第 39 卷 第 9 期
2019 年 9 月
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol.39 No.9
Sept. 2019
逆变侧换流变压器故障性涌流产生机理及其
对差动保护的影响
郑 涛
1
,国兴超
1
,胡 鑫
1
,余 越
2
,郑现州
1
,王兴国
2
(1. 华北电力大学 新能源电力系统国家重点实验室,北京 102206;
2. 中国电力科学研究院有限公司,北京 100192)
摘要:针对特高压直流系统逆变侧阀侧接地故障可能引发换流变压器故障性涌流的问题,讨论故障位于不同
电压等级换流桥以及不同时刻下阀桥通断情况的差异,分析换相失败后阀侧故障电流特征,阐述逆变侧故障
性涌流产生机理及其特征。在此基础上,分析计及故障性涌流影响的换流变差动保护动作特性。研究结果
表明,故障性涌流可能导致换流变区外转区内故障时差动保护误闭锁,针对该问题,根据故障时阀侧电流直
流分量发生极性反转的特点,提出一种新的防止差动保护误闭锁的解决方案。PSCAD/EMTDC 仿真结果验
证了理论分析的正确性。
关键词:高压直流输电;换流变压器;差动保护;换相失败;故障性涌流
中图分类号:TM 77 文献标志码:A DOI:10.16081/j.epae.201909015
0 引言
在超特高压直流输电系统中,换流变压器(简称
换流变)作为最重要的设备之一,处在交流系统与换
流桥之间,可以在较大范围内调节交流电压,使系统
运行在最佳状态
[1⁃2]
,因此,换流变能否可靠稳定地
运行直接影响整个直流输电系统运行的可靠性。与
换流变阀侧直接相连的换流阀具有单向导通性,使
得在换流变阀侧故障后,故障电流偏向于时间轴一
侧,该电流流经换流变,导致换流变阀侧电流偏于时
间轴一侧,出现直流分量,从而改变换流变铁芯工作
点,并产生一定大小的励磁涌流,进而可能导致换流
变区内发生故障时差动保护拒动,由于该电流由故
障引发,故称其为“故障性涌流”
[3]
。
目前已有许多文献对交直流混联系统的故障特
征进行了研究。文献[4⁃5]通过建立回路叠加的换
流器故障分析电路对整流侧交流系统故障特征进行
分析,通过仿真波形可以发现,在整流侧交流系统发
生接地故障时故障电流波形偏于时间轴一侧,且故
障电流流经换流变阀侧绕组,即在故障后会有一定
大小的直流电流流入换流变。文献[6]依据换流器
内部各阀通断状态的变化,将逆变侧换流器交流故
障划分为若干个不同的基本状态进行分析,得出逆
变侧换流器交流接地故障时故障电流波形偏于时间
轴一侧,因此故障后同样会有直流电流流入换流变,
但其主要研究对象为换流器保护,并未讨论故障电
流直流含量对换流变铁芯工作点及差动保护的影
响。文献[7]通过对故障位置的空间域和故障时刻
的时间域进行扫描,指出故障位置和故障时刻的不
同会造成阀桥工况的巨大差异,从而引起故障电流
特征的变化,反映出直流系统对故障响应的离散性
与复杂性。在此基础上,文献[8]从阀电压变化情况
出发,从阀工况层面分析故障特征的变化机理,给出
不同换流桥故障的故障时段划分理论及依据,并对
不同故障时刻下故障暂态过程进行解析,但其并未
对换流变差动保护的影响进行分析,也没有考虑故
障位于不同电压等级换流桥的情况,存在一定的局
限性。
在逆变侧,由于直流系统的非线性导致直流系
统对换流变阀侧故障的响应具有时间和空间离散
性,故障位于不同电压等级换流桥以及发生在不同
时刻均会引起换流阀通断情况的差异,并可能引发
换相失败
[9⁃10]
,同时会引起故障电流特征的变化,进
而对差动保护造成不同程度的影响,目前国内外对
该现象尚未开展针对性的研究。
综上,目前有关逆变侧换流变阀侧故障特征及
其对差动保护影响的研究还不完善,本文以 ±800 kV
特高压直流输电系统为研究背景,深入分析不同故
障场景下换流变阀侧接地故障电流的特征,采用理
论分析与仿真验证相结合的方法,研究换流变阀侧
接地故障下换流变故障性涌流的变化特征及其对差
收稿日期:2019-04-14;修回日期:2019-07-18
基金项目:国家重点研发计划智能电网技术与装备重点专
项资助项目(2016YFB0900600);国家电网公司科技项目(多
类型电力设备故障识别及保护技术研究)(5100-20195501-
7A-0-0-00)
Project supported by the Key Project of Smart Grid Technology
and Equipment of National Key Research and Development
Plan of China(2016YFB0900600)and the Science and Tech⁃
nology Project of State Grid Corporation of China(Research
on Mu lti-type Power Equipment Fault Ide ntificati on and
Pro tect ion Technology)(5100-201955017A-0-0-00)