[发明专利]高压直流输电系统阀故障检测处理方法

说明书

技术领域

本发明属于高压电力技术领域，尤其涉及一种高压直流输电系统阀故障检测处理方法。

背景技术

采用交、直流混合输电已经成为当今高压输电发展的必然趋势，特别是随着晶闸管阀的出现，高压直流输电更加具有吸引力。

典型的双极直流输电系统结构如图1所示，有两根导线，一正一负，每端有两个为额定电压的换流器串联在直流侧，两个换流器间的连接点接地。正常时，两极电流相等，无接地电流。两极可独立运行。若因一条线路故障而导致一极隔离，另一极可以通过大地运行，能承担一半的额定负荷，或利用换流器及线路的过载能力，承担更多的负荷。

直流保护分区域配置，典型分区如图2所示，1号换流阀区，2号极母线区，3号极中性母线区，4号双极以及金属回线连接区，5号接地极线路区，6号直流线路区，7号金属回线区，8号直流滤波器区。换流阀区域配置有阀短路保护、阀过流保护、换相失败保护、阀差动保护、换流母线差动保护、交流过电压保护、交流低电压保护。其中阀短路保护是区域内主保护。

现有的阀桥臂接地故障检测方式(以Y侧换流阀为例)：保护采集换流变阀侧套管CT电流和直流极母线CT电流IdYC，并计算其差电流，正常运行时，流过两只CT的电流幅值和方向均一致，在桥臂短路故障发生时，IacY电流急剧增大，直流母线电流IdYC急剧减小，保护装置可以检测到差流，因此及时动作，切断电源，保护换流阀等主设备。但是在桥臂接地故障(以C相换流变阀侧套管损坏接地时)发生时，短路电流方向如图3所示：当C相换流变产生接地故障时，短路电流流过C、A相换流变压器绕组，通过故障前的导通阀流过IdYC，再流过直流线路和对侧换流站，最后由大地返回本站，但是没有流经中性母线，正常的直流电流立即从接地点和接地极构成回路，由于D侧变压器阻抗远大于地电阻，因此，IdDC被旁路，IdYC和IdDC间产生差流。可以看出按照现有的差流检测方法(|IacY-IdYC|)根本检测不到差动电流，因为流过这两个CT的电流大小方向都一致，因此保护不会动作。

而阀差动保护的差流检测逻辑是|IdYC-IdDC|，在桥臂接地故障发生时，短路电流从接地极直接流入接地点(事实上理论上它们是同一个电气连接点)，中性母线CT IdDC被旁路，IdYC和IdDC间产生差流，所以阀差动保护会首先检测到差流并采取相应的动作。

阀差动保护除了比阀短路保护动作较慢之外，最大的区别就是阀差保护动作后果投入旁通对，即同时触发同相的4个换流阀，换流器的其它8个换流阀全都闭锁。

旁通对投入后直流回路被旁通对短路，换流器的交流侧只有与旁通对连接的交流相与直流回路相连，其它两相被闭锁阀阻断，从而可以减小因故障而使换流变压器发生直流偏磁，同时也可以迅速隔离交直流回路。而桥臂短路时换流阀正反向都可以导通，投旁通对无法隔离故障桥臂，为了避免严重的交流短路，桥差保护动作后直接闭锁换流阀，不投旁通对。

如图4所示，阀差动保护动作投入旁通对后，当UA＞UC时，短路电流流向：短路电流从换流变C相绕组流入，A相绕组流出，在整流侧移相闭锁之前，短路电流电流通过直流线路和整流侧换流阀，再通过大地流回故障点。在此期间，IdDC仍然被旁路，没有电流流过，IacY_L1和IdYC上流过的电流相同。

如图5所示，阀差动保护动作投入旁通对后，当UA＜UC时，短路电流流向：实心箭头表示交流两相短路电流，从换流变A相绕组流入，C相绕组流出，经过故障点流入大地，再通过A相旁通对返回A相绕组；空心箭头表示直流线路放电电流，通过旁通对，直流线路，整流侧换流阀和接地极构成回路。在此过程中，A相的三个换流阀由于同时叠加交流两相短路电流和直流线路放电电流，因此流过的电流非常大以至于会使IdDC饱和。

而正是由于旁通对的投入，实际上造成了换流变的交流两相短路，使A相换流变(注意之前假设的是C相换流变阀侧套管故障接地，实际上A相变压器是正常运行设备)以及A相的三个换流阀(也不是故障设备)流过了非常大的短路电流，扩大了故障范围，危害了一次主设备的安全运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种科学合理的高压直流输电系统阀故障检测处理方法，它不但能检测桥臂短路故障，而且还能检测桥臂接地故障，及时准确地判断和保护直流输电系统主设备可控硅阀和换流变压器的安全。