特高压直流输电换流变压器保护及充电试验研究

2018-12-07王鹏李博

商品与质量 2018年49期

王鹏李博

国家电网公司运行分公司宜宾管理处四川宜宾 644000

特高压直流输电系统能够正常运行的可靠基础是拥有高效的换流变压器，保证换流变压器的正常运行就能确保证特高压电网的有效运行，因此，在特高压电网中换流变压器的投资占比较大。同时，特高压电网中的换流变压器在运行时会受到诸多因素的影响而出现相应的安全问题，所以，要保证特高压电网的正常运行，就必须确保其中的换流变压器的安全，如此才能确保电力系统的正常使用，也能对特高压电网未来的应用研究提供相应帮助。

1 特高压直流输电系统的优势

我国目前大多的输电系统是应用有高适应性的超高压直流输电系统，超高压直流输电系统在运行中虽然有不需着重考虑稳定性、故障恢复能力强、稳定调节交流系统能力强、降低短路容量、更加经济等优点，但是对于因为区域分布不均而引起的电能输送问题却没有相应的解决方案，针对这种情况，特高压直流输电系统应运而生，相较于超高压直流输电系统，特高压直流输电系统能有效的解决因为区域分布不均而产生的电能输送问题[1]。特高压直流输电系统中的必要设备换流变压器是不可或缺的，换流变压器能有效的降低电力系统中的谐波电流，因此，在特高压直流输电系统中使用换流变压器，能有效的调节系统中的交流电压，最终保证特高压直流输电系统的稳定运行

2 换流变压器故障的特殊性

特高压电网中的直流输电系统在控制、调节时有一定的特殊性，而特高压直流输电换流变压器和普通变压器在出现故障时所表现的情况也不同，具体如下：

（1）换流变压器出现短路故障的位置通常在变压器的区外，而且此时的电流相对较小，但是当电流穿越变压器时电流就会增加，而变压器中的直流电流在转变为交流侧的过程中发生故障时，此时穿越变压器的电流会相应降低。

（2）换流变压器的短路故障大多出现在变压器区外，当换流变压器的故障出现在变压器区内时是由直流控制系统，因此，当换流变压器短路故障出现在区内时短路电流不会正常提供。

（3）换流变压器会因为转换功率传输的方向太过迅速，而导致换流变压器出现迅速的潮流反向故障[2]。

（4）换流变压器区内通常会出现阀短路故障，换流变压器区内阀短路故障会导致变压器中的故障电流周期不均衡，最终使二次谐波的增大。

（5）换流变压器除区外和区内两个位置出现故障外，其中的逆变侧也有故障可能。换流变压器的逆变侧出现故障会使变压器换相无法成功，同时会在穿越电流中产生较大谐波。

3 对特高压直流输电换流变压器进行保护的重要性

在稳定运行的特高压直流输电系统中，换流变压器占据重要位置，因此，对换流变压器进行相应的保护措施十分重要，针对换流变压器的保护重要性如下：

短路阻抗：相较于普通的变压器，特高压电网在使用换流变压器时会将换流变压器中短路抗阻进行相应调整，大多会将换流变压器中的短路抗阻变大，以此来确保特高压电网中的电流处于安全范围，最终达到特高压电网稳定运行的目的。

直流偏磁：在特高压电网中使用换流变压器时，换流变压器保护措施中的直流偏磁也十分重要。特高压直流输电系统中会时常使用大地回线，而大地回线在使用时会使地电位值发生改变而导致变压器的缘边绕组改变，最终影响变压器的直流绕组磁场产生直流偏磁的现象。变压器的直流偏磁现象会使变压器出现温度升高、铁芯饱和等问题，而进行换流变压器安全保护能有效的避免直流偏磁的现象出现，使特高压电网能稳定运行。

谐波电流：对换流变压器的保护中，谐波电流的抑制也是重要部分，谐波电流的出现是因为换流变压器在换流器中的直流和交流系统形成的。换流变压的主要特征表现为出现谐波电流[3]，换流变压器中如果出现谐波电流，不仅会对电网中的通讯设备形成干扰，还会使电容器、发电机的温度升高造成故障，因此，谐波电流的出现对于换流变压器具有很大的危害。对换流变压器进行安全保护能有效的避免这一危害，使电网能安全稳定的运行。

4 特高压直流输电换流变压器的保护原则

在对换流变压器进行保护时，可以从安全问题、经济问题两方面入手。换流变压器的经济保护，需根据相应的经济情况对配置上的设置质量和数量进行相应提升，以此达到对换流变压器运行中安全的保护[4]。换流变压器具有相应的经济支持，安全问题也能够间接完成。换流变压器的安全保护，可对每台电源设备和输入设备进行保护，并在保护装置的本身上采取相应的故障防治。

在进行换流变压器保护时，稳态比率差动保护和后备也占有重要位置。换流变压器稳态比率差动保护时，换流变压器中的各个部分具有差异性，而在换流变压器已经消除了侧幅值和相位之间差异的前提下，处理换流变压器的继电器影响时可在换流变压器的绕组上安装 TA，用以达到绕组电流的同步性[5]。换流变压器的后备保护包括过流、过电压、零序过压保护等方面。进行换流变压器后备保护时，因为变压器灵敏度较容易达到标准数值，所以大多无需用到复合电压闭锁与方向闭锁两个保护措施，后备保护中的零序过流保护中需具有二次谐波制动闭锁措施，如此不仅能有效的预防换流变压器的接地故障，还能降低变压器和应涌流对零序过流保护的影响，使换流变压器能相对安全稳定的运行。

5 特高压直流输电换流变压器的充电试验研究

换流变压器的充电实验研究对于直流系统调试和故障处理有重要意义。换流变压器运行中如果出现故障即可启用直流保护，以此避免设备受到损害。直流系统调试包括对主要设备进行检测和直流系统性能测评两个方面。

试验目的：测试换流变压器空载投切时的励磁涌流冲击能力和、换流变压器在空载投切时的过电压水平、换流变压器的继电保护设备投切时的动作行为三个方面。

试验步骤：①应用手动操作对换流变压器分接开关进行控制，同时将二次侧电压设置到最低。②对断路器进行闭合操作并对换流变压器进行首次充电。③将换流变压器分接开关手动操作设置为空载档位。④将手动操作换流变压器分接开关控制调换为换流变压器分接开关自动操作。⑤将第一次充电后的换流变压器启动并运行一小时，同时进行数据记录。⑥换流变压器充电停止，间隔5min后闭合断路器并再次充电，充电结束后运行15min，在运行中检测换流变压器、交流母线、阀厅是否出现电晕、放电等故障并记录数据。⑦对换流变压器进行再次断电操作，间隔5min后再次进行闭合断路器操作并进行第三次充电，在充电结束后运行15min，并在运行中再次检测换流变压器、交流母线、阀厅是否出现电晕、放电等故障并记录数据。⑧进行最后一次断电操作，并将断路器转冷备用，结束实验。