超高压直流系统中的换流变压器保护(新编版)
高压直流输电系统换流变压器励磁涌流问题研究的开题报告
高压直流输电系统换流变压器励磁涌流问题研究的开题报告一、研究背景及意义：随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，电力能源需求日益增加。
为了满足这种增长需求，能源不断向远离城市的区域迁移，同时需要越来越长的输电距离和更高的电压水平。
高压直流输电（HVDC）系统在这种情况下变得越来越重要。
在HVDC系统中，换流变压器（HVDC converter transformer）是一种重要的设备，用于变换直流电压水平和电流方向。
在车站侧进行控制调节，使来自交流系统的电力能够转移到HVDC系统中，同时将来自HVDC系统的电力输送到交流系统中。
换流变压器的设施使HVDC系统具有灵活的可调节、可靠的运行特性。
然而，换流变压器的励磁涌流现象是一个重要的问题，影响着HVDC系统稳定和电压调节能力。
在换流器安装或运行过程中，励磁涌流将产生超过其额定极限的瞬时电流，这可能导致交流电源电压失稳、电压波动加剧以及系统的不可逆损坏。
因此，研究HVDC系统中换流变压器的励磁涌流问题具有重要意义。
对励磁涌流进行深入分析，寻找解决问题的途径，可以针对这一问题提出一些有力的预防和解决措施，从而保证HVDC系统的安全稳定运行。
二、研究内容：1. 换流变压器的励磁涌流特征及产生机理研究。
2. 基于数学模型，分析励磁涌流对换流变压器及HVDC系统的影响。
3. 基于实验和模拟测试，验证模型计算的准确性和可靠性。
4. 探究励磁涌流削弱和抑制的措施及方法，减少其对HVDC系统的影响。
三、研究方法：本研究将采用多种方法进行：1. 数值仿真方法：利用电磁场有限元模拟软件ANSYS等对HVDC系统中的换流变压器进行建模和仿真计算，从而得出与励磁涌流相关的重要参数，并对其影响机理进行深入研究。
2. 实验研究方法：搭建基于实际换流变压器的大型试验平台，通过试验测量得到实际数据，进而验证模型计算的准确性和可靠性。
3. 模型优化方法：利用建立的数学模型和实验数据，进行分析和优化，探究励磁涌流的削弱和抑制的措施及方法。
特高压直流输电换流变压器保护及充电试验的探讨
特高压直流输电换流变压器保护及充电试验的探讨摘要：近些年来，我国电力系统得到较大的发展，并且电力资源的分布不能使电力的需求得到较好的满足，超高压电网逐渐呈现其局限性。
因此，特高压电网的发展成为电网发展的大势所趋，其中特高压直流输电术能够使区域电能分布不均、输送不便的问题得到有效的解决。
本文首先简单介绍特高压直流输电换流变压器的保护工作，提出系统变压器保护的一些设计及措施，并且也提出充电试验测试系统调试的设计，以供参考。
关键词：特高压直流输电；变压器；充电试验换流变压器对直流输电而言十分重要，能够对系统运行的稳定性及安全性起到一定的保护作用，因此需要对其给予足够的重视。
在换流站建设过程中，变压器的投资占据较大的比例。
然而，存在较多因素会对变压器产生影响，从而导致变压器运行安全遭受威胁。
所以，在直流输电系统运行中，必须重视变压器运行安全的保护。
一、换流变压器的优势以及自身特点对保护的影响（一）换流变压器的优势分析现阶段，超高压式直流输电系统在输电系统中的应用十分广泛，其主要也是因为超高压式直流输电系统具有较强的适应性。
超高压式直流输电系统的优势主要在以下方面得到体现：第一，具有较强的稳定性；第二，能够快速使故障得到恢复；第三，交流系统具有较强的稳定性调节能力；第四，能够有效降低互联交流电路系统中的短路容量现象；第五，建设投资成本更低。
换流变压器在直流输电系统中占有十分重要的组成地位，其作用主要是利用交流电压降低系统中的谐波电流，这种电流主要在交流侧汇集。
换言之，即采用电气隔离的方式在直流和交流系统中进行换相电抗，促使交流电压得到有效的调节，促使系统直流输电保持最理想的运行状态。
（二）换流变压器自身特点对保护的影响1、变压器的短路阻抗。
阀的换相实际上相当于直流输电的两相发生短路，因为直流电在换相时需要限制电流，确保电流大小适中，所以将调整换流变压器的短路阻抗，通常要比普通变压器更大。
然而，短路阻抗变大的同时，换流变压器二次侧故障电流更小，这些问题需要在保护配置和整定过程中给予考虑。
直流输电工程换流变压器保护
直流输电工程交流滤波器保护通用技术规范直流输电工程换流变压器保护专用技术规范1本规范对应的专用技术规范目录2直流输电工程交流滤波器保护通用技术规范直流输电工程换流变压器保护采购标准技术规范使用说明1. 本标准技术规范分为通用部分和专用部分；通用部分适用于各种电压等级直流输电工程，共1个；专用部分1个。
2. 通用部分原则上不需要项目招标人（项目单位）填写，不能随意更改。
如对其条款已填写内容确实需要改动，项目单位应填写“技术条款/技术参数变更表”并加盖公章及辅助说明文件随招标计划一起提交至招标文件审查会。
对通用部分的修改形成“技术通用部分条款变更表”，放入专用部分中，随招标文件同时发出并视为有效。
3. 技术规范范本专用部分技术参数表已统一填写的部分技术参数，原则上不需要改动。
如对专用部分已填写内容确实需要改动，项目单位应填写“技术条款/技术参数变更表”并加盖该网、省公司招投标管理中心公章及辅助说明文件随招标计划一起提交至招标文件审查会。
经标书审查同意后，专用部分可以在原表中更改。
范本中未填写的部分技术参数，除标明“投标人提供”外，均应由项目单位全面认真填写；其中技术规范范本专用部分技术参数表中项目单位与投标人均不需要填写的部分栏目，项目单位应以“—”表示。
3目次直流输电工程换流变压器保护采购标准技术规范使用说明 (1095)1总则 (1097)1.1概述 (1097)1.2一般规定 (1097)1.3投标人工作范围 (1097)1.4项目单位工作范围 (1098)2结构及其他要求 (1098)2.1应遵循的主要现行标准 (1098)2.2基本技术条件 (1100)2.3系统总体要求 (1100)2.4保护配置方案 (1103)2.5保护功能及性能要求 (1105)2.6系统其他要求 (1108)3质量保证和试验 (1109)3.1质量保证 (1109)3.2试验 (1109)3.3质保期 (1114)4技术服务、设计联络、工厂检验和监造 (1114)4.1项目管理 (1114)4.2技术文件 (1115)4.3技术服务 (1116)4.4工厂培训 (1116)4.5设计联络 (1116)4.6工厂检验和监造 (1117)5包装、运输和储存 (1118)附表1 换流变压器保护的报警和跳闸信号 (1118)4直流输电工程交流滤波器保护通用技术规范1总则1.1概述直流输电工程换流变压器保护涵盖的范围包括换流变压器、换流变压器引线及相关区域。
特高压直流换流变压器励磁涌流引起保护动作分析
特高压直流换流变压器励磁涌流引起保护动作分析摘要：换流变压器对于直流输电来说可以说保证系统运行可靠安全的重要基础，因此变压器的运行至关重要，所以，在整个换流站的建设中，变压器在投资上比例占得很大。
但是变压器会受到多放因素的影响从而出现一些不利于运行安全的问题，因此，对于其运行的安全性保护就在整个直流输电的系统运行中凸显。
文章在下面专门就换流变压器在运行特点上进行了介绍，并结合了直流输电在系统的运行中各个情况对于变压器造成的或者可能造成的影响，提出了一些合理化的方案。
关键词：特高压；变压器；保护动作由于换流变压器的运行与换流变的换相所造成的非线性密切相关，所以换流变压器在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验等方面与普通变压器有着不同的特点。
但在换流变的保护配置方面，换流变压器与传统变压器类似，也需要考虑换流变空载合闸时的励磁涌流问题，只是其励磁涌流是两台变压器的。
1 换流变压器的优势目前的输电系统都是采用了超高压式的直流输电系统，这种系统的应用的广泛度其实也是由于其自身所具有的高适应性的有点决定的。
具体说来主要有以下几点优势：①无需对稳定性进行考虑；②在恢复故障的能力上较强；③交流系统的稳定性调节能力较强；④可以有效的对互联交流的电路系统出现的短路容量现象进行降低；⑤在建设投资上更为的经济。
在直流输电的系统中，换流变压器是作为必要设备存在的。
换流变压器的主要作用就是通过提供交流电压对系统中的谐波电流进行降低，这种电流主要会集中在交流侧，换句话说就是通过作为一种电气隔离在直流以及交流系统中进行换相电抗，在最大的程度下对交流电压进行调节，从而保证直流输电在系统的运行状态可以保持最佳。
2 换流变压器保护的实现2.1 保护的配置原则在对换流变压器进行保护的时候既要考虑安全问题，有需要对经济问题进行考虑，在简单经济以及安全可靠的情况下，通过配置上的设置进行变压器的保护工作。
通过对变压器设置两个保护设备对每台的电源以及输入设备进行保护。
换流变保护原理基本介绍
用途：当系统运行不平衡时，用于监测换流变一次侧中性线电流， 防止换流变铁芯饱和和导致换流变激磁电流畸变。
原理：保护采集中性点零序电流I0，通过采样点计算出零序电流的 峰值I0fz，等效为流入换流变直流电流的大小，当零序电流峰值大于定 值，保护动作。保护包括饱和告警和饱和跳闸．饱和告警分为三段， 饱和跳闸采用描点模拟反时限曲线原理。
CT4 2000/1
CT7 2000/1
CT2
CT1 2000/1
5151 CT3
CT2 5152
小差保护1
CT1
小差保护2
5153
换流变小差保护配置图
2.换流变保护原理介绍
过流保护
换流变的后备保护，当换流变任意一相电流大于定值，延时tS，保 护动作出口。保护分为三段，每段保护原理相同，一段告警，二、三 段跳闸。
DO)插件、人机对话(HI)插件、直流D电C/DC源(内藏(电D源)C-DC内藏)
插件。
H
交 流 输 入 插 件
C P U 插 件
A I 插 件
DO 插 件
I 人 机 接 口
插
件
HI面板 (LCD)
4.换流变保护屏压板简介
压板说明：
1、黄色压板为功能压板，红色压板为出口压板。
2、两套电量保护分别动作两侧换流变进线断路器的两个 跳闸线圈；非电量保护同时动作两侧换流变进线断路器的 两个跳闸线圈。
2.换流变保护原理介绍
平衡系数计算： ① 计算变压器各侧的一次侧额定电流
In=Sn/(√3×Un) 式中：Sn—变压器的额定容量，单位kVA；
Un—计算侧额定线电压，单位kV。 ② 计算变压器各侧流入装置的二次电流
in=Kj×（In/na） 式中：Kj—变压器TA的二次接线系数。当采用三角形接线时 Kj=√3；当采用星形接线时Kj=1；
换流变保护介绍
3.2.2保护逻辑框图
对于零序差动保护，保护电流来自变压器Y0侧三相电流的零序 分量和中性点零序电流，保护逻辑框图如图所示
高压侧 Ia ,b ,c
差动元件
I
t
跳闸出口
软压板
Y0
I0
TA断线元件
I
断线闭锁压板
差流速断元件
软压板
跳闸出口
3.2.3保护动作顺序
移相闭锁停机 跳两侧交流断路器 启动断路器失灵保护 启动交流断路器锁定继电器
I dz I k I zd I k Ik为变压器各侧电流互感器二次侧的电流。
交 流 侧
*
I1
阀 侧
*
*
图3.2差动保护TA回路接线
3.1.3二次谐波制动原理 当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，差动保护元件会 检测到数值很大的励磁涌流，容易造成差动保护误动。本保护利用三相 差动电流中的二次谐波分量只和作为励磁涌流的闭锁判据，动作方程如 下：
移相闭锁停机 跳两侧交流断路器 启动断路器失灵保护 启动交流断路器锁定继电器
3.2换流变引线差动保护、绕组差动 保护和零序差动保护
3.2.1比例差动保护
比例制动差动保护用于检测变压器的内部接地和相间短路故障， 保护特性与换流变差动保护相同，不设谐波闭锁功能。动作特性与3 －1相同。采用两段式，一段差动可设延时，延时下限可以整定为零， 二段差流速断。对于零序差动保护，保护电流来自变压器Y0侧三相电 流的零序分量和中性点零序电流。
保护跳闸出口
保护告警出口 保护跳闸出口
3.3.4保护动作顺序
移相闭锁停机 跳两侧交流断路器 启动断路器失灵保护 启动交流断路器锁定继电器
3.4换流变过激磁保护
高压直流输电系统换流变压器与换流阀设计
高压直流输电系统换流变压器与换流阀设计高压直流输电系统换流变压器与换流阀设计规范1.1 换流变压器在高压直流输电系统中，换流变压器是最重要设备之一。
在整流站，用它将交流系统和直流系统隔离，通整流装置将交流电能转换为高压直流电能，再利用直流输电线路传输；在逆变站，通过逆变装置将直流电能再转换为交流电能，再通过换流变压器输送到受端交流系统；从而实现不同交流系统的联络。
1.1.1 换流变压器功能与特点换流变压器功能有：1、降低交流侧谐波电流，特别是降低了5、7次谐波电流，这是由于绕组接法为YNyn0和YNd11，提供相位差为30°的12脉波交流电压；2、作为交、直流系统的电气隔离，可削弱侵入直流系统的交流侧过电压幅值；3、限制故障电流，换流变压器的阻抗限制了阀臂短路和直流母线上短路时的故障电流，使换流阀免遭损坏；4、通过换流变压器可实现直流电压较大幅度的分档调节。
由于换流变压器的运行与换流器的换相所造成的非线性密切相关，所以换流变在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验等方面与普通电力变压器有不同的特点。
(1)短路阻抗为了限制当阀臂及直流母线短路时的故障电流以免损坏换流阀的晶闸管元件，换流变压器应有足够大的短路阻抗。
但短路阻抗也不能太大，否则会使运行中的无功损耗增加，需要相应增加无功补偿设备，并导致换相压降过大。
大容量换流变压器的短路阻抗百分数通常为12%~18%。
(2)绝缘换流变压器阀侧绕组同时承受交流电压和直流电压。
由两个6脉动换流器串联而形成的12脉动换流器接线中，由接地端算起的第一个6脉动换流器的换流变压器阀侧绕组直流电压垫高0. 25U d(U d为12脉动换流器的直流电压)，第二个6脉动换流器的阀侧绕组垫高0. 75Ud，因此换流变压器的阀侧绕组除承受正常交流电压产生的应力外，还要承受直流电压产生的应力。
另外，直流全压起动以及极性反转，都会造成换流变压器的绝缘结构远比普通的交流变压器复杂。
高压直流输电系统的稳定控制与保护
高压直流输电系统的稳定控制与保护引言高压直流输电系统是一种用于长距离电力传输的技术，具有传输能力强、输电损耗小、环境影响少等优势。
然而，高压直流输电系统在运行过程中也面临着一些挑战，例如稳定控制和保护问题。
本文将探讨高压直流输电系统的稳定控制与保护技术，旨在提供一种全面的了解。
一、高压直流输电系统的稳定控制高压直流输电系统的稳定控制是指对系统的电压、功率、频率等进行实时调节，以确保系统的稳定运行。
稳定控制可分为两个方面：电力稳定控制和频率稳定控制。
1. 电力稳定控制电力稳定控制是指根据负荷需求和传输能力，实时调整高压直流输电系统的电压和功率，以保证系统供电的稳定性。
为了实现电力稳定控制，可以采用频率反馈控制方法，通过自动控制装置调整换流变压器的触发角来控制电流。
同时，还可以使用能量储备装置来补偿瞬间负荷变化引起的电力不平衡。
能量储备装置可以是电容器或电感器，通过储存电能或释放电能来调整系统的电力平衡。
此外，还可采用先进的预测控制算法，根据系统的实时运行情况，预测未来的负荷变化，进一步优化电力调控策略。
2. 频率稳定控制频率稳定控制是指在高压直流输电系统中，通过调节直流电流的大小和相位，以及调节换流变压器和直流系统的参数，来控制系统的频率变化。
频率稳定控制可以通过反馈控制的方法实现，根据系统的实时运行情况，调整直流电流和换流变压器的参数，以使系统的频率保持在设定范围内。
此外，还可以使用先进的自适应控制算法，通过监测和分析系统的频率变化，自动调整控制策略，提高系统的频率稳定性。
二、高压直流输电系统的保护技术高压直流输电系统的保护技术是指在系统故障或异常情况下，及时采取措施，限制故障范围和保护设备的安全运行。
保护技术主要包括故障检测、故障定位和故障隔离。
1. 故障检测故障检测是指通过监测高压直流输电系统的各种参数，如电压、电流、功率等，来检测故障的发生。
常用的故障检测方法包括差动保护、过流保护和电压保护等。
直流输电中的换流变压器
上篇第一章换流变结构一、换流变概述通常，我们把用于直流输电的主变压器称为换流变压器。
它在交流电网与直流线路之间起连接和协调作用，将电能由交流系统传输到直流系统或由直流系统传输到交流系统。
换流变压器是超高压直流输电工程中至关重要的关键设备，是交、直流输电系统中换流、逆变两端接口的核心设备。
直流输电系统的接线方式有多种，目前常见的接线方式如图1-1所示。
两个六脉冲换流桥构成一个单极十二脉动接线，这两个六脉冲换流桥分别由Yy与Yd联结的换流变压器供电。
两个单极叠加在一起构成一个双极。
每极所用的换流变压器可以由下述方式实现，两台三相双绕组变压器（一个Yy联结，一个Yd联结）或三台单相三绕组变压器（一个网侧绕组和两个阀侧绕组，一个Y接，一个D接）或六台单相双绕组变压器（三个Yy 单相，三个Yd单相）。
由建设规模的大小及直流电压等级可以确定换流变压器的大致型式。
选择不同的型式主要受运输尺寸的限制，其次是考虑备用变容量的大小，当然，备用变容量越小越经济。
当直流输送容量较大时可采用每级两组基本换流单元的接线方式，此种接线方式有串联和并联两种方式。
如目前在建的±800kv项目即采用了串联方式，其基本接线原理见图2。
800（HY）600（HD）400（L Y）200（LD）图1-2图1-3 单相双绕组换流变压器外形图1-4 单相三绕组换流变压器外形图1-5 云广±800kV项目高端（800kV）换流变压器外形二、绕组的常见类型换流变中的绕组按照其连接的系统不同，通常可分为连接交流系统的网绕组及调压绕组；连接换流阀的阀绕组。
绕组的排列方式通常有以下两种：铁心柱→阀绕组→网绕组→调压绕组；铁心柱→调压绕组→网绕组→阀绕组。
1.网绕组目前，我公司的网绕组主要采用轴向纠结加连续式结构。
与传统的纠结或内屏连续式不同，轴向纠结采用特殊的阶梯导线绕制n个双饼构成n/2个纠结单元。
纠结绕制和换位示意见下图。
2.阀绕组阀绕组多采用特殊的内屏-连续式。
天广直流输电换流变压器保护系统存在的问题
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｒ ａ ｅ ｓ ｍ ｅ ｔｕ ｔ ｒ ｌ ｄ ｆ ｅ ｅ ｃ ｓ ｂ ｔ ｅ ｏ ｖ ｒ ｅ ｔａ ｓｏ ｍ ｅ ｓ ｎ ｅ ｅ ｒ ｏ ｓｒ ｃ ｕ ａ ｉｆ ｒ ｎ ｅ ｅ ｗｅ ｎ ｃ ｎ ｅ ｔ ｒ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒ ａ ｄ ＡＣ ｔａ ｓ ｏ ｍｅ ｓ ｅ ｃ ｕ ｅ ｏ ｈ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒ ｂ ａ ｓ ｆ ｔ ｅ
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第２卷 第 １ １ 期
２０ ０ ８年 １ 月
广 东 电 力
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Ｖ ｏ１２１ ｏ ． Ｎ ．１ Ｊ ｎ． ０８ ａ ２０
文 章 编 号 ：０ ７２ ０ ２ ０ ） １０ ０ ．４ １０ ．９ Ｘ（０ ８０ ．０ ７０
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天 广 直 流 输 电换 流 变 压 器 保 护 系 统 存 在 的 问题
朱 韬 析 ，王超 。
（．南方 电 网 超 高 压 输 电公 司广 州局 广 州 ５０ ０ ；２ １ １４ ５ ．浙 江 电 力调 度 通信 中心 ，杭 州 ３ ０ ２ ） １０ ７
摘要 ：由于直流输 电的特点 ，换 流变压器与交流变压 器在 构造上 有一 些不 同，再加上 直流控 制 系统对 故障的控
超高压直流换流站500kV站用变差动保护配置研究
超高压直流换流站500kV站用变差动保护配置研究【摘要】为提高换流站500 kV站用变保护配置的可靠性，以溪洛渡直流输电工程从化换流站500 kV站用变参数及接线形式为模型，分析差动保护不同配置的优缺点，提出500kV站用变采用引线差动保护和站用变差动保护配置能更好的防止保护误动作，并提出提高引线差动保护的启动定值的建议，为换流站500kV站用变保护配置提供参考。
【关键词】直流输电;换流站;500kV站用变;差动保护1.前言溪洛渡直流输电工程西起云南昭通、东至广州从化，线路总长约1251km，从西换流站系统的受端，其站用电系统的安全可靠运行是保证该直流输电系统安全稳定运行的重要前提。
从西换流站站用电交流系统采用两回工作电源取自站内，一回备用电源取自站外的方式。
取自站内的工作电源由500kV/10kV变压器从500kV串中引接，容量仅40MV A，具有两侧的电压等级差别较大和故障电流小等特点，其差动保护配置具有特殊性，需要深入的分析和研究，确定出可行的方案。
2.500kV站用变接线方式及差动保护配置方式2.1 电气接线方式从西换流站两台500kV/10kV站用变均从500kV交流场串内开关接引，电气接线方式相同，如图1所示。
图1 电气接线图2.2 500kV站用变差动保护配置方式2.2.1 大差保护配置500kV站用变保护配置大差保护如图2所示。
差动保护电流取CT1、CT2、CT4，CT1和CT2变比为4000/1A，CT4变比为2000/1A。
图2 大差保护配置图2.2.2 引线差动保护和站用变差动保护配置500kV站用变保护配置引线差动保护和站用变差动保护如图3所示。
引线差动取CT1、CT2和CT3，其中CT1、CT2变比均为4000/1A，CT3变比为2000/5A，站用变差动保护取CT3和CT4，CT3变比为2000/5A，CT4变比为2000/1A。
图3 引线差动保护和站用变差动保护配置图3.500kV站用变差动保护配置不同对保护的影响分析3.1 配置大差保护3.1.1 额定工况下大差保护可靠性分析换流站在额定工况下运行时，功率平均分配至10回500kV线路，则与站用变同串的线路输送功率为640MV A，线路电流：流过CT2的电流为351.9A。
最优化的换流变压器后备保护
高压直流输电换流变压器的最优化后备保护刘青王增平摘要：在高压交直流输电系统中控制和保护是非常重要的。
我们希望交流系统和直流系统可以可以互相作为对方的后备保护。
本文建议换流变压器可以在高压交直流输电系统中作为直流系统的后备保护并且直流线路的自启动功能可以加入到电力系统辅助设计/电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC中国际大电网组织高压直流输电基准模型的整流器控制中。
根据电压和电流的变化特征，小电流保护能够被用到换流变压器的后备保护中用来保护直流线路以便优化和达成变压器保护的目的。
仿真实验证明小电流保护运转可靠可以通过简单的逻辑察觉。
索引词：高压直流输电，自启动，后备保护，低电流保护I 简介在21世纪的中国，基础能源战略和电力能源工业建设使西北地区变得富强，将西部的能源送到东部，将南北的能源进行交换，将国家网络相互联系以便在达到地区优化能源配置。
高压直流输电在大容量和远距离的电力输送中占有优势。
所以它在西电东送和全国范围的电力互联中有着重要的位置。
高压直流输电的控制和保护系统是非常重要的。
它可以决定直流系统的运行方式和能量并且可以实时反映各种运行状况和确保交直流系统的安全。
随着电力技术的发展，现代直流系统保护已经变成用电脑处理并通过微处理器技术变得高度集成化。
故障保护能够使直流系统停止运行的情况应该集成到有高度防护功能的保护系统中。
为了阻止因为直流保护系统的失败所造成的运行可靠性降低，重复保护应该被采用。
直流系统的控制可以通过改变转换器的发射角度来实现。
直流保护系统根据不同的故障辐射成不同的时序控制计划。
主要的保护动作就是替换和封闭触发脉冲。
所以在直流控制系统和保护功能之间有着紧密的联系。
它们之间的协作可以制止故障的发展并能清除故障恢复传输功率。
第一个大规模的高压直流传输系统，葛洲坝-南桥高压直流传输工程投入运行已经过去了16年。
在运行阶段里，包括设备设计、制造、运行、维护、管理，甚至一些控制和保护问题暴露了出来。
超高压直流输电系统中的电流变换技术
超高压直流输电系统中的电流变换技术发表时间：2017-10-17T13:55:22.123Z 来源：《电力设备》2017年第16期作者：雷庆坤1 郑亚强2 庄裕海3[导读] 换流站直流侧特征谐波和谐波抑制装置的选择以及功率因数的补偿等重要方面问题，最后给出了超高压直流输电系统发展需要解决的主要问题，使超高压直流输电技术更为完善。
（1国网安徽省电力公司检修公司安徽省合肥市 230061；2国网安徽省电力公司检修公司安徽省合肥市 230061；3国网安徽省电力公司检修公司安徽省合肥市 230061）摘要：本文对超高压直流输电系统中的电流变换技术进行了分析，主要介绍了电流变换器件三种换流器的工作原理，通过比较解决了选择换流器的难题，同时还讨论了超高压直流输电系统中与运行和控制有关的、换流站直流侧特征谐波和谐波抑制装置的选择以及功率因数的补偿等重要方面问题，最后给出了超高压直流输电系统发展需要解决的主要问题，使超高压直流输电技术更为完善。
关键词：超高压直流输电；换流器；谐波抑制；功率因数补偿引言：高压直流输电是将发电厂发出的交流电通过升压变压器升压后再经整流阀变成直流电，然后通过长距离直流输电线路送至受电端，再经逆变阀变成交流电，注入受电端交流电网。
其中直流输电最核心的技术集中于换流站设备，换流站实现了高压直流输电工程中直流和交流相互能量转换，除在交流场具有交流变电站相同的设备外，还有以下特有设备：换流阀、控制保护系统、换流变压器、交流滤波器和无功补偿设备、直流滤过器、平波电抗器以及直流场设备，而换流阀是换流站中的核心设备，其主要功能是进行交直流转换，从最初的汞弧阀发展到现在的大功率相控、光控晶闸管以及绝缘栅极双极型晶体管（IGBT），换流阀单位容量在不断的增大，因此对超高压直流输电系统中的电流变换技术的研究具有极其重要的现实意义。
1、电流变换器件换流器的工作原理：整流器电流是从联系最高电位的阀流出，通过直流线路从联系最低电位的阀流入，通过按照一定次序的阀的“通”与“断”，整流器将交流电压变换成脉动的直流电压，其中换相的实质是交流系统短时间的两相短路，换相是依靠交流电源提供的短路电流进行的。
高压直流输电系统换流变压器与换流阀设计
高压直流输电系统换流变压器与换流阀设计规范1.1 换流变压器在高压直流输电系统中，换流变压器是最重要设备之一。
在整流站，用它将交流系统和直流系统隔离，通整流装置将交流电能转换为高压直流电能，再利用直流输电线路传输；在逆变站，通过逆变装置将直流电能再转换为交流电能，再通过换流变压器输送到受端交流系统；从而实现不同交流系统的联络。
1.1.1 换流变压器功能与特点换流变压器功能有：1、降低交流侧谐波电流，特别是降低了5、7次谐波电流，这是由于绕组接法为YNyn0和YNd11，提供相位差为30°的12脉波交流电压；2、作为交、直流系统的电气隔离，可削弱侵入直流系统的交流侧过电压幅值；3、限制故障电流，换流变压器的阻抗限制了阀臂短路和直流母线上短路时的故障电流，使换流阀免遭损坏；4、通过换流变压器可实现直流电压较大幅度的分档调节。
由于换流变压器的运行与换流器的换相所造成的非线性密切相关，所以换流变在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验等方面与普通电力变压器有不同的特点。
(1)短路阻抗为了限制当阀臂及直流母线短路时的故障电流以免损坏换流阀的晶闸管元件，换流变压器应有足够大的短路阻抗。
但短路阻抗也不能太大，否则会使运行中的无功损耗增加，需要相应增加无功补偿设备，并导致换相压降过大。
大容量换流变压器的短路阻抗百分数通常为12%~18%。
(2)绝缘换流变压器阀侧绕组同时承受交流电压和直流电压。
由两个6脉动换流器串联而形成的12脉动换流器接线中，由接地端算起的第一个6脉动换流器的换流变压器阀侧绕组直流电压垫高0. 25U d(U d为12脉动换流器的直流电压)，第二个6脉动换流器的阀侧绕组垫高0. 75U d，因此换流变压器的阀侧绕组除承受正常交流电压产生的应力外，还要承受直流电压产生的应力。
另外，直流全压起动以及极性反转，都会造成换流变压器的绝缘结构远比普通的交流变压器复杂。
(3)谐波换流变压器在运行中有特征谐波电流和非特征谐波电流流过。
特高压直流输电系统过电压保护与换流站绝缘配合-精品文档
直流母线绝缘水平比较
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In s u la tio n L e v e ls o f h ig h e s t b rid g e tra n s fo rm e rs S o m e H V D C s c h e m e s w ith v o lta g e s a b o v e 5 0 0 k V P ro je c t R ih a n d – D a d ri In te rm o u n ta in Q u e b e c – N e w E n g la n d G ezhouba - Shanghai T ia n - G u a n g 3 G o rg e s (L o n g q u a n ) 3 G o rg e s (Z h e n g p in g ) 3 G o rg e s – G u a n g d o n g G u iz h o u – G u a n g d o n g T a lc h e r – K o la r C h a n d ra p u r - P h a d g e Ita ip u EPRI C IG R E D C V o lta g e (k V ) 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 600 800 800 L IW L (k V ) 1550 1550 1425 1550 1675 1675 1675 S IW L (k V ) 1290 1290 1300 S IW L / L IW L 0 .8 3 0 .8 3 0 .9 1
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12脉动换流器的避 雷器典型配置方案
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换流站主要设备的 绝缘水平
绝缘配合应针对每一个或一类设备按以下步骤 进行： ① 确定哪种避雷器动作将会在设备上产生最高 的过电压； ② 根据配合电流确定相应避雷器在各种冲击波 下的保护水平； ③ 根据规程规定的绝缘裕度要求，确定设备的 最低绝缘水平及最小空气间隙长度； ④ 根据IEC标准试验电压序列，将设备绝缘水 平向上规整到最近一个标准试验电压。
《±800kV换流站换流变压器施工及验收规范》(征求意见稿)
UDC中华人民XX国国家标准GB ×××××－××××P±800kV换流站换流变压器施工与验收规XCode for construction and acceptance of convertertransformer in ±800kV converter station××××—××—××发布××××—××—××实施中华人民XX国住房和城乡建立部前言工程建立国家标准?±800kV换流站换流变压器施工与验收规X?GB*****—****是根据国家住房与城乡建立部建标「2021］43号文“关于印发?2021年工程建立标准规X制定、修订方案?的通知〞的要求，由有关单位共同编制而成的。
本规X在编制过程中，编制组进展了广泛、深人的调查研究，总结了我国电力建立工程施工质量验收的实践经历，并广泛征求了有关单位的意见，由我部于****年**月进展审查定稿。
本规X共分14章，包括：1 总那么、2 术语、3 装卸与运输、4 安装前的检查与保管、5 排氮和内部检查、6 本体与附件安装、7 本体抽真空、8 真空注油、9 热油循环、10整体密封检查、11 静置、12 工程交接验收、13 补充局部、14 条文说明。
本规X以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。
为了提高规X质量，请各单位在执行本规X过程中，注意积累资料、总结经历，如发现需要修改和补充之处，请将意见和有关资料寄交国家电网公司直流建立分公司〔市宣武区南横东街8号都城大厦705室，邮政编码100052］，以供今后修订时参考。
主编单位：国家电网公司直流建立分公司参加单位：主要起草人：目次1 总那么 (1)2 术语 (2)3 装卸与运输 (3)4 安装前的检查与保管 (4)5 排氮和内部检查 (7)6 本体与附件安装 (9)7 本体抽真空 (13)8 真空注油 (14)9 热油循环 (15)10整体密封检查 (16)11 静置 (17)12 工程交接验收 (18)13 补充局部(附录、标准用词说明、引用标准名录) (19)14 条文说明 (21)目次1 General principles (1)2 Technical terms (2)3Installation (3)4 Examination and keeping before installation (4)5 Discharging nitrogengasandinner nspection (7)6 installing essence and accesseries (9)7 The essence is evacuate (13)8 Uvauum oiling (14)9 Thermal oil circulating…………………………………………………………1510The whole hermetic sealing checks (16)11 The stat places (17)12 Taking over , examination and acceptance ……………………………………1813 plementarity(the appendix,explanation of terms , quoted technical standard ) (19)14 Explanation of issue (21)1 总那么1.0.1为保证换流站换流变压器的安装工程施工质量，促进安装施工水平的进步，制定本规X。
高压直流换流器保护动作分析
流 变 阀侧 相 问短路 故 障 ， 免发 生 短 路 时换 流 阀 遭 避
图 １ 直 流 保 护 区域 内故 障 位 置 示意 图
受过应力 。在各种故障情况下该保护动作情况分析
如下：
（ ） 流变 网侧 短路 。换 流 变桥 侧 故 障如 图 １ ３换
的“ ” ， 流 电流 ｌｃ ３点 交 ａ Ｙ为两 相短路 电流 ， 直流 电流
１ ５ 本体 保护 组 ．
其 目的是 防止 直流 电流过 大 造成 换 流设 备 ， 特 别 是 晶闸管 的损坏 。保 护 的工作原 理是 检测直 流换
晶 闸管 监测 ， 当一 个 阀 内 的 晶闸管 故 障 的数 目
流器直流电流的最大值 ， 当发生故障电流超过给定
值时 ， 闭锁换 流器 。 为 了 以直 流 运 行 方式 和 主 保 护 配合 ， 通常保 护 的定 值 和延 时分段 设置 。
判 据成 立 ， 能可 靠 动 作 。换 流 器 内部短 路 及 其 它地
点短 路 。换流 器 一个 桥 内部 短路 时 ， 流 电流 会 增 直
加， 另一桥将保持运行 ， 该桥的网侧 电流与直流电流 相 等 ， 还 是 有 Ｉｃ ＭＡ ＩＨ，ｄ ， 护 不 会 动 故 ａ Ｘ（ｄ ＩＮ） 保
关 键 词 ： 组 短路 保 护 ； 相 失败 保 护 ； 流 器差 动保 护 阀 换 换 文章 编 号 ：０ ８— ８ Ｘ（０ ２ ９— ０ ２—０ 中 图分 类 号 ：Ｍ ２ 文 献 标 志码 ： １０ ０ ３ ２ １ ） ０ ７ ３ Ｔ ７６ Ｂ
换 流器 是 高压 直 流 系 统 中的核 心 装 置 ， 流器 换
（ ） 流母线 短路 。短路 故障 点 如 图 １的 “ ０ ２直 １”
超高压直流系统中的换流变压器保护
1.4 调压分接头
为了使直流系统运行在最优的工况，减少交流系统电压扰动对直流系统的影响，换流 变压器都具有较大范围的利用分接头调整电压的功能。例如：三峡到常州工程三峡侧换流 பைடு நூலகம்压器档位范围+25/-5，每档调节范围 1.25%。因此保护设计时要考虑分接头调整带来的 影响，如正常运行时变比的变化等。
1.1 短路阻抗
直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短路，为了将换向过程中的电流限制在一定 范围内，换流变压器的短路阻抗要大于一般变压器。短路阻抗过大，会使换流变压器二次 侧故障时短路电流较一般变压器小，因此保护配置与整定要在这方面予以考虑。
1.2 直流偏磁
当直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流入大地，如 双极不平衡运行，单极大地回线方式等，使地电位发生变化，造成直流电流流入变压器原 边绕组，使换流变压器发生直流偏磁，工作点偏移。如果此直流电流过大，会导致换流变 压器铁心饱和，同时损耗和温升也将增加。因此，要配置相应的保护防止这种情况下对换 流变压器造成的损坏。
1.3 谐波
由于换流器的非线性，在交流和直流系统中将出现谐波电压和电流。对于换流变压器， 主要会流过特征谐波电流，即 p*n+1 次谐波电流（p 为脉波数，n 为任意正整数）。在运 行中，谐波电流会使换流变压器损耗和温升增加，产生局部过热，发出高频噪声，还会使 交流电网中的发电机和电容器过热，对通讯设备产生干扰。这些谐波电流应加以考虑，以 免对保护装置造成影响。
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超高压直流系统中的换流变压器保护(新编版)Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management.( 安全管理 )单位：______________________姓名：______________________日期：______________________编号：AQ-SN-0608超高压直流系统中的换流变压器保护(新编版)引言超高压直流输电由于其特有的优点，越来越广范的得到应用。
这些优点[1]包括：不须考虑稳定问题；线路故障恢复能力较强；调节作用利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；超过一定距离建设投资更经济等。
我国目前已投运的超高压直流输电工程包括葛上直流、天广直流和三常直流等，在这些工程中所有的保护与控制系统都是国外进口设备。
换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备。
它可以提供相位差为30°的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，以使直流系统运行在最优的状态等。
换流变压器的投资在换流站中占有很大的比例，换流变压器的可靠安全运行是直流输电系统可靠安全运行的基础。
因此对换流变压器提供完善的保护功能对直流输电系统的安全稳定可靠运行显得尤为重要。
下面主要讨论换流变压器的特点、直流输电的各种运行工况对换流变压器保护的影响，并结合其特点提出相应的保护原理与方案。
1换流变压器的特点以及对保护带来的影响1.1短路阻抗直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短路，为了将换向过程中的电流限制在一定范围内，换流变压器的短路阻抗要大于一般变压器。
短路阻抗过大，会使换流变压器二次侧故障时短路电流较一般变压器小，因此保护配置与整定要在这方面予以考虑。
1.2直流偏磁当直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流入大地，如双极不平衡运行，单极大地回线方式等，使地电位发生变化，造成直流电流流入变压器原边绕组，使换流变压器发生直流偏磁，工作点偏移。
如果此直流电流过大，会导致换流变压器铁心饱和，同时损耗和温升也将增加。
因此，要配置相应的保护防止这种情况下对换流变压器造成的损坏。
1.3谐波由于换流器的非线性，在交流和直流系统中将出现谐波电压和电流。
对于换流变压器，主要会流过特征谐波电流，即p*n+1次谐波电流（p为脉波数，n为任意正整数）。
在运行中，谐波电流会使换流变压器损耗和温升增加，产生局部过热，发出高频噪声，还会使交流电网中的发电机和电容器过热，对通讯设备产生干扰。
这些谐波电流应加以考虑，以免对保护装置造成影响。
1.4调压分接头为了使直流系统运行在最优的工况，减少交流系统电压扰动对直流系统的影响，换流变压器都具有较大范围的利用分接头调整电压的功能。
例如：三峡到常州工程三峡侧换流变压器档位范围+25/-5，每档调节范围1.25%。
因此保护设计时要考虑分接头调整带来的影响，如正常运行时变比的变化等。
1.5直流系统的特殊运行工况由于直流控制系统的特殊调节作用，使换流变压器遇到的运行工况以及故障情况不同于普通变压器。
这些不同主要包括以下几点：a.直流系统的故障相当于换流变压器的区外故障，一般短路电流都不会太大。
对于整流侧，穿越换流变的电流会增大，但由于直流控制保护系统的快速作用，很快会减小。
对于逆变侧，直流系统的故障会造成直流电流无法传变至交流侧，反而会使穿越电流减小。
b.对于换流变压器保护来说，直流系统造成的最严酷的区外故障为整流侧的阀短路故障，相当于换流变出口的两相或三相短路故障。
但由于直流保护的干预，实际只会出现半个周波的两相短路。
对于逆变侧，由于触发角很大，阀短路时流过换流变压器的电流较整流侧小很多。
c.换流变压器发生区内故障时，直流系统一般不会提供短路电流。
这是由直流控制系统的作用造成的。
在整流侧，功率由交流侧转换至直流侧，换流变压器的故障只会造成这种转换的停止，而不会使功率反向，因此直流侧不会提供短路电流；在逆变侧，当故障轻微换相可以正常进行时，由于直流系统的定电流控制特性，直流侧不会提供额外的短路电流。
如果故障严重，必然造成换相无法进行（交流电压降低），直流侧更不会提供短路电流。
d.由于直流控制系统快速的调节作用，在需要的时候，可以快速的将功率传输由一个方向反至另一个方向，对于换流变压器来说，就会出现快速的潮流反向。
f.换流变压器保护区内发生接地故障时，实际造成了阀的短路(参见图4)。
由于阀的单向导电性，故障电流半周电流大，半周电流小，导致差电流中含有较大的二次谐波。
g.对于逆变侧的换流变压器的区内故障，往往会导致换相失败的发生，从而在穿越电流电流中产生很大的谐波，但差电流（即提供给故障点的电流）仍主要为工频分量。
h.由于换流变压器的特殊运行方式以及较大的漏抗（作为换相电抗），二次侧故障一般不会造成各侧TA的饱和，即使饱和造成保护的“误动作”也是正确的（换流变的区外即阀的区内故障，都会造成直流的停运）。
但对于一个半开关的接线方式，交流系统区外故障时高压侧TA存在饱和的可能。
见图7。
这种情况下的误动作是不可接受的，必须防止。
i.在阀未解锁前，当阀侧交流连线存在接地故障时，并不产生接地电流，也不会对变压器造成损害。
但如此时不发现故障，阀一解锁后，就会造成阀的短路。
因此要设置保护检测这种情况下的接地故障。
2换流变压器保护的实现2.1保护的配置原则为了保证既可靠又安全，在既简单又经济的情况下，可以这样配置换流变压器保护：每台换流变压器保护装设两台保护装置，每台保护装置的电源、输入独立，每台装置的输出都可以到达断路器的两个跳闸线圈以及直流控制的两个系统。
每台装置采取措施防止自身误动作，而靠两装置的或出口防止故障情况下的拒动作。
2.2保护的配置及原理为了避免换流站特有的谐波对保护的影响，保护装置应从硬件和软件上采取措施，使保护只针对工频分量。
主保护包括稳态比率差动、差动速断、工频变化量比率差动、零序比率差动、过激磁保护。
后备保护包括过流、零序过流、过电压、零序过压、饱和保护。
2.2.1稳态比率差动保护由于变比和联接组的不同，电力变压器在运行时，各侧电流大小及相位也不同。
在构成继电器前必须消除这些影响。
换流变压器的TA一般装在各侧绕组上，因此原、副边绕组电流相位相同，因此只需要对变比的影响进行补偿。
以下的叙述的前提均为已消除了变压器各侧幅值和相位的差异。
稳态比例差动保护用来区分感受到的差流是由于内部故障还是不平衡输出（特别是外部故障时）引起。
装置采用初始带制动的变斜率比率制动特性，稳态比率差动元件由低值比率差动（灵敏）和高值比率差动（不灵敏）两个元件构成[2]。
为了保证区内故障的快速切除，只有低值比率差动元件（灵敏）设有TA饱和判据，高值比率差动元件（不灵敏）不设TA饱和判据。
对于换流变压器分接头调整造成的差动电流不平衡，可用三种方法来解决：一是通过整定值躲开；二是利用浮动门槛自适应调整；三是利用分接头位置来调整。
方法一、二简单实用，三实现起来复杂。
对于2.5中g所述的工况，差电流仍为交流电源提供的工频故障电流，因此保护可以正确动作。
对于2.5中f所述的工况，应为阀短路及其后备保护首先动作(动作时间小于10ms)切除故障，差动速断和过流保护作为后备的后备，因此差动保护此种工况下不能动作并不影响安全性。
2.2.2工频变化量比率差动保护装置中依次按相判别，当满足一定条件时，工频变化量比率差动动作。
工频变化量比率差动保护经过涌流判别元件、过激磁闭锁元件闭锁后出口。
由于工频变化量比率差动的制动系数可取较高的数值，其本身的特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和能力较强。
工频变化量比率差动元件提高了装置在变压器正常运行时内部发生轻微匝间故障的灵敏度。
且工频变化量比率差动保护不会受换流变压器分接头调整造成的差动电流不平衡的影响。
2.2.3后备保护后备保护包括过流、零序过流、过电压、零序过压、饱和保护。
过流保护，主要作为换流变压器各种故障的后备保护。
由于只需与直流系统的最大过负荷能力配合，灵敏度容易满足要求，因此不需采用复合电压闭锁与方向闭锁。
零序过流保护，主要作为换流变压器接地故障后备保护。
为防止变压器和应涌流对零序过流保护的影响，应具有二次谐波制动闭锁措施。
当二次谐波含量超过一定比例时，闭锁零序过流保护。
零序过压保护为针对2.5节工况i的保护。
因为换流变压器副边不接地运行，保护主要在阀解锁前检测阀侧交流连线的零序电压来判断是否有接地故障。
阀解锁后保护要被闭锁，因阀解锁后会测得零序电压，此电压不是接地故障造成的。
饱和保护为针对2.2节工况的保护。
由于TA无法传变直流电流，因此只能间接的测量直流电流的大小。
测量的原理如下：直流引起电力安全技术 | Power Safety Technology电气安全的铁心饱和造成原边绕组零序电流中含有三次谐波，通过检测零序电流中三次谐波峰值，可以等效出流过换流变压器的直流电流。
保护特性为根据变压器的参数定义的反时限。
3结语本文讨论了换流变压器与交流系统的主变压器比较所具有特点，阐述了这些特点以及直流输电的各种特殊运行工况对换流变压器保护带来的影响，并提出了相应的保护方案。
以上方案已在RCS－977型换流变压器保护装置中采用，并已挂网试运行，经历了交流系统的区外故障，直流系统的各种运行工况及故障考验。
试运行结果证明了方案的正确性。
XXX图文设计本文档文字均可以自由修改第10页。