基于柔性直流输电系统故障特性的断路器失灵保护的改进

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1、基于柔性直流输电系统故障特性的断路器失灵保护的改进（广东电网有限责任公司汕头供电局广东汕头515041）摘要：基于MMC拓扑结构的多端柔性直流输电技术日益成熟，针对柔性直流输电直流保护策略的研宄也越来越多。木文分析了柔性直流输电系统保护配置，并根据柔性直流系统的故障特征提出相应的失灵保护配置方案。关键字：柔性直流输电；直流保护；失灵保护；世界第一条多端柔性直流输电工程2013年底在汕头市南澳县投入运行,目前运行安全、稳定，这极大地增强了交流电网输电的灵活性，对孤岛供电、分布式电源并网、大型风电场并网等都起到了很

2、好的效果。但是由于柔性直流输电技术是新技术，控制保护方面的研究较少，在工程投入运行一年多时间里，发现控制保护方面存在一些问题。比如，柔性直流输电系统的阀厅内部故障，控制保护系统动作结果是闭锁换流阀同时跳开断路器（启动断路器失灵保护），在断路器失灵跳不开的情况下，若失灵保护的原理是传统的判电流，则因柔性直流输电系统的阀厅故障的故障特征，断路器失灵保护是无法启动的，这将扩大了事故范围，给柔性直流输电系统带来安全隐患。因此，结合实际工程运行中发现的问题，研究柔性直流输电工程的故障特征，根据故障特征提出相应的改进措施和

3、方法，不断完善柔性直流系统控制保护系统的功能，使柔性直流输电系统更安全可靠的运行。因此，研究柔性直流输电在发生故障时且断路器失灵时相应的失灵保护策略显得尤其重要［1］。同时，研宄柔性直流输电控制保护的故障特性对后续的柔性直流输电工程在设计和运行维护方面都具有重要意义。木文分析了柔性直流输电系统的故障特征，结合柔性直流输电系统的特点，提出了针对柔性直流输电系统的断路器失灵保护策略。1断路器失灵保护原理及柔性直流输电系统对断路器失灵保护的配置要求[2]0前，常规的断路器失灵保护配置是按照常规的断路器失灵保护。采用“

4、相电流”、“零序或负序电流”动作，配合“保护动作”和“断路器合闸位置”三个条件，延吋启动失灵。其中零、负序电流，“保护动作”和“断路器合闸位置”可分别由控制字投退，如图1所示。传统的断路器失灵保护在系统故障发生故障保护动作，II断路器没分开的情况下，判断各相电流，若电流大于整定值，则失灵保护出U跳开相应断路器。但是，由于柔性直流输电系统的特殊系统结构和控制方式，从而导致柔性直流输电系统故障时，其特征量与传统的交流系统冇明显的差别，致使传统的断路器失灵保护的策略不能很好地实现对柔性直流输电系统的保护。因此，研究柔

5、性直流输电系统的故障特征，并基于故障特征提出相应的适用于柔性直流输电系统的断路器失灵保护策略。根据柔性直流输电系统的特殊系统结构和控制方式，要求所配置的断路器失灵保护应满足柔性直流输电系统在所右故障情况下都能可能判定断路器是否失灵并可靠动作。2柔性直流输电系统的故障特征[3-4]柔性直流输电系统根据系统结构的划分，可以分为交流系统、换流站内以及直流输电线路三个主要部分，如图2所示。交流系统部分主要包括柔性直流输电系统所连接的交流电网和换流变压器，交流系统部分的故障影响直流功率的交换，造成换流站内直流部分的过电压

6、或者过电流。换流站内部分的设备主要是电抗器、启动电阻、母线以及换流阀等。其中换流阀是换流站内部分的重要设备，换流阀故障后对直流的运行造成很大的影响。直流输电线路部分是功率传输的设备，直流输电线路一般采用电缆，因此故障的几率比较小。本文针对柔性直流输电系统中一些常见故障，研究柔性直流输电系统的故障特征，提出相应的断路器失灵保护策略。2.1交流系统故障图1传统断路器失灵保护动作示意图交流系统的故障主要有短路故障、断线故障以及操作或雷击过电压等，其中短路有：单相接地故障、两相接地故障、两相短路、三相短路故障。故障特征

7、跟交流系统一样，交流系统故障产生的正序电流和负序电流都会对直流系统造成过电压或者过电流危害。换流变压器是换流站与交流系统之间的能量交换的纽带，是柔性直流输电系统能够正常工作的核心部件。换流变压器的故障类型跟交流系统的变压器一样，可分为汕箱内和汕箱外两种故障。汕箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。油箱内故障主要是绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的故障等。2.2换流站内故障[5]换流阀是直流输电系统中的重要部件，换流阀故障指由于绝缘损坏、机械失效或者控制系统故障引起换流阀失效。故障类型主

8、要奋子模块的故障和桥臂开路故障。子模块内部故障种类众多，但均可以等效为子模块的交流端口短路故障。而桥臂电抗和换流阀接UI处联接较为薄弱，奋可能发生开路故障。桥臂开路故障发生于换流器内部，对于换流器的安全奋着很大威胁。即使换流器能够通过切除故障相和调整控制方式实现继续运行，这种非全相运行模式将会产生人量的负序分量。2.3直流输电线路故障柔性直流输电系统直流线路可能发生直流电缆故障和直流架