换流器的故障分析与保护策略

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1、换流器的故障分析与保护策略摘要高压直流输电技术必将以其技术上和经济上的独特优势，在远距离人容量输电和全国联网两个方面对我国电力工业的发展起到十分重要的作用。流器是换流站的心脏，同时与交流和直流系统相连，故其保护在直流保护中最重要也最复杂，其故障分析的理论和方法、保护功能配置和原理，都与传统的交流系统迥异。目前，国内对HVDC保护系统的分析、设计和研究还亟待进一步深入。本文以HVDC系统的12脉动换流器为研究对象，对换流器保护各种区内故障从机理上进行了分析。在考虑故障情况吋两个6脉动换流器之间的相互影响下，提出了换流器故障的定性分析和定量计算的方法。以CIGRE

2、标准测试系统为例，对整流器典型的换流内故障进行了计算。深入研究了HVDC换流器主保护（换流器阀短路保护、换相失败保护、极差动保护）的保护原理，在此基础上，基于区内外故障电流的定量计算方法，对整流器阀短路保护的整定和灵敏度问题进行了研究。利用PSCAD/EMTDC仿真软件，基于CIGRE直流输电测试系统，对换流器区内所有短路故障和相关的区外短路故障进行仿真验证。结果表明，本文对换流器故障分析的理论和方法正确、合理，对HVDC系统换流器保护的分析和整定有效、可靠。关键词：直流输电；换流器；故障分析；保护策略摘要I1.绪论1L1课题背景11.2选题意义21.331.

3、4本文主要工作42.换流器故障分析52.1引言52.2整流器阀故障62.3整流器肓流侧故障152.3.1整流器直流侧出口短路152.3.2整流器直流侧接地短路172.4整流器交流侧短路182.4.1整流器交流侧两相间短路182.4.2整流器交流侧单相对地短路202.5逆变器故障222.5.1换相失败222.5.2逆变器阀短路故障242.5.3逆变器直流侧出口短路242.5.4逆变器宜流侧接地短路252.5.5逆变器交流侧单相短路262.5.6逆变器交流侧两相间短路262.6小结263.整流器典型故障分析与计算283.1引言283.2区内最严重故障时产生的最大故

4、障电流283.3区内最轻微故障时产生的最小短路电流313.4区处最严重故障时产生的最大故障电流353.5小结461.换流器保护原理研究484.1引言484.2阀短路保护504.2.1阀短路保护原理504.2.2阀短路保护的动作情况分析514.2.3阀短路保护的整定544.3换相失败保护564.3.1换相失败保护原理574.3.2换相失败保护动作情况分析574.4极差动保护584.4.1极差动保护原理584.4.2极差动保护动作特性分析58小结59结论60参考文献611•绪论1.1课题背景自1882年开创用直流输电输送电能的历史以来，随着电力电子技术的突飞猛进，

5、高压直流输电技术也得到飞速发展。由于高压直流输电在长距离输电、电网互联等方面具有独特的优点，当今，作为高压交流输电技术的有力补充，高压直流输电技术已在全世界得到越来越多的应用。由于我国地域辽阔，能源分布及负荷发展很不平衡，水利资源主要集中在西南数省，煤炭资源主要集屮在山西、陕西和内蒙古西部，而负荷主要集屮在东部沿海地区，因此远距离大容量输电势在必行。另一方面，电网互联是电力工业发展的必然趋势，我国各大区和独立省网的互联已进入实施阶段，利用高压直流输电作异步联网在技术上、经济上和安全性等方面的优势已在世界范围内得到证明。因此高压直流输电技术必将以其技术上和经济上

6、的独特优势，在远距离大容量输电和全国联网两个方面对我国电力工业的发展起到十分重要的作用。我国已成为世界范围内直流输电应用前景最为广阔的国家[1-2].世界上很多国家都采用了这种技术。目前，在五大洲都分布有高压直流输电工程，且密集于北美和西欧等经济发达地区。随着经济发展地域移向亚洲，我国及周边地区的肓流输电工程越来越多。其中值得一提的是同为发展中的国家的印度。它具有五大区域电网，止在实施用高压直流输电实现电网互联，冃前已投运3条长距离大容量架空直流输电线路。我国在1988年建成了从浙江穿山半岛至舟山岛lOOkV直流海底电缆送电实验工程，额定输电容量为50MW,输

7、送距离13.5km。1990年，从湖北葛洲坝至上海的葛南双极直流输电线路投入商业运行，其额定容量为1200MW,额定电压为±500kV,送电距离为1045km。它既是我国第一条长距离人容量高压直流输电线路，又是区域电网直流互联工程。中国电力从此进入了交直流混合输电的时代。2001年6月，从广四天生桥至广州北郊的天广双极直流输电线路投入商业运行。这是我国第二条长距离大容量高压直流输电线路，其额定容量为1800MW,额定电压为±500kV,送电距离为960kmo为了将湖北三峡的电力东送华东地区，计划再建两条高压育•流输电线路。第一条从三峡左岸至江苏常州，其额定容量

8、为3000MW,额定电压为±500kV