胡曉靜，徐玉潔，路振宇，劉家軍，王海超

(1.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000;2.鎮(zhèn)平縣電業(yè)局，河南 鎮(zhèn)平 474250)

0 引言

在高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流變壓器處在交流電與直流電互相變換的核心位置，起著參與交直流變換、交直流系統(tǒng)電氣隔離、抑制直流故障電流、削弱交流系統(tǒng)入侵直流系統(tǒng)的過電壓等重要作用，是直流輸電系統(tǒng)的核心設(shè)備。換流變壓器的可靠運行對直流輸電系統(tǒng)有著非常重要的意義。

在直流輸電系統(tǒng)運行過程中，為了在交流側(cè)電壓波動或者直流系統(tǒng)改變運行模式時維持直流線路電壓恒定，換流變壓器運行時需要進行有載調(diào)壓。通過有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)壓，可以補償換流變壓器交流網(wǎng)側(cè)電壓的變化以及保持觸發(fā)角運行在適當范圍內(nèi)以保證運行的安全性和經(jīng)濟性[1]。

常規(guī)交流變壓器有載調(diào)壓主要用于調(diào)整負荷側(cè)電壓水平以提高供電質(zhì)量，調(diào)壓范圍相對較窄，分接頭動作也不頻繁。在直流系統(tǒng)中，直流電壓的變化由換流變壓器分接頭的調(diào)整或換流閥導通角控制來實現(xiàn)，分接頭動作比較頻繁，同時要求分接頭調(diào)整范圍較大[2]。目前許多遠距離高壓直流輸電工程都利用降壓運行來消除直流架空線路的絕緣由于氣象及污穢原因而降低時所發(fā)生的非永久性接地故障，以提高輸電系統(tǒng)的可用率。當采用這種方式時，換流變壓器分接頭范圍的選擇應(yīng)與控制角配合以適應(yīng)降壓要求，這種情況下要求的分接頭調(diào)整范圍最大，往往高達20% ～30%[3]。換流變壓器的有載調(diào)壓開關(guān)還參與系統(tǒng)控制以便于讓晶閘管的觸發(fā)角運行于適當?shù)姆秶鷥?nèi)，從而保證系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性。

1 換流變壓器差動保護原理

差動保護是換流變壓器的主保護，換流變壓器差動保護一般采用比率制動式差動保護，以雙繞組換流變?yōu)槔?，保護配置圖如圖1所示。

圖1 換流變差動保護配置圖

以圖1中星星變?yōu)槔?，差動保護取換流變網(wǎng)側(cè)電流互感器TA1和閥側(cè)電流互感器TA2的電流參與差動保護計算。網(wǎng)側(cè)額定電流，閥側(cè)額定電流，其中Ie1、Ie2分別為星星換流變網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)的額定電流，Sn為換流變額定容量，Ue1、Ue2分別為換流變網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)的額定電壓，n1、n2分別為換流變網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)CT的變比。

由于換流變網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)均使用套管CT，所以不用考慮高低壓側(cè)電流星角轉(zhuǎn)換，但是網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)CT變比不同，保護裝置需使用換流變的額定容量和網(wǎng)側(cè)額定電壓計算出網(wǎng)側(cè)、閥側(cè)電流的平衡系數(shù)，用于差動保護中。以換流變網(wǎng)側(cè)電流為基準，計算換流變閥側(cè)電流的平衡系數(shù):

換流變壓器在基準檔位正常運行時，差流:

2 調(diào)檔對差動保護的影響

換流變壓器檔位調(diào)節(jié)的原理就是通過調(diào)節(jié)抽頭位置改變換流變一、二次繞組接入電路中的線圈匝數(shù)，從而改變變壓器二次側(cè)的電壓。如圖2所示，0檔位為基準檔位，調(diào)節(jié)檔位到+5%檔時，變壓器二次側(cè)電壓U2減小5%，調(diào)節(jié)檔位到－5%檔時，變壓器二次側(cè)電壓U2增大5%。

圖2 變壓器分接頭示意圖

以云廣工程楚雄站為例，計算換流變檔位變化1檔時的差流:

云廣直流輸電工程楚雄站換流變的分接頭檔位為－6/+18共25檔，每檔調(diào)節(jié)1.25%[4]。換流變檔位從基準檔位上調(diào)一檔時，網(wǎng)側(cè)繞組匝數(shù)增多，N'1=(1+1.25%)*N1，由可知調(diào)檔后換流變閥側(cè)電壓

調(diào)檔后的差流:

3 怎樣減小或消除檔位調(diào)節(jié)對換流變保護的影響

換流變檔位調(diào)節(jié)時，由于保護程序中計算差流使用的平衡系數(shù)k不會隨檔位變化而變化，導致差動保護算法會計算出一定的差流。檔位調(diào)節(jié)越偏離基準檔位，計算出的差流越大。差流可能引起保護長期啟動，影響保護的安全可靠運行，并且在受到干擾時有可能導致保護誤動，甚至造成直流輸電系統(tǒng)緊急停運。因此，應(yīng)盡量減小或消除換流變檔位調(diào)節(jié)對差動保護的影響。主要有以下幾種方法。

3.1 選擇合適的基準檔位

為了盡可能地減小由于檔位變化而導致保護程序計算出差流，在選取基準檔位時應(yīng)盡量選擇中間檔位。這樣當檔位調(diào)節(jié)到最高或最低檔位時保護程序計算出的差流也比較小。

以云廣直流輸電工程楚雄站為例，若選取+6檔為基準檔位，則+6檔對應(yīng)的線電壓為網(wǎng)側(cè)額定電壓。星星變額定容量Sn=750 MVar，網(wǎng)側(cè) CT變比 n1=4 000/1，網(wǎng)側(cè)額定電壓中Ue1為:

網(wǎng)側(cè)額定電流Ie1為:

以云廣工程楚雄站為例，若選取+6檔為基準檔位，檔位調(diào)節(jié)到+18檔時換流變保護裝置計算出的差流為:

若選取0檔為基準檔位，檔位調(diào)節(jié)到+18檔時換流變保護裝置計算出的差流為:

可見，應(yīng)盡量選擇+6檔為基準檔位，這樣在調(diào)分接頭到最大檔位時產(chǎn)生的差流比較小。在這種情況下，如果差動保護的動作定值小于0.029 A，保護就有可能誤動。一般在定值整定時都考慮了分接頭調(diào)整的影響，差動保護的最小動作電流定值都會高于這個值。但如果保護的啟動門檻小于0.029 A，保護就會處于長期啟動狀態(tài)，在干擾狀況下也容易誤動，影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

3.2 定值整定計算時考慮檔位調(diào)節(jié)的影響

整定換流變差動保護定值時，應(yīng)考慮換流變調(diào)檔時保護程序計算出的差流的影響，保證差動保護最小動作電流和啟動電流大于換流變調(diào)到最高檔位時引起的差流。

3.3 引入換流變檔位參與差動保護計算

考慮將換流變檔位信息引入換流變保護裝置并參與差動保護計算，這樣在檔位變化時保護裝置CPU可以及時調(diào)整計算差流的各個參數(shù)，不會造成誤計算出差流的情況。

在直流輸電工程中，一般將換流變檔位信號引入極控檔位控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)根據(jù)直流運行方式和功率、電壓要求來自動調(diào)節(jié)換流變檔位。換流變分接頭控制是直流控制系統(tǒng)的一個重要功能模塊[5]。也已經(jīng)有了將換流變檔位信號引入換流變過激磁保護的應(yīng)用先例，且現(xiàn)場運行情況良好[2]。這說明換流變壓器檔位信號可以作為保護及控制的輔助判據(jù)，能及時可靠地反映檔位調(diào)節(jié)情況。

雖然目前還沒有直流輸電工程將換流變檔位引入換流變保護裝置參與差動保護計算的應(yīng)用先例，但是根據(jù)以上分析，此方案能夠大大提高換流變差動保護的靈敏度和可靠性，且簡單易行、可靠性高。

應(yīng)用此方案時，應(yīng)注意以下幾點:

1)將換流變檔位信息接入換流變保護裝置開入插件，同時接入“正在調(diào)檔”、“檔位出錯”等信號。換流變檔位調(diào)節(jié)時調(diào)節(jié)一檔的時間比較長，換流變保護裝置應(yīng)確保在一次檔位調(diào)節(jié)過程完成后才確認更新檔位信息，而不受中間狀態(tài)的影響。

2)調(diào)檔過程為一檔一檔地調(diào)節(jié)，在調(diào)檔過程中保護裝置可能會計算出差流，但是只是實際檔位與計算檔位相差一檔所導致的差流，非常小。應(yīng)合理設(shè)置保護啟動門檻，保證調(diào)檔中間過程保護不啟動。

3)在發(fā)生檔位調(diào)節(jié)器故障、滑檔等錯誤時，應(yīng)記憶故障前的檔位狀態(tài)或者用基準檔位狀態(tài)計算。

4 結(jié)束語

在直流輸電系統(tǒng)運行過程中，換流變壓器調(diào)檔非常頻繁，而且檔位調(diào)節(jié)范圍比較寬，對換流變二次側(cè)電壓的影響很大，控制和保護系統(tǒng)中應(yīng)充分考慮換流變調(diào)檔的影響。換流變檔位變化時差動保護會誤計算出一定的差流，這個差流可能會造成保護長期啟動，影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。本文分析了差流產(chǎn)生的原因以及在運行過程中減小差流影響的方法。提出了一種引入換流變壓器檔位信號的差動保護方案，該方案能夠消除調(diào)檔對換流變差動保護的影響，大大提高保護的可靠性。

[1]陳文毅，楊東東.換流變有載調(diào)壓開關(guān)控制[J].廣東水利水電，2007，12(6):92 －94.

[2]宋紅濤，張振華，胡曉靜，等.引入分接頭檔位的換流變壓器過勵磁保護方案[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，35(增刊2):808－810.

[3]趙畹君.直流輸電工程技術(shù)[M].北京:中國電力出版社，2004:308－315.

[4]張志朝，劉濤，宋述波.云廣特高壓直流工程換流變分接頭切換控制研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38(20):205－208.

[5]張婷，張小亮.葛洲壩換流站換流變分接頭檔位異常變化原因及整改措施[J].電網(wǎng)與清潔能源，2009，25(10):59－61.