關(guān)于特高壓直流控制保護系統(tǒng)研究

孫瀟

摘要：近年來，我國電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展迅速，在建設(shè)與正常使用的直流輸電工程項目數(shù)量快速增加，同時工作水平也開始向傳送電壓更大、容量更大、傳輸距離更長方向發(fā)展，并且同時也在我國很多重要電力輸送工程中發(fā)揮了有效作用。再此背景下，特高壓直流在中國很多換流站得到了很大的普及，與高壓直流相比，特高壓直流的運行方式更加靈活，容量比高壓要高，傳輸距離更遠，不僅如此，其損耗比高壓直流更低，對于中國現(xiàn)如今的國情來說，特高壓直流無疑是符合當(dāng)前的能源優(yōu)化配置的目標(biāo)的。對于特高壓直流輸出工程來說，控制保護系統(tǒng)是換流站的大腦，對于特高壓換流站的正常運行具有重要作用。我國特高壓直流換流站發(fā)展迅速，但是還面臨著一些問題，所以增強特高壓直流控制保護系統(tǒng)是最重要的環(huán)節(jié)。本文從特高壓直流換流站面臨的問題和特高壓直流的特點出發(fā)，分別介紹了特高壓直流控制系統(tǒng)的功能配置和特高壓直流保護系統(tǒng)的功能配置。

關(guān)鍵詞：特高壓直流;保護;控制;配置

一、特高壓直流換流站面臨的問題

（一）對相應(yīng)的配套設(shè)備的質(zhì)量要求以及專業(yè)要求高

特高壓直流與高壓直流的差別就是因為電壓等級的過高，導(dǎo)致對換流變壓器的制造材料的絕緣作用就相應(yīng)地要求更高。受這一情況影響，在系統(tǒng)設(shè)置當(dāng)中使用的絕緣材料量較大。在±800kv換流變壓器，閥側(cè)引線絕緣件設(shè)計與研制過程中需要進行一系列實驗，閥繞絕緣、匝絕緣在設(shè)計與試驗是設(shè)備研制中需要得到解決的難點問題。

（二）直流場的吸污特性導(dǎo)致的事故

直流場具有吸污的特性，特別是對于特高壓直流，這一問題更為嚴重。當(dāng)換流站的污穢積累到一定程度時，就會造成直流場設(shè)備的絕緣，從而導(dǎo)致直流場的污閃事故。這是一個十分嚴重而又十分普遍的問題。我國近些年來，工業(yè)化發(fā)展十分迅速，污染問題也隨之越來越嚴重，尤其是大氣污染對直流設(shè)備的影響十分嚴重，很多特高壓直流換流站的污染程度已經(jīng)達到了很嚴重的程度。解決換流站的污染問題，提高換流站的耐污能力是現(xiàn)在很多電網(wǎng)公司的重點研究的項目，以確保特高壓直流換流站的穩(wěn)定運行。

（三）輸送容量大，設(shè)備難以承受

特高壓直流輸電容量大，但與此同時換流變壓器的體積以及重量也隨之增加。這就給運輸條件帶來很大的影響。在一些特殊地區(qū)收技術(shù)條件限制，無法進行大型設(shè)備的運輸任務(wù)。針對這一問題，我國很多電網(wǎng)公司在特高壓直流輸電工程建設(shè)中，根據(jù)實際情況進行規(guī)劃，以期能夠解決大件設(shè)備的運輸問題，使特高壓換流站穩(wěn)定運行。

二、特高壓直流控制與保護系統(tǒng)

在±800 kV的特高壓直流換流站控制及保護系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，所遵循的基本原則和±500 kV的常規(guī)直流換流站基本相同。在±800 kV特高壓直流換流站工程當(dāng)中，極需要由串聯(lián)換流單元構(gòu)成，在每個單元當(dāng)中，都需要獨立配備獨立旁通斷路與隔離開關(guān)設(shè)備，才能保證換流單元實現(xiàn)自動投退功能，所以在控制措施設(shè)計、保護系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備配置設(shè)計當(dāng)中，需要要保證每個換流單元都能得到有效的控制和保護，同時在設(shè)備當(dāng)中其功能應(yīng)保持相對獨立，在能夠?qū)崿F(xiàn)正常運行的基礎(chǔ)上，能夠滿足技術(shù)性要求與功能要求，同時還要為設(shè)備的運行操控、設(shè)備維護提供便捷。但是因為特高壓直流換流站的特殊性，導(dǎo)致相對應(yīng)的特高壓直流控制保護系統(tǒng)的特殊性，其功能相對于常規(guī)的直流換流站也有很大的不同。特高壓直流控制保護系統(tǒng)能夠預(yù)防很多特高壓直流出現(xiàn)問題時引發(fā)的事故，能夠促進特高壓直流系統(tǒng)合理穩(wěn)定地運行。

三、直流控制系統(tǒng)的功能配置

在特高壓直流控制系統(tǒng)當(dāng)中，采取的控制方式為雙極控制、極控制和換流單元控制，控制之間存在串聯(lián)關(guān)系，同時在雙極控制、極控制之間，極控制、換流器控制之間具備特定控制網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的交互。

1、雙極控制層

雙極控制層能夠控制兩極之間電流的平衡，能夠?qū)蓸O之間的功率大小進行控制，還能夠?qū)崿F(xiàn)兩極之間功率的轉(zhuǎn)移，能夠?qū)蓸O之間串聯(lián)或者是閉合進行控制。這些功能能夠?qū)崿F(xiàn)對正在運行的設(shè)備進行有效的控制，能夠在命令下發(fā)時及時做出反應(yīng)，對突發(fā)事件也能夠及時做出調(diào)整。

2、極控制層

極控制層能夠?qū)崿F(xiàn)對極的開啟和停止的控制，也能夠像雙極控制層一樣對兩極之間的功率大小進行控制以及對兩極之間串聯(lián)或者是閉合進行控制，能夠?qū)O的順序進行控制，能夠控制分接頭，使之能夠合理而迅速地運行。另外，當(dāng)故障發(fā)生時，還能夠?qū)收线M行及時的處理，控制專門處理故障的設(shè)備，減少故障引發(fā)的損失。極控制層還能對極與極之間的站內(nèi)通信與極間通信進行控制，以便信息及時的傳遞。

3、換流單元控制層

在換流單元控制當(dāng)中，可以進行換流單元閥組的開關(guān)，同時也能滿足對換流單元閥組開啟與關(guān)閉需求，進行換流單元閥組投入操作與退出操作，能夠?qū)Q流單元順序進行靈活把握，實現(xiàn)聯(lián)鎖控制，還能對閥組是否超過負荷進行實時的監(jiān)控。

四、特高壓直流保護功能配置

1、換流器保護

換流器主要是在設(shè)備發(fā)生故障時對設(shè)備進行及時的保護。主要方法有電動差動保護、過流保護以及換流器觸發(fā)保護等。為保護特高壓直流系統(tǒng)的安全，換流器會在設(shè)備出現(xiàn)一些故障時，及時保護閥短路，以免故障造成的過應(yīng)力對設(shè)備造成影響。在故障發(fā)生后，換流器可以實現(xiàn)交流電網(wǎng)擾動情況測定與異?，F(xiàn)象的檢測功能，同時還會檢測換流器保護情況，對接地故障進行判斷，從而保證直流系統(tǒng)設(shè)備安全性。同時，使用換流器還能夠?qū)崿F(xiàn)故障當(dāng)中的內(nèi)部保護，防止造成換流設(shè)備遭受電流損壞。換流器還會對觸發(fā)異常進行及時的檢測和排除，以保證設(shè)備的正常運行。

2、換流變保護

換流變的保護設(shè)置可以實現(xiàn)換流變壓器設(shè)備的保護。實現(xiàn)換流變保護的主要方式為，通過實現(xiàn)對換流變差保護、過流保護和變壓器保護，繼而實現(xiàn)對換流變的有效保護。換流變差動的保護方式為防止換流變壓器發(fā)生繞組問題，使設(shè)在故障出現(xiàn)時也不會發(fā)生損壞。過流保護主要能夠?qū)崿F(xiàn)對電流的保護，檢測換流變壓器當(dāng)中電流，保護換流器換流變區(qū)域內(nèi)的故障。換流變壓器不平衡保護主要是對換流變飽和保護，保護的目的是防止直流電進入換流變壓器引起換流變壓器飽和而導(dǎo)致的問題。

3、直流線路故障保護系統(tǒng)

當(dāng)直流線路出現(xiàn)故障時，極易觸發(fā)接地故障，將會對換流站造成很大的事故以及損失，所以，直流線路故障保護系統(tǒng)的重要性很大。直流線路故障保護系統(tǒng)主要分為直流線路行波保護、微分欠壓保護以及直流線路縱差保護。

4、直流濾波器保護

使用直流濾波器設(shè)備可以實現(xiàn)直流濾波電抗器過載保護功能，在直流濾波電容器不平衡狀態(tài)下進行游有效保護，同時實現(xiàn)直流濾波器差保護。直流濾波器的基本功能是避免電容單元發(fā)生故障，同時對保護范圍內(nèi)的接地故障進行分析。

結(jié)語：綜上所述，對于特高壓直流輸出工程來說，控制保護系統(tǒng)對于特高壓換流站的正常運行具有重要作用。我國特高壓直流換流站發(fā)展迅速，但是還面臨著一些問題，所以增強特高壓直流控制保護系統(tǒng)是最重要的環(huán)節(jié)。直流輸電控制系統(tǒng)與直流輸電保護系統(tǒng)有密切的聯(lián)系，只有將直流輸電保護系統(tǒng)與控制系統(tǒng)結(jié)合起來才能有效地排除故障，保證換流站的設(shè)備正常運行。與此同時，還應(yīng)該加強科技的投入，完善特高壓直流控制保護系統(tǒng)，使之不斷與時俱進，促進特高壓直流輸電工程的發(fā)展。

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