换流变压器阀侧单相接地故障保护动作分析_高爱云

第29卷第4期2010年10月

电工电能新技术

Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy

Vol.29，No.4Oct.2010

收稿日期：2010-

01-10作者简介：高爱云（1977-），女，山东籍，讲师，硕士，研究方向为电动机故障诊断，电力系统继电保护；

蔡泽祥（1960-），男，江苏籍，教授，博士，研究方向为电力系统故障诊断与继电保护。

换流变压器阀侧单相接地故障保护动作分析

高爱云1，聂娟红2，李晓华3，蔡泽祥

3

（1.广东水利电力职业技术学院电力系，广东广州510635；2.北京四方继保自动化股份有限公司，

北京100085；3.华南理工大学电力学院，广东广州510640）

摘要：文章系统分析了超高压直流输电系统的换流变压器阀侧发生单相接地故障时的特点，并讨论了相应的换流变压器差动保护和换流器差动保护的动作行为，最后运用EMTDC 对CIGRE 直流输电标准测试系统的整流侧和逆变侧换流变压器阀侧单相接地故障进行了仿真分析，研究了交直流保护系统的配合及相关的解决措施，完善了超高压直流输电系统的故障分析和保护配置。关键词：换流变压器；阀侧单相接地；交直流保护

中图分类号：TM77

文献标识码：A

文章编号：1003-

3076（2010）04-0071-051引言

超高压直流输电系统中，换流变压器是重要的

设备之一。目前，对换流变压器阀侧接地及其保护已有较深入的研究，文献［1］提出阀侧单相接地故障是不接地系统的两相故障和直流短路的反复切换，

导致差电流中含有大量的谐波含量，变压器差动保护有可能不能出口；文献［2］主要以试验和仿真的方法对逆变侧换流变阀侧单相接地进行了分析，其目的在于分析直流保护的动作特性，并未对换流变差动保护进行分析；文献［3］主要介绍了逆变侧换流变阀侧套管接地故障过程和直流保护动作情况，

其故障点位于换流变阀侧套管电流互感器与换流器之间，属于换流变保护区外故障，未分析换流变差动保护动作行为及其与换流器差动保护之间的配合关系。实际上，

换流变阀侧交流引线单相接地时，既是交流系统的单相接地，又是换流器的阀短路。因此，从电路角度对换流变阀侧接地故障进行分析，研究换流变差动保护的动作行为及与换流器差动保护之间的配合关系对系统运行和保护设计具有指导意义。

2换流变压器阀侧单相接地故障分析

本文以6脉桥为例，对整流侧和逆变侧换流变

阀侧单相接地进行了分析，

如图1所示。图中，三相电动势e u 、e v 、e w 对应换流变阀侧三相电动势，电抗X r 为换相电抗，即换流变的短路阻抗。

若整流侧换流变阀侧U 相接地，假设V1V6导通，电流分布如图1（a ）所示。由于阀V6的单向导通性，换流变UV 两相经接地极系统电阻R 和过渡电阻

R f

构成短路回路，短路电流为2E

（2X r ）2

+（R +R f ）

槡

2

，此电流即是流过换流变阀

侧UV 两相和直流中性端的电流。同时，

因为U 相接地，所以施加在V1上的电压减小，也就是流过阀V1和直流线路电流减小。类似地，可分析其他阀导通时的电流分布，得出U 相接地的故障特点：

（1）换流变阀侧电流和直流中性端电流相等，并且均增大；

（2）V1V3V5上的电压减小，直流线路电流也减小。

若逆变侧换流变阀侧U 相接地，假设V3V4导通，电流分布如图1（b ）所示。一方面，因V4导通，直流电流经V4和过渡电阻构成回路，造成直流电流突增，直流电压突降，换流变U 相电流减小，最终导致逆变器换相失败。另一方面，

因V3导通，则换流变UV 两相经过渡电阻和接地极系统电阻构成短路回路，即换流变UV 两相和直流中性端的电流增加。

72电工电能新技术第29

卷

图1换流变阀侧单相接地故障电流分布图

Fig.1Current distribution of single-phase ground

fault at rectifier transformer valve side

3接地故障仿真

本文运用EMTDC对CIGRE直流输电标准系统进行了接地故障仿真，CIGRE是一个单极12脉动的直流系统，高压端换流变阀侧为三角形接线，低压端换流变阀侧为星形接线。故障点设在低压端换流变阀侧区内（换流变阀侧绕组与阀侧套管电流互感器之间）和区外（换流变阀侧套管电流互感器与换流器之间），故障时间0.3 0.35秒。由于受篇幅限制，文章只给出整流侧U相接地故障仿真结果，如图2所示。

由图2可以看出，整流侧换流变阀侧U相发生金属性接地故障后，阀侧套管上的电流互感器测得的三相电流和直流中性端穿墙套管上的电流互感器测得的电流均呈周期性变化，这是因为换流阀具有单向导通性，整流侧交流系统故障不受直流系统的影响。同时，整流侧由正常运行时的定电流控制变为最小控制角控制，所以接地故障切除前整流侧不能恢复到额定运行工况。换流变区内故障时，阀侧U相套管电流互感器测得的实际是经阀V1流向直流线路的电流，降为额定电流的一半，而V相和W 相电流变化规律相反，这两相电流为正时，大小

约

图2整流侧换流变阀侧单相金属接地前后

阀侧三相电流和中性端电流

Fig.2Three-phase current at converter transformer

valve and neutral current before and after single-phase ground fault at rectifier transformer valve side

0.5，分别表示V3和V5导通时流向直流线路的电流；两相电流为负时，大小约为5，分别表示V6和V2导通时流向接地点的电流；换流变区外接地时，阀侧U相套管电流互感器测得的实际是U相流向故障点的电流，剧增为额定电流的8倍，V相和W 相电流变化规律与区内接地时相同。另外，不管是换流变区内接地还是区外接地，直流中性端的电流均增大，且与换流变故障相，如U相流向接地点的电流相同。

4换流变压器阀侧单相接地故障保护动作分析

常规变压器保护在非直接接地侧发生单相接地