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高压交直流互联系统故障分析及相关保护的研究

成敬周  
【摘要】:随着大容量直流输电规模的不断增长,交流系统与直流系统之间耦合越来越紧密,送端与受端之间联锁反应的风险也逐步提高,工程实践情况对深入分析交直流混联电网运行特性提出了更高要求。交直流互联系统至今已面临多重工程技术问题,其中有一些问题已有较好的解决方法,但部分交直流相互影响问题至今未得到有效分析、科学预测、合理规避。当前,交直流系统的理论分析和创新是一项需要细致开展的工作。本论文主要研究了高压交直流输电故障及保护的几个典型问题,主要研究要点如下: (1)论述了交流系统发生断线故障时,逆变站会发生换相失败的可能性。利用交流叠加电压的变化情况分析了交流扰动对换相失败的敏感性。得出在不同换流变接线和不同的故障类型下,换相失败的敏感性是不同的。在连接断相交流系统的直流逆变站发生换相失败前,多端直流输电系统中的其他逆变站也有先发生换相失败的可能。 (2)利用开关函数法分析得出对直流后备保护影响的主要因素是交流系统负序及3次谐波分量,而负序分量是最主要因素。采用对称分量法对影响直流后备保护的主要因素进行分析,交流系统主要故障参数如故障类型、地点、无功补偿、短路比等发生变化时,对直流后备保护的影响是不同的,有的呈现单调性、有的随故障类型及运行方式而异。利用分析结论,提出了保护的工程校核方法,确定了反时限保护的动作范围。 (3)通过对换流阀换相电压的特性分析,站内发生交流接地时会伴随桥臂短路及交流系统复故障的出现,相间故障则表现为不平衡换相。通过接地故障发生后换流阀的电流时间函数来说明故障电流呈现交流多相短路的特征。通过故障等效交流电路来研究交直流保护特性。另外,连接高端阀的交流系统接地时交流保护的距离元件有时会有超越现象。提出采用零序补偿分量的方法来提高启动元件的性能。 (4)分析了当多端直流输电系统线路上发生故障时,因直流线路主回路上没有平波电抗器作用,传统保护不能进行故障区判断。交直流碰线故障发生后,基于二序对称分量法得出故障暂态电压和电流的多样性特征。根据贝瑞隆方程得出故障点与保护装置点的行波特性关系,并利用行波变化率特性来减少故障时受交流系统的影响程度,并得出故障区域判断的新算法。 (5)在论述直流滤波器特性基础上,研究了相关组合电路的阻抗特性,提出了利用相关特征谐波来判断故障区域的方法。基于一种改进复小波提取的相频特性,构成了基波比较型、非整数倍谐波比较型两类保护。和交流距离保护类似,该算法的保护也具有一定的盲区。验证了非整数倍谐波比较型保护的动作效果优于基波比较型。 (6)得出了传统接地极保护用于共接地极线模式时存在的不合理性。利用电路原理对共接地极线模式下各类故障时的电气参数进行计算。研究了在断线故障时不平衡电流为固定值,单线故障对过压保护影响不大,双极运行系统不平衡电流对保护影响与流入方向和大小有关的情况。针对故障电流特性,建议对不平衡电流保护进行故障定位及反时限功能的改进。


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