一種高壓輸電換流站過壓保護裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓直流輸電系統(tǒng)中的過電壓保護的技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是一種高壓輸電換流站過電壓保護裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國的高壓直流輸電系統(tǒng)主要擔負著遠距離、大容量輸電和區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的重要任務(wù)。直流輸電系統(tǒng)在遭受雷擊、操作、故障或其他原因而產(chǎn)生的過電壓后一旦發(fā)生設(shè)備絕緣擊穿事故引起直流系統(tǒng)停運，就有可能造成負荷中心失去大容量的電力供應(yīng)，進而危及大區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，后果將十分嚴重，特別是對于像我國南方電網(wǎng)這樣大規(guī)模交直流混聯(lián)系統(tǒng)的破壞將是難以想象的。近年來，隨著國內(nèi)直流輸電系統(tǒng)的迅速發(fā)展，投入運行的輸電線路回數(shù)、長度和換流站數(shù)量急劇增加，由于直流線路過電壓引起的事故的可能性也越來越高。，對直流輸電系統(tǒng)的過電壓進行研宄是確定系統(tǒng)絕緣配合的基礎(chǔ)和依據(jù)，對建設(shè)中或已投入實際運行的高壓直流輸電系統(tǒng)進行過電壓特性研宄及對其絕緣水平的驗證，對于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行以及降低系統(tǒng)建設(shè)、維護費用都具有重要意義，特別是對加快我國直流輸電系統(tǒng)過電壓保護設(shè)備國產(chǎn)化，提高國產(chǎn)設(shè)備的可靠性而言具有不可替代的重要意義。
[0003]當單極導(dǎo)線接地時，會在健全極上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。此時，在直流線路上產(chǎn)生“進行波”，這些“進行波”在線路故障點及兩端之間折反射，會造成相當高的過電壓。如果線路連接部分性質(zhì)不一樣，所造成的過電壓也不一樣。當線路端接感性阻抗時，線路中間(故障點附近)造成的過電壓較低，但在線路的兩端卻會出現(xiàn)較高的過電壓；反之，若線路端接容性阻抗時，線路故障點附近的過電壓較高，而兩端的過電壓卻很低.根據(jù)已有的直流輸電系統(tǒng)的研宄結(jié)果表明:雙極架空線路，當單極導(dǎo)線接地時，直流健全極上的操作過電壓約為
1.7 倍。
[0004]換流站內(nèi)直流側(cè)出現(xiàn)過電壓的通常有交流側(cè)操作過電壓通過換流變壓器傳導(dǎo)到換流器上:換流變壓器閥側(cè)出口至換流閥之間對地短路，由于直流濾波電容器的放電和交流電流的涌入，在換流器和直流中性母線上產(chǎn)生操作過電壓；直流線路的操作過電壓；雙極運行時，發(fā)生單極導(dǎo)線接地，會在健全極上產(chǎn)生操作過電壓；直流全電壓啟動時，由于換流器的投切動作，在直流輸電線路上產(chǎn)生的操作過電壓等等.而在進行換流器的投切時，換流閥兩端會承受較大的操作過電壓，而換流閥通常采用晶閘管裝置，其電壓耐受等級有限，因而會經(jīng)常發(fā)生過電壓損壞換流器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種高壓輸電換流站過壓保護裝置，其通過在交流側(cè)串聯(lián)保護電路以及在晶閘管閥組處并聯(lián)保護電路來抑制輸電線路中過電壓帶來的危害。
[0006]換流閥又稱晶閘管閥(Thynstor Valve)，是直流輸電的核心設(shè)備，是一種基于晶閘管串聯(lián)技術(shù)用于電能形式轉(zhuǎn)換的電力裝備。現(xiàn)代大規(guī)模高壓直流輸電工程都是利用晶閘管作為主要的部件構(gòu)成6脈或12脈橋式換流器，其中每個換流器橋臂一般由幾十甚至幾百個晶閘管串聯(lián)組成，即晶閘管閥。
[0007]金屬氧化物限壓器通常能承受正常及過負荷運行條件下電壓的作用；能承受通過搖擺電流的作用；能將兩端的過電壓限制在一定水平之下；金屬氧化物限壓器應(yīng)有足夠容量以承受系統(tǒng)故障過程注入的能量與電流的作用
高壓直流輸電線路主要由三部分組成，分別是:將交流轉(zhuǎn)換為直流的整流器所在的送端換流站、輸電線路以及將直流轉(zhuǎn)換為交流的逆變器所在的受端換流站。
[0008]其中交流到中間直流母線的送端換流站具有交流供電系統(tǒng)、交流側(cè)串聯(lián)保護裝置，換流變壓器，換流閥以及換流閥組保護裝置。
[0009]交流側(cè)串聯(lián)保護裝置具有串聯(lián)電容器、金屬氧化物限壓器、火花間隙以及旁路開關(guān)構(gòu)成，電容器、金屬氧化物限壓器、火花間隙以及旁路開關(guān)之間兩兩并聯(lián)連接，旁路開關(guān)可選擇如斷路器、過電流保護器等具有自動關(guān)斷功能的器件。
[0010]在正常工作時，閉合旁路開關(guān)，即斷路器閉合，交流電流通過旁路開關(guān)進行流通，并通過換流變壓器、換流閥進行電能的變換傳輸，當輸電線路出現(xiàn)了較大的電流，如雷擊產(chǎn)生的感應(yīng)電流或線路中元件故障導(dǎo)致的短路等引起的過載電流，此時，旁路開關(guān)，如斷路器，響應(yīng)于該過載電流自動斷開，此時，電容器與金屬氧化物限壓器以及火花間隙接入電路中，電路中的電壓加載在電容兩端，當此時加載在電容兩端的電壓較低，即未達到金屬氧化物限壓器的導(dǎo)通電壓時，電流通過電容器進行正常供電，提供給換流變壓器及換流閥。
[0011]當加載在電容兩端的電壓達到一定閾值時，如額定電壓的1.8倍，此時，金屬氧化物限壓器達到導(dǎo)通電壓從而導(dǎo)通，并基于其工作特性進行大電流放電，從而消除電路中的過電壓，當電壓下降到低于金屬氧化物限壓器的導(dǎo)通電壓值時，金屬氧化物限壓器不導(dǎo)通，表現(xiàn)為斷開，此時，電容器正常工作，承載電路的電能傳輸，當再次引來過壓時，依照上述流程再次進行工作。
[0012]當輸電線路中出現(xiàn)了更大的過電壓，如額定電壓的5倍或以上時，且持續(xù)時間較長時，由于金屬氧化物限壓器的耐壓等級的限制，其不一定能夠承受該電壓或大電流放電的速度無法消除該過電壓時，與電容器及金屬氧化物限壓器并聯(lián)連接的火花間隙導(dǎo)通，從而進行快速放電，從而消除該過電壓。
[0013]當電壓等級下降到一定值時，如5倍額定電壓以下時，火花間隙不導(dǎo)通，金屬氧化物限壓器導(dǎo)通進行大電流放電，當電壓下降到低于金屬氧化物限壓器的導(dǎo)通電壓值時，金屬氧化物限壓器不導(dǎo)通，表現(xiàn)為斷開，此時，電容器正常工作，承載電路的電能傳輸，當再次引來過壓時，依照上述流程再次進行工作，從而對交流側(cè)實現(xiàn)串聯(lián)保護。
[0014]旁路開關(guān)的限流值以及電容器的容量、金屬氧化物限流器的導(dǎo)通電壓、耐壓等級、火花間隙的導(dǎo)通電壓、間隙等進行相應(yīng)設(shè)置，例如，在1.0-1.2倍額定電壓時，保護裝置不動作，在1.2-1.8倍額定電壓時，由旁路開關(guān)斷開，在1.8倍-5倍額定電壓值時，由金屬氧化物限壓器進行大電流放電消除過電壓，當5倍過電壓以上或過電壓持續(xù)一定時間時，由火花間隙進行放電。
[0015]換流閥組保護裝置由金屬氧化物限壓器與火花間隙串聯(lián)連接，同時，金屬氧化物限壓器與火花間隙串聯(lián)連接后與晶閘管并聯(lián)連接。
[0016]在正常工作時，由晶閘管閥組進行電能的變換，由于金屬氧化物限壓器與火花間隙串聯(lián)，因此表現(xiàn)出該與晶閘管并聯(lián)的保護電路不導(dǎo)通，且泄漏電流較小。
[0017]當發(fā)生直流側(cè)短路或雷擊、接地等故障時，直流側(cè)電壓超過額定值，晶閘管兩端電壓升高，當達到電壓閾值時，火花間隙導(dǎo)通，此時晶閘管兩端電壓加載在金屬氧化物限壓器的兩端，且金屬氧化物限壓器進入拐點，并進行大電流放電，從而吸收回路能量，此時，最大放電電流由火花間隙限制，從而能夠進行電流的快速泄放。
[0018]同時，基于金屬氧化物限壓器與火花間隙的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得避免直流的兩根母線之間進行放電，即在金屬氧化物限壓器在電壓下降到一定程度時，表現(xiàn)出一定的阻抗值，從而使得放電電壓能夠平穩(wěn)變化。
[0019]同時，通過金屬氧化物限壓器消耗部分回路能量，提高該并聯(lián)結(jié)構(gòu)的耐壓等級，在進行放電后，直流電壓下降，金屬氧化物限壓器兩端電壓回到殘壓，火花間隙停止放電，此時吸能結(jié)束，恢復(fù)正常運行。
[0020]在進行換流閥組的吸能保護時，根據(jù)對晶閘管的耐壓等級、金屬氧化物限壓器與火花間隙進行相應(yīng)設(shè)置，例如，金屬氧化物限壓器與火花間隙的保護電壓均可設(shè)置在1.5倍額定電壓，即可通過金屬限壓器與火花間隙串聯(lián)承載晶閘管兩端的電壓變化，防止誤動作，同時，在過壓來到時，兩者能夠同時工作，對過壓能量進行快速吸收。
[0021]通過對于交流側(cè)串聯(lián)保護裝置的設(shè)置以及換流閥組保護裝置的設(shè)置，來對換流站前后級的輸電線路中故障產(chǎn)生的能量進行快速吸收，保護輸電線路的正常運行，實現(xiàn)故障穿越。
【附圖說明】
[0022]圖1是高壓直流輸電線路結(jié)構(gòu)圖圖2是高壓直流送電站結(jié)構(gòu)圖
圖3是交流側(cè)串聯(lián)保護裝置結(jié)構(gòu)圖圖4是換流閥保護裝置結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0023]一種高壓輸電換流站過壓保護裝置，其通過在交流側(cè)串聯(lián)保護電路以及在晶閘管閥組處并聯(lián)保護電路來抑制輸電線路中過電壓帶來的危害。
[0024]換流閥又稱晶閘管閥(Thynstor Valve)，是直流輸電的核心設(shè)備，是一種基于晶閘管串聯(lián)技術(shù)用于電能形式轉(zhuǎn)換的電力裝備。現(xiàn)代大規(guī)模高壓直流輸電工程都是利用晶閘管作為主要的部件構(gòu)成6脈或12脈橋式換流器，其中每個換流器橋臂一般由幾十甚至幾百個晶閘管串聯(lián)組成，即晶閘管閥。
[0025]金屬氧化物限壓器通常能承受正常及過負荷運行條件下電壓的作用；能承受通過搖擺電流的作用；能將兩端的過電壓限制在一定水平之下；金屬氧化物限壓器應(yīng)有足夠容量以承受系統(tǒng)故障過程注入的能量與電流的作用
如圖1所示，高壓直流輸電線路主要由三部分組成，分別是:將交流轉(zhuǎn)換為直流的整流器、輸電線路以及將直流轉(zhuǎn)換為交流的逆變器。
[0026]如圖2所示，其中交流到中間直流母線的送端換流站具有交流供電系統(tǒng)、交流側(cè)串聯(lián)保護裝置A，換流