雷器為C1，C2表示的是上12脈動橋避雷器，極限避雷器為D，金屬回線避雷器為EM，中性母線避雷器為E1、E2，中性母線避雷器一共擁有8臺，其中三臺之間為并聯關系。正是根據這種避雷器裝置形式，創建了直流暫態過電壓仿真模型。

創建直流暫態過電壓仿真模型過程中，系統兩端交流想主要是通過短路容量及潮流分布等等數值進行確定。直流輸電線路及接地極限路在選擇模型中，選擇的都是頻率相關模型，也就是頻率相位模型。在對于換流站內部及有關設備構建模型中，都需要根據換流站實際設備運行所產生的電氣參數作為基礎要求，但是需要將不同設備之間進行溝通連接的長度及阻抗忽視，并且將換流站內的換流閘都假設為理想開關，也就是將換流閘在開關過程中所消耗的時間全部忽略不計。避雷器案在實際操作過程中所產生的電阻，直接有伏安特性缺陷標志，屬于非線性電阻。

以上就是對于仿真模型的描述，利用該模型對于換流站直流暫態過電壓及避雷器應力分布進行計算，能夠對于換流站直流暫態過電壓及避雷器應力分布情況全面了解。根據計算結果分析研究之后發現，對于換流站過電壓及絕緣配置方式影響嚴重的保護措施主要有兩種，分別是直流差動保護及接地極線過電壓保護。直流差動保護主要是通過高端換流變閥對于避雷器應力分布造成影響；接地極線過電壓保護主要是在金屬回線接地的過程中，對于避雷器應力分布進行影響。

圖一：換流站單極避雷器配置方式

2 換流器直流差動保護

在對于換流站絕緣配合及仿真分析原有研究成果研究之后發現高端換流閥側接地對于換流器內部絕緣配合具有直接性影響，進而也就造成閥避雷器及中性母線高能避雷器內所分布的應力較大。造成這種現象的原因較多，避雷器所能夠承受的最大應力數值實際上與系統實際運行形式之間有著緊密管理，因此，在對于特高壓換流站仿真分析中，需要將換流站多種運行方式進行考慮。根據理論及仿真計算結果分析發現，換流站要是選擇使用枯小方式，電流數值較小，并且換流閥關閉也將更加容易，所以閥避雷器內應力數值較大。

3 接地極線過電壓保護

在對于接地極線過電壓進行保護中，是以中性母線對地電壓作為基礎，進而對于接地極線進行檢測。直流系統在實際運行中要是選擇GR方式或者是MR方式，接地極線遭遇雷擊的可能性就較高，主要原因是由于線路由于多種因素的共同影響形成開路，進而造成中性母線電壓的上升，直流電流被迫通過中性母線及避雷器進入打的，在這個過程中，中性母線及避雷器所需要承受的應力較大。所以，中性母線及避雷器所需要承受的應力，與接地極線保護時間之間有著緊密關聯。

換流站在剛開始出現故障的之后，E2避雷器周圍的電壓數值升高，但是隨之就會逐漸較小，但是E1避雷器周圍的電壓數值下降，隨后又不斷升高。造成兩個避雷器出現這種情況的主要原因是由于線路在構成開路之后，電壓波向故障點傳播過程中，首先經過的是E2避雷器，然后通過中性母線，最后才到達E1避雷器，這個時候的電壓數值已經逐漸下降，所以E2避雷器的應力值較高。

4 結論

本文在基于直流保護策略對某特高壓換流站過電壓及絕緣配合影響的仿真分析研究之后，發現特高壓換流站在實際建設過程中，應該根據自身實際情況，借鑒其他成果換流站的經驗，對于換流程進行科學合理設定，保證過電壓及絕緣配合在合理范圍之內。

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DC protection strategy for UHVDC converter station overvoltage and insulation coordination based on Simulation Analysis on effect

Jiang Weitao
（State Grid Jiangsu electric power company maintenance branch UHV AC and DC Inspection Center,Nanjing Jiangsu,210000）

Uhvdcconverter station is an important part of the grid structure in our country,the performance has direct impact on power grid operation is one of the most important,the insulation performance is uhvdcconverterstation has,for the economy with the station has a direct factor to.

UHVDC; DC converter;transient overvoltage;insulation coordination;DC protection strategy