[科普中國]-電壓應(yīng)力保護(hù)

電壓應(yīng)力保護(hù)是指通過連鎖換流變壓器分接開關(guān)，避免交流電壓對換流設(shè)備產(chǎn)生過高的電氣應(yīng)力。

基于一起跳閘事故的換流閥電壓應(yīng)力保護(hù)分析事故過程特高壓換流站發(fā)生極2低端閥組（Y/Y接）A相換流變分接開關(guān)控制回路繼電器故障，導(dǎo)致?lián)Q流變檔位不一致，現(xiàn)場按照規(guī)程就地調(diào)節(jié)同步分接開關(guān)位置時，電壓應(yīng)力限制功能啟動分接開關(guān)降檔，造成極2低端換流變檔位相差過大，換流變飽和保護(hù)動作。故障前，雙極三閥組運(yùn)行輸送功率5000MW，故障后雙極高端閥組3950MW大地方式運(yùn)行，安控裝置正確動作，切除電廠機(jī)組兩組。

事故的直接原因為A相換流變分接頭檔位故障且停留在了高檔位上，換流閥的電壓應(yīng)力保護(hù)動作，降低分接頭檔位時導(dǎo)致分接頭失步，進(jìn)而產(chǎn)生偏磁電流。故障錄波顯示，電壓應(yīng)力保護(hù)動作時理想空載電壓 達(dá)到239kV，超過 定值?，F(xiàn)場手動切分接頭操作回路電源時，極2低端A相換流變檔位26檔，其余5相均為15檔，導(dǎo)致?lián)Q流變中性點(diǎn)偏磁電流達(dá)到換流變飽和保護(hù)II段定值0.098A，延時280s動作出口。故障錄波及事件顯示保護(hù)動作行為正確。

電壓應(yīng)力保護(hù)簡介（1）電壓應(yīng)力保護(hù)功能配置

ABB路線單獨(dú)配置電壓應(yīng)力保護(hù)（Voltage StressProtection），防止穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時換流變網(wǎng)側(cè)電壓過高導(dǎo)致晶閘管承受過電壓或避雷器動作。電壓應(yīng)力動作結(jié)果包括禁止升分接頭（ > ，延時2s），強(qiáng)制降分接頭（ > ），系統(tǒng)切換（ >VSP_trip，延時155s），跳交流斷路器（ >VSP_trip，延時185s），出口限制優(yōu)先級高于正常的分接頭控制。

南瑞繼保出口功能與ABB相同，禁止升、強(qiáng)制降分接頭延時100ms出口，系統(tǒng)切換延時165s，跳閘延時195s。

許繼將電壓應(yīng)力保護(hù)放在換流器控制的分接頭控制當(dāng)中，動作結(jié)果包括禁止升（無延時）、強(qiáng)制降、 高告警，典型應(yīng)用于溪浙工程。禁止升動作出口無延時取消升分接頭準(zhǔn)備允許位（包括手動和自動模式），強(qiáng)制降出口具有最高優(yōu)先級不需要分接頭同步信號。

（2）保護(hù)的定值整定

在換流變壓器參數(shù)設(shè)計中，需要確定的主要參數(shù)包括額定空載直流電壓、換流變額定容量、理想空載直流電壓限制和設(shè)計電壓、有載調(diào)壓分接頭檔位數(shù)。工程應(yīng)用時，首先根據(jù)換流變設(shè)計參數(shù)計算出正常運(yùn)行中出現(xiàn)的最大值，然后整流側(cè)以作為，增加一定裕度后作為和一次設(shè)備的設(shè)計值（一般向上取整）；逆變側(cè)以作為，考慮裕度后作為電壓應(yīng)力保護(hù)的動作值。

以特高壓晉南工程為例，表1列出計算用到的控制參數(shù)，表2列出設(shè)計時考慮的測量誤差。

①晉北站保護(hù)定值計算

②南京站動作定值計算

③分層接入工程的定值計算方法差異

錫泰工程逆變站高低閥組分接頭步長分別為1.25%和0.65%，計算整流側(cè)最大值時考慮高低閥組換流變同時調(diào)節(jié)一檔，直流電壓增大0.95% ，直流電流下降0.95%保持功率不變。因此相比常規(guī)特高壓直流，分層接入的整流側(cè)一次設(shè)備設(shè)計電壓值更高。

功能改進(jìn)錦屏換流站電壓應(yīng)力保護(hù)動作的直接原因是，Y/Y接A相換流變分接頭操作回路繼電器故障，故障相分接頭檔位停留在了高檔位上。控制保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)分接頭檔位計算出的超過了，發(fā)出強(qiáng)制降分接頭指令。正常的5相正常執(zhí)行降分接頭操作，故障的A相由于分接頭操作回路故障檔位一直無法降低?？刂票Ｗo(hù)系統(tǒng)根據(jù)A相分接頭檔位計算出的值一直大于，導(dǎo)致運(yùn)行人員手動斷開操作回路電源前，其他5相一直在執(zhí)行降分接頭動作。各相分接頭檔位相差過大以后，保護(hù)動作出口。

理想空載電壓由換流變閥側(cè)電壓決定，理想運(yùn)行狀態(tài)下每個橋臂承受的電壓為導(dǎo)通相閥側(cè)線電壓的一半，實際由于觸發(fā)角和換相角以及晶閘管正常導(dǎo)通時不需要承受反向電壓，換流閥上承受的電壓明顯小于理想空載電壓值。而且一次設(shè)備的設(shè)計電壓值為增加1%測量誤差裕度。因此從保護(hù)一次設(shè)備的角度考慮，一相換流變檔位計算出的理想空載電壓值高于強(qiáng)制降分接頭動作值不會在換流閥上形成超出設(shè)備承受范圍的過電壓，不應(yīng)造成閥組閉鎖。為防止此類跳閘事故發(fā)生，需要對電壓應(yīng)力保護(hù)做出優(yōu)化改進(jìn)。

（1）優(yōu)化方案

采用6相換流變檔位平均值計算時，一方面分接頭失步時不能反映一次設(shè)備上實際承受的電壓，另一方面如發(fā)生僅2相或3相空載電壓超過跳閘值，可能由于計算的偏小導(dǎo)致電壓應(yīng)力保護(hù)拒動。直接選取Y/Y接A相換流變分接頭檔位則具有盲目性，仿真系統(tǒng)模擬錦屏站相同故障，電壓應(yīng)力保護(hù)動作強(qiáng)制降分接頭使得非故障相分接頭一直降到最低。

方案一。強(qiáng)制降低分接頭出口增加分接頭同步作為條件，當(dāng)非故障相分接頭動作后，由于故障相分接頭未動作導(dǎo)致分接頭失步，保護(hù)不能繼續(xù)出口，防止分接頭檔位相差過大引起偏磁電流。

方案二。考慮泰州站，利用分接頭動作的監(jiān)視信號作為計算時選擇換流變檔位的判據(jù)。當(dāng)發(fā)出分接頭操作命令后監(jiān)視時間內(nèi)未檢測到A相換流變檔位變化，則認(rèn)為該相換流變分接頭故障，切換到B相進(jìn)行計算。經(jīng)過仿真試驗，分接頭失步兩檔后切換到B相，空載電壓低于定值停止分接頭動作。

方案三?？刂票Ｗo(hù)系統(tǒng)中已有12脈動各相換流變的分接頭的檔位，因此可以優(yōu)化為每相單獨(dú)計算U di0，分別與強(qiáng)制降分接開關(guān)電壓定值比較，當(dāng)3臺及以上值超過時，則延時5s向本閥組所有換流變發(fā)出降分接開關(guān)信號，3臺以下超過定值時，不發(fā)出降分接開關(guān)信號；禁止升分接開關(guān)、系統(tǒng)切換和跳閘則采用同一閥組6臺換流變中檔位最高值計算得到，再與定值進(jìn)行比較。保護(hù)所有出口邏輯與是否同步及手動/自動信號無關(guān)。

方案一的弊端在于未以保護(hù)一次設(shè)備為首要考慮條件，可能出現(xiàn)各相分接頭空載電壓超過動作定值，而保護(hù)因分接頭失步不能出口。

比較方案二和三，空載電壓過高而某一相分接頭操作故障時，兩個方案都動作其他相下降至正常范圍停止（如果故障相為A相則方案二超調(diào)2檔）。當(dāng)兩相分接頭故障時，方案三動作其他四相降低至正常范圍停止；方案二如果故障的不是A和B相則其他四相降低至正常范圍停止；如果故障在A和B相則其他四相一直下降直至跳閘。不考慮三相分接頭故障。

綜合考慮方案三為推薦方案，但是從一次設(shè)備電壓考慮，如果兩相分接頭故障且發(fā)生在同一個六脈動閥組，考慮測量誤差換流閥橋臂上承受的電壓可能超過設(shè)備設(shè)計值，保護(hù)不會動作。如改為兩相空載電壓越限動作降分接頭則會導(dǎo)致分接頭檔位差過大。

（2）監(jiān)控告警事件配置

采用每相分接頭單獨(dú)計算空載電壓后，應(yīng)該從每個閥組報電壓應(yīng)力保護(hù)動作告警改為每一相單獨(dú)設(shè)置禁止升、強(qiáng)制降、切換跳閘告警。保證分接開關(guān)異常停止在高檔位時，提醒運(yùn)檢人員故障相以及實際的電壓水平，為就地操作提供依據(jù)。

基于特高壓換流站換流閥電壓應(yīng)力保護(hù)動作引起的跳閘事故，分析了ABB與西門子兩種主要控制保護(hù)設(shè)備路線的電壓應(yīng)力保護(hù)定值和邏輯設(shè)置。

單相換流變分接開關(guān)故障導(dǎo)致理想空載電壓過高時，控制保護(hù)系統(tǒng)電壓應(yīng)力保護(hù)啟動其他相分接頭動作至正常范圍后停止，不引起閥組閉鎖。

晉北和南京站一次設(shè)備設(shè)計的絕對最大空載直流電壓分別為240kV和232kV。分層接入的整流站一次設(shè)備設(shè)計值高于常規(guī)直流。

12脈動各相換流變單獨(dú)計算并分別與強(qiáng)制降分接開關(guān)功能定值比較，當(dāng)3臺及以上值超過時，則延時5s向本閥組所有換流變發(fā)出降分接開關(guān)信號。禁止升分接開關(guān)、系統(tǒng)切換和跳閘則采用同一閥組6臺換流變中檔位最高值計算得到，再與定值進(jìn)行比較。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李嘉騫 - 博士 - 同濟(jì)大學(xué)