云广直流输电工程双12脉波桥不对称运行对过电压的影响分析.pdf

2 0 1 3 年第7 卷第6 期南方电网技术 高压直流输电 2 0 1 3V 0 1 7N o 6S O U T H E R NP O W E RS Y S T E MT E C H N O L O G YH V D CT r a n s m i s s i o n 文章编号：1 6 7 4 - 0 6 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 6 - 0 0 5 3 - 0 4中图分类号：T M 7 2 1 1文献标志码：A 云广直流输电工程双12 脉波桥不对称运行 对过电压的影响分析 赵晓斌，邱伟，黄莹，黎小林 ( 南方电网科学研究院，广州5 1 0 0 8 0 ) 摘要：在楚穗直流工程第4 阶段孤岛调试的准备工作中，操作极1 高端阀组由定角度控制方式切换为定u 。控制方式 完成一段时间后，该极低端阀组的M 型避雷器发生过热损坏。通过对现场录波文件的分析，确认高、低压阀组不对 称运行时4 0 0k V 母线上的2 4 次特征谐波谐振是M 型避雷器损坏的直接原因。通过仿真分析明确了在4 0 0k V 母线上 出现2 4 次谐波的机理，确定换流变压器二次侧对地杂散电容引起2 4 谐波放大，导致过电压的产生。建议在切换定角 度控制方式为定u 。控制方式时，高、低压阀组应同时切换，且在双阀组分接头控制逻辑中，高、低压阀组应设置跟 随逻辑以确保分接头档位差不超过一档。采取上述措施后，可以有效防止由于双阀组不对称运行引起的过电压： 关键词：直流输电；避雷器；过电压；特征谐波；谐振；杂散电容 A n a l y s i so nt h eI m p a c to fD o u b l e1 2 - P u l s eB r i d g eA s y m m e t r i c a lO p e r a t i o no n O v e r v o l t a g ei nY u n n a n - G u a n g d o n gD CT r a n s m i s s i o nP r o j e c t Z H A OX i a o b i n ，Q I UW e i ， ( E l e c t r i cP o w e rR e s e a r c hI n s t i t u t e ， H U A N G Y i n g ，L IX i a o l i n C S G ，G u a n g z h o u5 1 0 0 8 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：A f t e rc h a n g i n gh i g hv o l t a g ev a l v e sc o n v e r t e rt r a n s f o r m e rt 印c o n t r o lm o d ef r o mA n g l e M o d et oU d ，。一M o d ei np o s i t i v ep o l e i nas h o r tt i m e ，t h el o wv o l t a g ev a l v e sM t y p ea r r e s t e rw a sd a m a g e df o ro v e r h e a t i n gi nt h es a m ep o l ed u r i n gC h u x i o n g S u i d o n g H V D Cp r o j e c ti s l a n d i n go p e r a t i o nc o m m i s s i o n i n gp r e p a r a t o r yw o r k B a s e do nt h ea n a l y s i so fo n s i t et r a n s i e n tf a u l tr e c o r d e rf i l e s ，t h e 2 4 “1c h a r a c t e r i s t i ch a r m o n i cr e s o n a n c eo n4 0 0k Vb u s b a rw h e nh i g hv o l t a g ea n dl o wv o l t a g ev a l v e sa r eu n d e ra s y m m e t r i co p e r a t i o ni s r e c o g n i z e da n dc o n s i d e r e dt h ed i r e c tc a u s eo fM t y p ea r r e s t e rd a m a g e T h r o u g hs i m u l a t i o na n a l y s i s t h em e c h a n i s mo f2 4 1 “h a r m o n i c s a p p e a ri nt h e4 0 0k Vb u sh a sb e e nc o n f i r m e d S t r a yc a p a c i t a n c eo nc o n v e r t e rt r a n s f o r m e rs e c o n d a r ys i d et Og r o u n dc a u s e d2 4 ”h a r m o n i ca m p l i f i c a t i o n ，r e s u l t i n gi nt h eg e n e r a t i o no fo v e r v o l t a g e I ti ss u g g e s t e dt h a tw h e nt h ec o n v e a e rt r a n s f o r m e rt a pc o n t r o lm o d eh a n d o v e ri sr e q u i r e d ，t h eh i g hv o l t a g ea n dl o wv o l t a g ev a l v e ss h o u l db es w i t c h e ds i m u l t a n e o u s l y T h et a pp o s i t i o no fl o wv o l t a g ev a l v e s c o n v e a e rt r a n s f o r m e r ss h o u l db es e tt Of o l l o wt h a to ft h eh i g hv o l t a g ev a l v e s ，t oe n s u r et h a t t a pp o s i t i o nd i f f e r e n c e i sl e s st h a n o n e T h e s em e a s u r e sC a ne f f e c t i v e l yp r e v e n tt h eo v e r v o l m g ec a u s e db yt h eh i g hv o l t a g ea n dl o wv o l t a g ev a l v e sa s y m m e t r yo p e r a t i o n K e yw o r d s ：H V D C ；a r r e s t e r ；o v e r v o l t a g e ；c h a r a c t e r i s t i ch a r m o n i c s ；r e s o n a n c e ；s t r a yc a p a c i t a n c e 目前投运和在建的8 0 0k V 直流输电工程均采 用双1 2 脉波桥结构，直流母线和中性母线分别安 装一半的平波电抗器。这种对称接线方式下，4 0 0 k V 母线( 上、下1 2 脉波桥中点) 上的电压基本上是 直流电压。o 。 在实际工程运行中高、低压阀组换流变压器分 接头档位不一致运行会经常出现，使得高、低压阀 组不对称运行，但程度较低，一般高、低压阀组换 流变压器的分接头档位最多相差一档。在楚穗直流 工程第四阶段孤岛调试的准备工作中，在双极、2 5 0 0M W 运行工况下，操作楚雄站极1 高端阀组由 定角度控制方式切换为定u 怕控制方式，分接头调 整到位后，高、低压阀组换流变压器分接头档位相 差达3 档，且持续时间很长，造成该极低端阀组的 M 型避雷器过热损坏。M 型避雷器故障引起该点接 地，使得楚穗直流单极停运，需分析严重不对称运 行产生过电压的机理和抑制措施，以保证直流系统 的安全稳定运行。 万方数据 南方电网技术第7 卷 1 现场故障录波文件分析 24 0 0k V 母线对地电压波动机理分析 如图1 所示，M 型避雷器安装在2 0 0k V 阀组 的高压侧对地，正常运行时该点的电压主要为平波 电抗器和换流变压器上的压降之和。绝缘配合研究 选择的M 型避雷器的荷电率( U P C O V U 。，) 为0 7 7 ， 正常运行条件下该避雷器不会发生过热损坏。 图1低压阀组避雷器布置示意图 F i g 1 L o wV o l t a g eV a l v e sA r r e s t e rL a y o u tS c h e m a t i c M 型避雷器所处电气节点未安装电压互感器， 因此无法通过直接观测该点录波波形以分析M 型 避雷器损坏的原因。图2 给出了4 0 0k V 母线对地 电压的录波波形，可以看出，避雷器损坏前4 0 0k V 母线上有明显的2 4 次谐波电压，其幅值达1 6 0k V ， 远大于正常运行时谐波电压的波动范围。 6 0 0 5 0 0 型 、4 0 0 S 3 0 0 2 0 0 024681 01 21 4 t m s 图2M 型避雷器损坏前4 0 0 k V 母线电压波形 F i g 2 4 0 0k VB u sV o l t a g eB e f o r eM - t y p eA r r e s t e rB e i n gD a m a g e d 2 4 次谐波是直流侧的特征谐波，4 0 0k V 母线 对地产生此大幅值电压波动的原因如下。首先，由 于上下阀组的控制方式不同，产生的谐波电压的幅 值相位不一致，使得4 0 0k V 母线的电压瞬时值不 全为极母线对地电压的一半，但其平均值仍是4 0 0 k V 。再者，4 0 0k V 母线对地存在2 4 次谐振点，放 大了该点的电压波动。 采用3 脉动谐波模型可以较好地考虑换流器对 地杂散电容的作用在换流器在直流侧产生3 倍次谐 波电压( 3 ，6 ，9 ) 及分析低次谐波幅值较大的机 理，如图3 所示3 4 。 图3直流侧谐波电压计算及直流滤波器设计等值电路 F i g 3 D CS i d eH a r m o n i cV o l t a g eC a l c u l a t i o na n dt h e D e s i g n e dD CF i l t e rE q u i v a l e n tC i r c u i t 结合对现场录波文件的分析，对特征次谐波的 电路结构进行简化。不计杂散参数，上下两个1 2 脉动换流阀可以等效为谐波电压和变压器阻抗的串 联；直流滤波器的对1 2 次和2 4 次谐波均是高通， 可以等值为短路；平波电抗器只考虑其电感值( 如 图4 所示) 。 则 U d M = 一l aX j ( L s R + L T R ) 一U H v ， ( 1 ) U d M = l aX j c c J ( L s R + L T R ) + U L v 。 ( 2 ) 简化式( 1 ) 和式( 2 ) ，有 U d M = ( 吼v U H v ) 2 。 ( 3 ) 即，在不考虑换流变压器杂散参数时，4 0 0k V 母线 的谐波电压波动为上阀组产生