基于故障波形特征的换流阀短路故障定位分析.pdf
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1、宁夏电力 年第 期基于故障波形特征的换流阀短路故障定位分析郑维高阮海健郭涛莫豪陈月(国网江苏省电力有限公司超高压分公司江苏 南京)摘 要:基于实际在运特高压直流工程模型的实时数字系统仿真()模拟整流侧和逆变侧换流阀不同区域故障点分析阀区不同典型故障点产生故障波形特征并给出 种快速判据同时重点分析单阀短路故障时三种故障时刻下故障波形特征最后提出一种基于故障波形特征的换流阀短路故障点快速定位方法在工程现场故障分析时能够快速分析定位故障阀具有重要工程实际应用价值关键词:阀短路故障特征分析故障定位中图分类号:.文献标志码:文章编号:()有效访问地址:/././.(.):()().:./.引 言随着国内
2、经济快速发展以及日益增长的新能源消纳需求近十年特高压直流输电技术快速发展特高压直流输电对于远距离大容量能源输送、区域电网互联等具有重要作用 逐渐成为新型电力系统重要组成部分换流阀是直流输电系统的核心设备通过整流和逆变实现交直流电能的转换 换流阀短路故障特征、保护配置和原理均与常规交流系统设备短路不同 研究换流阀短路故障特征和快速定位换流阀故障点具有重要意义郑维高等:基于故障波形特征的换流阀短路故障定位分析近年来对于换流阀短路保护原理、保护优化、换流变压器短路分析 等研究分析较多对于换流阀短路故障定位研究分析相对较少而且研究提出的故障定位方法对于实际换流阀短路故障分析工程实用性不高 文献根据两类
3、不同换流阀保护动作判据故障动作情况和故障时段划分给出了一种换流器故障定位方法 文献对换流器接地故障进行了理论分析提出了以电气特征与延时相结合的换流器接地故障定位判别思路本文主要依托在运特高压直流工程模型进行系统换流阀短路故障仿真模拟换流阀区典型故障分析不同故障点产生故障波形特征并给出 种典型故障定位快速判据最后提出一种基于故障波形特征的换流阀短路故障点快速定位方法 换流阀区故障点分析目前特高压直流换流站每极配置高低端串联结构的双 脉动换流器直流典型运行方式包括双极大地回线、单极大地回线和单极金属回线在典型运行方式下换流阀故障特征基本相同实时数字系统仿真()分析均以双极四阀组大地回线典型运行方式
4、为例进行研究 换流阀区短路故障主要包括换流阀交流侧短路、换流阀短路、换流阀直流侧短路整流侧阀区典型故障点如图 所示 图 中、表示 桥六脉动换流阀、表示 桥六脉动换流阀图 整流侧阀短路典型故障点换流阀交流侧短路主要包括换流变压器阀侧相间短路、和换流变压器阀侧单相接地短路、换流阀直流侧短路主要包括换流阀高压侧接地短路、换流阀低压侧接地短路、换流阀中点接地 换流阀短路主要包括单阀短路、单桥短路、双桥短路 阀短路保护原理阀短路保护用于检测阀短路故障和换流变压器阀侧相间故障避免发生短路时换流阀遭受过应力保护整个换流阀 该保护主要通过采集换流变压器阀侧 绕组和 绕组三相电流()和直流极母线电流()和中性线
5、电流()计算出最大相换流变压器阀侧电流和最大直流侧电流的差值并与定值进行比较 正常运行工况下两侧电流平衡 当交流侧与直流侧差流高于保护定值保护动作表明换流阀发生短路 其保护动作判据为()()()式中:的段定值为.无延时 段定值为.延时 表示换流阀高压侧电流表示换流阀低压侧电流表示星接换流变阀侧最大交流电流表示角接换流变压器阀侧最大交流电流 表示换流阀直流侧最大电流 保护动作结果为段整流侧 闭锁、跳交流断路器逆变侧 闭锁、跳交流断路器 段逆变侧 闭锁、跳交流断路器 典型故障波形特征分析.换流阀区故障保护动作情况依托在运实际特高压直流模型的 仿真系统对 故障分别进行典型短路仿真(金属性短路)仿真结
6、果显示换流阀交流侧单相接地短路(、故障)、换流阀直流侧短路(、故障)时阀差保护动作阀短路保护不动作表 为阀差保护动作典型电流故障特征量变化情况宁夏电力 年第 期表 阀差动作典型故障特征量分析故障类型保护动作情况故障增大减至 增大减至 阀差动作阀短路不动作故障增大减至 微增后降为 增大阀差动作阀短路不动作故障增大减至 减至 减至 阀差动作阀短路不动作故障增大减小增大增大阀差动作阀短路不动作故障增大减至 微增后减为 减至 阀差动作阀短路不动作 注:换流阀高压侧直流电流换流阀低压侧直流电流换流阀 桥阀侧电流换流阀 桥阀侧电流 仿真分析发现换流阀短路(、故障)和换流交流侧相间短路(、故障)时整流侧故障
7、阀短路保护动作而逆变侧故障时换相失败保护或阀短路保护段会动作 考虑单阀短路故障时刻整流侧阀短路会产生三种典型特征波形因此整流侧有 种典型特征波形 故障波形特征分析原则为流过正常阀的短路电流由正变负时阀会关断但是由于阀短路电流幅值较大过零点时间会受两相和电压、回路阻抗影响相比原换相时刻推迟 图 为整流侧 脉动换流阀图 整流侧 脉动换流阀.整流侧典型阀短路波形特征分析.单阀短路故障特征和判断方法整流侧和逆变侧换流阀短路存在差异性不同故障时刻整流侧单阀短路的故障特征波形不同 通过 系统仿真验证单阀短路故障特征可划分为三种不同故障时刻故障时刻 为导通阀发生阀短路故障时刻 为关断阀发生阀短路且短路阀与下
8、一时刻换相阀非同半桥臂故障时刻 为关断阀发生阀短路且短路阀与下一时刻换相导通阀同半桥臂)故障时刻:导通阀发生阀短路(以 桥阀为例)当阀处于导通或刚导通时刻发生短路不影响其正常导通直到阀换相时由于故障阀短路无法正常关断在其电压过零并反向后出现电流波形畸变 如图 所示波形畸变时刻为阀导通、阀向 阀换相 此时 阀和 阀同时导通发生 相间短路阀侧 相电流中会流过 阀由负变正且迅速增大的反向短路电流 相电流中会流过 阀中迅速增大的短路电流而 阀中的流向逆变侧的电流减小为 直到 阀导通 相也流过 阀的大短路电流发生三相短路快速判据:当某一相电流波形在其关断时刻迅速过零并往另一电流方向迅速增大时可判断其为故
9、障阀电流波形()换流阀网侧电压()星变阀侧套管电流图 故障时刻 整流侧 桥 阀短路故障波形)故障时刻:关断阀发生阀短路且短路阀与下一时刻换相阀非同半桥臂(以 桥 阀为例)如图 所示在 阀已导通阀刚导通时郑维高等:基于故障波形特征的换流阀短路故障定位分析刻发生 阀短路此时相当于 阀、阀发生 相间短路造成阀侧 相电流流过激增的 阀短路电流阀侧 相电流流过激增的 阀短路电流由于 阀和 阀电流未反向故排除其短路可能性 当 阀向 阀换相时因为故障环流在下半桥臂对于上桥臂的换相影响较小所以后续 阀导通后 相不会发生电流激增 直到 阀向 阀换相时故障电流反相阀关断不再流过故障电流 相短路电流变为 阀流过正常
10、直流电流快速判据:若故障电流波形向另一方向无反向增大现象可判断当前正关断阀发生短路通过激增电流确定故障相换流阀四个阀排除正导通的阀剩下两个未导通阀下一时刻导通且电流未激增的阀若在上半桥臂或下半桥臂则判断故障阀为另一半桥臂的关断阀()换流阀网侧电压()角变阀侧套管电流图 故障时刻 整流侧 桥 阀短路故障波形)故障时刻:关断阀发生阀短路且短路阀与下一时刻换相导通阀同半桥臂(以 桥 阀为例)如图 所示故障时刻为 阀向 阀换相阀导通时阀发生短路相当于 阀和 阀发生 相间短路导致阀侧 相电流流过激增的 阀短路电流阀侧 相电流流过激增的阀短路电流若 阀和 阀电流未反向则排除其短路可能性 下一时刻当 阀向
11、阀换相时因故障环流在上半桥臂阀与 阀、阀间同时导通相当于交流侧 三相短路阀导通后 相电流迅速增大阀的电流幅值受其剩余导通时间限制导通较久难以关断当 阀向 阀换相时故障电流反向阀关断不再流过故障电流 相仍流过 阀的反向短路电流 当到 阀中的 相电流过零时阀关断 相将不再流过短路电流仅有直流电流快速判据:若无往另一方向电流增大现象则判断当前正关断的阀发生短路通过激增电流判断为哪两相的阀存在故障四个阀排除正导通的阀剩下两个未导通阀下一时刻导通且电流发生激增的阀若在上半桥臂或下半桥臂则可判断为故障阀为该半桥臂内的关断阀图 故障时刻 整流侧 桥 阀短路故障波形.单桥短路故障特征和判断方法 脉动单桥短路故
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