劉家軍 任 杰 杜延輝

（1.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000；2.安徽送變電工程公司，安徽 合肥 230000）

兩種星角換流變壓器差動保護(hù)方案比較

劉家軍1任 杰2杜延輝1

（1.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000；2.安徽送變電工程公司，安徽 合肥 230000）

本文論述了直流輸電中兩種星角換流變壓器差動保護(hù)的方案。一是許繼換流變壓器差動方案，其采用網(wǎng)側(cè)首端電流和閥側(cè)首端電流；另一種是ABB換流變壓器差動方案，其采用網(wǎng)側(cè)首端電流和閥側(cè)首端電流及尾端電流的平均值。闡述了換流變壓器差動區(qū)內(nèi)閥側(cè)相間短路時兩種方案下保護(hù)的動作行為和靈敏度計算。通過建模仿真并輔以南方電網(wǎng)在許繼集團(tuán)的換流變壓器保護(hù)試驗中的數(shù)據(jù)和波形為佐證。綜合分析后得出：在直流輸電系統(tǒng)中，由于星角換流變壓器差動保護(hù)采用套管TA，其閥側(cè)相間短路時，兩種差動保護(hù)方案均能正確動作。同時指出從靈敏度校核來看，許繼換流變壓器差動方案優(yōu)于ABB方案。

高壓直流輸電；星角換流變壓器；套管；電流互感器；差動保護(hù)；靈敏度；RTDS

高壓直流輸電在遠(yuǎn)距離大容量輸電和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)方面具有明顯的優(yōu)點，已在我國西電東送和全國聯(lián)網(wǎng)工程中起到了重要的作用[1]。在高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流變壓器（簡稱換流變）是十分重要的設(shè)備，通過換流變實現(xiàn)了交流系統(tǒng)和直流部分的電氣絕緣和隔離，同時為換流閥提供相位差為30°的換相電壓，換流變壓器組通常由星角接法的變和星星接法的變壓器構(gòu)成[2]。因為換流變處在交流電和直流電互相變換的核心位置，其可靠性和可用性對于整個系統(tǒng)是尤為關(guān)鍵的，所以，換流變的保護(hù)功能應(yīng)該根據(jù)其自身的特點盡可能地完善和可靠。換流變和普通電力變壓器相比，有自己的獨特之處。換流變短路阻抗大、有載調(diào)壓范圍廣、差動保護(hù)均采用套管TA。因此，換流變保護(hù)裝置與常規(guī)的電力變壓器保護(hù)裝置在保護(hù)配置上有很大的不同。換流變保護(hù)裝置通常配置有如下保護(hù)：換流變引線和換流變差動保護(hù)、換流變差動保護(hù)、引線差動保護(hù)和換流變繞組差動保護(hù)等[3-5]。本文只專門針對星角換流變差動保護(hù)，星星換流變差動保護(hù)不在討論范圍之內(nèi)。

1 換流變差動保護(hù)原理

差動保護(hù)是換流變的主保護(hù)，換流變差動保護(hù)一般采用比率制動式差動保護(hù)，以雙繞組換流變?yōu)槔?，保護(hù)配置圖如圖1所示：

圖 1 換流變差動保護(hù)配置圖

2 換流變差動保護(hù)動作行為和靈敏度校驗

依據(jù)中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心繼電保護(hù)處下發(fā)的定值單，普洱站星角換流變差動保護(hù)的定值如表1所示：

表 1 普洱站星角變換流變保護(hù)定值單

由中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心繼電保護(hù)處調(diào)查知；系統(tǒng)最小運行方式下星角換流變閥側(cè)三相短路時的最小短路電流，I（3）V·min=3.3kA=4.0Ie。

下面分析計算當(dāng)星角換流變差動保護(hù)區(qū)內(nèi)閥側(cè)相間短路時兩種保護(hù)方案下?lián)Q流變差動保護(hù)的動作行為及其靈敏度。本文統(tǒng)一采用系統(tǒng)最小運行方式下?lián)Q流變差動區(qū)內(nèi)閥側(cè)相間短路來計算，在該故障下，計算條件更加苛刻，更不利于保護(hù)，故所得結(jié)論更有利。需要特別說明的是：依據(jù)文獻(xiàn)[6]和[7]中相關(guān)說明，換流變差動保護(hù)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)最小運行方式下閥側(cè)兩相短路來校核，實際上由于采用套管TA，該結(jié)論值得商榷，換流變差動保護(hù)應(yīng)按系統(tǒng)最小運行方式下三相短路校核，見如下驗算。因而，本文將分別計算閥側(cè)兩相短路和三相短路時換流變差動保護(hù)的靈敏度。

對于星角換流變，其特殊之處在于采用了套管TA，因而差動區(qū)內(nèi)閥側(cè)上兩相短路時，網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)的套管TA都會感受到故障電流，如圖2所示，黃、綠、紅色表示A、B、C相，表征星角換流變閥側(cè)兩相短路時的短路電流。

由圖2中推導(dǎo)：

1）采用許繼換流變差動保護(hù)方案時，以A相為例，

圖 2 星角換流變閥側(cè)AB相間短路時故障電流分布

則星角換流變差動保護(hù)的靈敏系數(shù)為：

滿足要求，保護(hù)可靠動作。

2）采用ABB換流變差動保護(hù)方案時，以A相為例，

則星角換流變差動保護(hù)的靈敏系數(shù)為：

滿足要求，保護(hù)可靠動作。

同樣的，當(dāng)星角換流變閥側(cè)上三相短路時，各側(cè)電流分布如圖3所示，黃、綠、紅色表示A、B、C相表征星角換流變閥側(cè)三相短路時的短路電流。

圖 3 星角換流變閥側(cè)三相短路時故障電流分布

1）采用許繼換流變差動保護(hù)方案時，以A相為例，

由圖3中推導(dǎo)，以A相為例，

則星角換流變差動差動保護(hù)的靈敏系數(shù)為：

滿足要求，保護(hù)可靠動作。

2）采用ABB換流變差動保護(hù)方案時，以A相為例，

則星角換流變差動差動保護(hù)的靈敏系數(shù)為：

滿足要求，保護(hù)可靠動作。

從上述理論計算中可以得到：無論是采用許繼還是ABB的換流變差動保護(hù)方案，系統(tǒng)最小運行方式下星角換流變差動保護(hù)區(qū)內(nèi)閥側(cè)相間短路時，換流變差動保護(hù)均能正確動作，且靈敏系數(shù)滿足要求。相比較，許繼換流變差動保護(hù)方案靈敏系數(shù)更高，保護(hù)更靈敏。下面將通過建模仿真和RTDS試驗來驗證圖2和圖3的正確性[8-9]。

3 MATLAB建模仿真

圖 4 星角換流變閥側(cè)AB相間短路時故障電流分布

圖 5 星角換流變閥側(cè)三相短路時故障電流分布

在MATLAB中建立基于12脈動換流器的直流輸電模型，其中換流變采用了6臺分相的星角換流變和星星換流變。模擬星角換流變差動區(qū)內(nèi)閥側(cè)AB相間短路和三相金屬性短路，測量此時流經(jīng)星角換流變網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)的故障電流，分別如圖4和圖5所示。

圖 6 星角換流變閥側(cè)AB短路時保護(hù)裝置錄波波形

圖 7 星角換流變閥側(cè)ABC短路時保護(hù)裝置錄波波形

從仿真結(jié)果中可見，星角換流變差動保護(hù)區(qū)內(nèi)閥側(cè)AB相間短路和三相短路時，測量流經(jīng)其網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)各相故障電流的幅值和相位，分別與圖2和圖3中標(biāo)示的相符[10-11]。

4 南方電網(wǎng)RTDS試驗

南方電網(wǎng)于2012年5月到7月期間在許繼集團(tuán)進(jìn)行了糯扎渡直流輸電換流變保護(hù)裝置RTDS試驗，現(xiàn)羅列出星角換流變差動保護(hù)區(qū)內(nèi)閥側(cè)AB相間短路和三相短路時換流變保護(hù)裝置的錄波波形，分別如圖6和圖7所示。

以上波形分別由實驗項目1.26和1.27得到。實驗項目1.26：功率傳輸方向為普洱至江門，單極大地運行方式，輸送功率2500MW，星角換變差動區(qū)內(nèi)閥側(cè)AB相間短路，故障持續(xù)200ms；實驗項目1.27：功率傳輸方向為普洱至江門，單極大地運行方式，輸送功率2500MW，星角換流變差動區(qū)內(nèi)閥側(cè)三相短路，故障持續(xù)200ms。從波形中不難看出，星角換流變差動區(qū)內(nèi)閥側(cè)AB相間短路和三相短路時，測量流經(jīng)其網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)各相故障電流的幅值和相位，分別與圖2和圖3中標(biāo)示的相符。

5 結(jié)語

本文闡述了許繼和ABB兩種不同的換流變差動保護(hù)方案原理，分析并計算了當(dāng)星角換流變差動保護(hù)區(qū)內(nèi)閥側(cè)相間短路時兩種保護(hù)方案下差動保護(hù)的動作行為及其靈敏度。綜合分析指出：由于采用套管TA，當(dāng)星角換流變差動區(qū)內(nèi)閥側(cè)相間短路時，兩種保護(hù)方案均能可靠動作。從靈敏度校核來看，許繼換流變差動方案優(yōu)于ABB方案。

[1]戴熙杰.直流輸電基礎(chǔ)[M].北京：水利電力出版社，1990.

[2]趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2004.

[3]浙江大學(xué)發(fā)電教研組直流輸電科研組.直流輸電[M].北京：水利電力出版社，1985.

[4]國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京：中國電力出版社，2009.

[5]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理和應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2002.

[6]國家能源局.DL/T277-2012高壓直流輸電系統(tǒng)控制保護(hù)整定技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2012.

[7]國家能源局.DL/T684-2012大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2012.

[8]趙強(qiáng).寧東直流山東側(cè)電網(wǎng)穩(wěn)定控制措施研究[J].中國電力，2012（4）：5-9.

[9]鐘勝.哈鄭直流工程投運初期對新疆電網(wǎng)影響分析[J].中國電力，2012（12）：48-51.

[10]張紅躍.換流變大差保護(hù)勵磁涌流識別的思考[J].電力系統(tǒng)控制與保護(hù)，2011（20）：151-154.

[11]朱韜析，王超.天廣直流輸電換流變壓器保護(hù)系統(tǒng)存在的問題[J].廣東電力，2008（1）：7-10.

TM407

A

1671-0037（2014）12-90-3

劉家軍（1987-），男，學(xué)士，助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的研究和開發(fā)。