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

赵俊凯

（国网滨州市供电公司256600）

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。

2、直流的偏磁。直流输电系统中，大地回线的使用比较广泛，然而也必定会有直流电进入大地，从而改变电位值。并且，直流电将进入变压器原边绕组使其发生改变，从而影响到变压器的直流绕组磁场，导致直流偏磁现象的产生，造成偏移的工作点。如果直流电过大，将导致变压器铁芯发生饱和，并且使变压器升温，变压器也发生较大的损耗。而保护操作的采用，就是为了避免发生变压器受损。

3、谐波。实际上，谐波电流及谐波电压的产生和换流器在直流、交流系统中的非线性特点有关。换流变压很容易出现谐波电流。电路系统运行过程中，谐波电流的出现将造成极大的危害，会使得交流电网电容器和发电器出现高温，也影响通信设备的正常运行。为换流变压器安装保护装置的过程中，需要防止谐波对其产生影响，这点需要引起注意。

4、调压分接头。如果交流电压不稳定，就会影响到直流系统的运行，为使直流系统运行状态得到保护，换流变压器分接头调压能力均较强，其影响保护设计，相当于运行中变比发生变化。

5、特殊的运行状态。直流系统的控制调节作用比较特别，所以，换流变压器也和普通变压器存在区别，其发生的故障也不一样，其不同之处主要在于：直流系统短路均发生于系统变压器区外，因此不产生过大电流。然而整流侧电流穿过变压器的过程中将变大，且在直流控制系统保护的作用下迅速减小。就逆变侧而言，故障将导致直流系统的直流电转变交流侧时受阻，导致穿越电流减小。直流系统中，整流侧阀短路故障比较严重，类似于换流变出口的相间短路，或将导致严重后果的产生。然而由于直流保护的作用，将只出现半周波短路，并且，阀短路过程中，因逆变触发角较大，将只有较小的电流于整流侧流入换流变压器。其次，如果换流变压器发生区内故障，直流控制系统就会发挥作用，通常不会出现短路电流。再者，直流控制系统能够实现快速调节，可对功率传输方向进行快速转换，此时换流变压器将有快速潮流反向的出现。此外，在换流变压器发生接地故障的情况下，由于阀具有单向导电性，将导致故障电流周期内出现不均衡的现象，从而产生较大的二次谐波。最后，若故障发生于换流变压器逆变侧，或将导致换相失败，从而在穿越电流中出现较大的谐波。

二、换流变压器保护的实现

（一）保护的配置原则

换流变压器保护需要考虑的因素较多，包括安全性以及经济性，在确保满足各项因素的基础上，通过配置设置进行变压器保护。设置两个保护设备于变压器上，有效保护各台的电源和输入设备。将各设备的输出端连接断路器上的跳闸，也对直流控制系统进行连接，且采取防治故障的拒动于装置本身。

（二）稳态比率差动保护

变化比和联结组的动作存在区别，因此变压器的运行状态也存在差异，主要在相位和电流上得到体现。因此，为消除继电器的影响，可安装TA于绕组之上，保持绕组电流的相同，即进行变化度的有效补偿。下述的基础是已经消除变压器各侧幅值及相位的差异。

（三）后备保护

换流变压器后备保护包括了零序过压保护、过电压保护以及过流保护等。由于其灵敏度较高，因此可不采用方向闭锁以及复合电压闭锁。零序过流保护，主要是避免涌流和变压器影响零序过流保护，需要对其进行二次谐波制动闭锁措施的设置。

三、换流变压器的充电试验

（一）充电试验的目的分析

测试换流变压器的充电试验十分重要。通常，在直流功率故障的传输方向上，符合一切运行控制模式以及接线方式。若发生故障，凭借直流保护动作的发挥，能够使设备免受损坏。系统调试则是检测主回路设备，然后检测整个直流控制系统的性能。在此过程中，电网的稳定安全性是需要考虑的主要因素，确保其符合要求。

换流变压器充电试验，其目的在于测试继电保护设备投切动作行为以及空载投切过程中所能承受的过电压和励磁涌流冲击。因换流变压器与交流侧和直流侧有密切的联系，其检测将对换流变压器乃至整个系统的运行产生影响。

（二）充电试验步骤简析

充电试验主要分为以下步骤：

1、对换流电压其分接开关进行手控，设置换流变压器二次侧电压为最低值；2、将断路器闭合，进行极I低端换流变压器的首次充电；3、再次进行换流变压器分接开关的手控，设置为空载档位；4、实行换流变压器分接开关的自动控制；5、首次进行换流变压器的充电后，保持1小时的运行状态；6、运行换流变压器的过程中做好相关检查和数据记录；7、将断路器断开，使换流变压器的充电停止；8、5分钟后，再次对断路器进行闭合以及为换流变压器充电，充电完成后，保持15分钟的运行状态，检测阀厅、交流母线以及换流变压器，观察有无电晕放电等现象，且做好相关记录。9、将断路器和换流变压器的充电断开；10、5分钟后，将断路器闭合，进行换流变压器的第3次充电，重复上述有关步骤。11、将断路器断开，且最后一次停止变压器的充电；冷却断路器，极I低端换流变压器带换流器投切及带电试验至此完成。

结语

总之，直流输电换流变压器保护的实现，对于特高压电网领域而言十分重要。本文简单分析和研究了直流换流变压器的保护，阐述其在电网系统中的重要作用，并且提出有关可行的保护措施，同时介绍充电试验的目的及其具体实施步骤，期以为换流变压器系统调试的研究提供有价值的参考。

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