特高压换流站站用电系统保护配置及定值配合研究

特高压换流站站用电系统保护配置及定值配合研究

帅能

国网西藏电力有限公司超高压分公司 西藏自治区拉萨市 850000

摘要：在某换流站示范项目中，500kV/10 kV站通过变压器直接连接到500kV母线。换流站电气系统的特殊接线和双层减压方法给换流站变压器保护配置和电流互感器的选择带来了问题。通过研究换流站变压器保护指令应用实例，探讨了短路电流的计算、设定值调整方法以及不同时间级之间的协调关系。对于500 kV/10 kV换流站变压器低压侧电缆段短路故障，以及短路电流低于小时时灵敏度提高问题，提出了高压侧断路器配置缺陷和漏电保护的双重保护技术方案在分析了低压侧短路故障电流的较大差异的基础上，该解决方案采用了小型并网电流互感器二次绕组。低压侧故障电流较低时，变小的故障保护装置对实现故障最小隔离的灵敏度较高。

关键词：特高压；站用电；保护配置；定值整定；时限

前言

与传统线路工程相比，换流站工程具有技术难度较大、参与单位较多、控制水平较高、施工标准较高、新设备使用新技术较多、设备利用率较高、资产价值较高等特点。工程现场控制更加困难，输电站工程一直是高压直流改造工程建设和管理的首要目标。因此，换流站电气系统保护配置和调整协调配置的准确性是保证输电站电气系统安全运行的前提条件。

一、某换流站站用电系统运行方式及特点

1.换流站站用电系统主接线图

换流站电气系统是指由换流站电源变压器、换流站电源变压器、380V低压配电屏、交流电源网、保护测控等组成的系统。为直流变换器、电气工具、变压器冷却装置、空调等生产和生活设备提供可靠的交流电源。换流站电气系统能否安全、稳定和可靠地运行，不仅直接关系到换流站所用电力的可靠性和稳定性，也关系到电气系统的正常运行。换流站电气系统采用两级电压降法，由三个电源供电:第一个电源由500 kV/10 kV变压器降级，第二个电源由110 kV/10 kV变压器降级，第三个电源由35 kV/10 kV变压器降级，电压随后其中，500kV是从换流站500 kv二号线、1000kV交流超高压电源110kV和工厂外部电源35kV中抽取的。

2.换流站站用电系统保护配置及定值整定特点

由于输电站涉及不同电压等级的变压器，输电站变压器导线电源电压等级和容量均高于500kV典型换流站。dl/t 5155-2002 220-500kv换流站电气设计技术规范和文件dl/t 1559-2007 220-750kv电网继电保护装置运行调整规定阐述了超高压输电站使用的变压器保护配置原则。因此，上下保护配置整改协调应考虑换流站电气系统布线、设计规则要求、系统运行方式和旋转维护等因素。从实际出发，综合考虑并论证设备选型参数和保护配置范围，满足换流站电气系统灵活多样的运行要求，保证系统保护的可靠性、速度、灵敏度和选择性。

二、换流站站用电系统保护配置方案

1.500kV站用变保护配置及CT绕组接入方案

500kV换流站使用变压器通过500kV高压侧断路器51A3直接接入500kV ii总线，其中500kV高压侧断路器配备了两个保护装置，分别用于故障保护(PRS-721)和小电流故障保护(PRS)本工程500kV换流站变压器容量为40MVA，短路阻抗为12%，10kV换流站变压器侧与10kV开柜之间电缆长度约160m。主变压器(下称主变压器)和电缆的电阻值分别为0.3和0.013ω。低压侧站变压器出口处的三相短路时，短路电流最大值约为19.25kA，转换为高压侧电流约370A。在终端电缆短路时，短路电流最大值约为18.446 ka，转换为高压侧电流约355A，因为10kV电缆末端短路电流不足18.446 ka，短路故障时短路电流最大值为高压侧电路低压侧故障电流越高，故障保护装置越小，灵敏度越高；低压侧故障保护装置越小，能监控辅助侧相应电流，采取断路器故障保护措施。

2.110kV站用变保护配置方案及变比选取

换流站110kV换流站变压器由1000 kv相邻通信站2号主Bt侧110kv二号母线驱动，引出较长电缆，该段应考虑线路故障和电容电流的影响。此外，选择用于保护的CT转向率是基于以下考虑因素:110kV换流站变压器高压侧电路短路电流水平高，以确保在区域高压侧出口短路故障时CT不会很饱和，CT转向率可操作同时，考虑到110kV换流站变压器容量小，高压侧额定电流小，确保区内轻度故障(特别是线圈间故障和通过过渡电阻接地故障)时差动保护能可靠运行， CT线圈比不能太大，以免影响交流电流采样精度和差两边的平衡系数。

3.35kV及以下电压等级保护配置方案

换流站35 kV/10 kV换流站变压器保护采用一般配置，包括差动保护、差动保护、高压侧过流保护和低压侧过流保护。高压侧中性点不受电阻接地，同极过电流保护未配置，换流站10kV进气断路器保护安装在三个输入断路器柜上，以保护10kV进气断路器，具有快速切断保护和过电流保护功能。本站10台10kV/0.4kV干式变压器没有独立保护。10kV输出断路器保护是其靠近电源装置的后备保护，具有切断保护和过流保护。10kV电气系统的母线力矩断路器保护分别位于10kV0M-1M分区断路器柜和10kV0M-2M分区断路器柜内，保护10kv 1m-2M和2m的接触动作。由于保护动作，相应的断路器被触发，10kV断路器被锁定。10kV母线副断路器仅配备快速切断保护。

三、换流站站用电系统保护定值整定应用算例

1.短路电流计算

短路电流是换流站电气系统保护调节的基础。短路电流计算方法必须符合GB/t 15544-1995三相交流系统短路电流计算和IEC60909:2001标准。校正所需的网络参数应满足以下要求:在最大系统模式和最小系统模式下，外部网络的正序等效阻抗应使用有关管理机构提供的数据；等效电阻应转换为相同的参考容量和标准参考电压值，电压参考值采用元件电压等级的平均额定电压；最大负载电流400V由设计研究院计算。

2.保护定值整定

500 kV/10 kV换流站变压器、110 kV/10 kV换流站变压器和35 kV/10 kV换流站变压器的差动保护应按照dl / t8499-1999大型发电机和变压器的继电保护计算导则进行调整，变压器差动切断应根据不平衡电流进行调整设备为用户选择提供了大量的触发模式控制字。差动保护和高压侧应急保护跳过低压侧断路器，低压侧应急保护只跳过低压侧断路器，关闭自动开关。10kV输入断路器和10kV母线断路器的断电保护是根据短路灵敏度计算的，10kV母线的两级电路采用最小系统运行，10kV输出断路器的断电保护是根据低压母线短路电流调整。

10kV输入断路器和10kV母线断路器的断电保护是根据短路灵敏度计算的，10kV母线的两级电路采用最小系统运行，10kV输出断路器的断电保护是根据低压母线短路电流调整的10kV输入线路断路器过电压保护整数值应根据实际最大负载电流进行调整，400V母线两相短路灵敏度不应小于1.5倍；10kV线路输出断路器过流保护根据最大可能负载电流计算，三种电源模式下400V母线两相短路灵敏度不少于1.5倍。400V进线断路器的定期断电保护根据短故障灵敏度进行调整-400V母线的两相电路不少于1.5倍，应避免400v进线断路器、母线对和出线断路器的反向过流保护。

结束语

总之，特高压输电站的电力系统与500kV经典输电站不同。本文提出了换流站变压器的保护配置，以及不同电压等级换流站变压器和输电站的CT绕组接入方案。以某输电站实际工程为应用实例，总结各级短路电流计算、调整方法和时间协调关系，确保保护配置范围和设备调整计算满足电力系统灵活多样运行方式的要求。

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