第14章 直流系統(tǒng)過電壓-2014課件

1、高電壓工程基礎高電壓工程基礎高電壓工程基礎高電壓工程基礎（第二版）施圍 邱毓昌 張喬根（西安交通大學）編著劉青（西安科技大學）制作1高電壓工程基礎高電壓工程基礎第第14章章 直流系統(tǒng)過電壓直流系統(tǒng)過電壓 14.1 來自換流站交流側的過電壓來自換流站交流側的過電壓 14.2 來自換流站直流側的過電壓來自換流站直流側的過電壓 14.3 陡波過電壓陡波過電壓 14.4 換流站的過電壓防護換流站的過電壓防護高電壓工程基礎2高電壓工程基礎高電壓工程基礎高電壓工程基礎 依據(jù)過電壓的來源換流站交流側過電壓依據(jù)過電壓的來源換流站交流側過電壓, ,直流側過電壓直流側過電壓 依據(jù)過電壓的特點依據(jù)過電壓的特點: :

2、暫時過電壓、操作過電壓和雷電過電壓暫時過電壓、操作過電壓和雷電過電壓直流系統(tǒng)的電壓、電流、功率都可以通過調整整流站和逆變站換流直流系統(tǒng)的電壓、電流、功率都可以通過調整整流站和逆變站換流閥的觸發(fā)角和關斷角來進行調節(jié)和控制。因此直流系統(tǒng)對故障的響閥的觸發(fā)角和關斷角來進行調節(jié)和控制。因此直流系統(tǒng)對故障的響應要比交流系統(tǒng)來的快，通過直流系統(tǒng)自身的調控對過電壓有很好應要比交流系統(tǒng)來的快，通過直流系統(tǒng)自身的調控對過電壓有很好的抑制作用。故而直流系統(tǒng)的過電壓水平一般情況比交流系統(tǒng)的過的抑制作用。故而直流系統(tǒng)的過電壓水平一般情況比交流系統(tǒng)的過電壓水平要低。電壓水平要低。3高電壓工程基礎高電壓工程基礎14.1

3、來自換流站交流側的過電壓來自換流站交流側的過電壓高電壓工程基礎4高電壓工程基礎高電壓工程基礎14.1.1 暫時過電壓暫時過電壓高電壓工程基礎 最典型的暫時過電壓發(fā)生在換流站交流母線，直接影響著交流母線避雷器，并通過換流變壓器傳至閥側，影響閥避雷器。 在換流站交流母線上產(chǎn)生的暫時過電壓主要有以下三種類型： 甩負荷過電壓、 變壓器投入時引起的飽和過電壓 清除故障引起的飽和過電壓5高電壓工程基礎高電壓工程基礎高電壓工程基礎14.1.2 操作過電壓操作過電壓 交流母線操作過電壓是由于交流側操作和故障引起的，交流母線操作過電壓是由于交流側操作和故障引起的，有較大幅值的操作過電壓一般只維持半個周波。有較大

4、幅值的操作過電壓一般只維持半個周波。 除影響交流母線設備絕緣水平和交流側避雷器能量外，除影響交流母線設備絕緣水平和交流側避雷器能量外，還可以通過換流變壓器傳導至換流閥側，而成為閥內(nèi)還可以通過換流變壓器傳導至換流閥側，而成為閥內(nèi)故障的初始條件。故障的初始條件。 引起操作過電壓的操作和故障有引起操作過電壓的操作和故障有線路合閘和重合閘、線路合閘和重合閘、投切交流濾波器或并聯(lián)電容器、對地故障以及清除故投切交流濾波器或并聯(lián)電容器、對地故障以及清除故障障而引起的。其基本特征與交流系統(tǒng)類似。而引起的。其基本特征與交流系統(tǒng)類似。6高電壓工程基礎高電壓工程基礎14.1.3 雷擊過電壓雷擊過電壓高電壓工程基礎

5、換流站交流側母線產(chǎn)生雷電過電壓的原因有交流線路換流站交流側母線產(chǎn)生雷電過電壓的原因有交流線路侵入波和換流站直擊雷兩類。侵入波和換流站直擊雷兩類。 雷電過電壓的情況一般沒有常規(guī)變電所嚴重。雷電過電壓的情況一般沒有常規(guī)變電所嚴重。 由于換流變壓器的屏蔽作用，雷電波不能侵入換流閥由于換流變壓器的屏蔽作用，雷電波不能侵入換流閥側，故通常情況下雷電過電壓不作為換流站交流過電側，故通常情況下雷電過電壓不作為換流站交流過電壓研究和絕緣配合的重點。壓研究和絕緣配合的重點。7高電壓工程基礎高電壓工程基礎高電壓工程基礎14.2 來自換流站直流側的過電壓來自換流站直流側的過電壓14.1.1 暫時過電壓暫時過電壓(1

6、) (1) 交流側傳遞暫時過電壓交流側傳遞暫時過電壓 當換流器運行時，因各種原因在換流站交流母線上產(chǎn)生的暫時當換流器運行時，因各種原因在換流站交流母線上產(chǎn)生的暫時過電壓能夠傳導至直流側，將主要引起閥避雷器通過較大的能量。過電壓能夠傳導至直流側，將主要引起閥避雷器通過較大的能量。(2) (2) 換流器故障換流器故障 換流器故障能夠引起交流基波電壓侵入直流側。如果直流側主換流器故障能夠引起交流基波電壓侵入直流側。如果直流側主參數(shù)配置不當，存在工頻附近的諧振頻率，則由于諧振的放大作參數(shù)配置不當，存在工頻附近的諧振頻率，則由于諧振的放大作用，將在直流側引起較長期的過電壓。用，將在直流側引起較長期的過電

7、壓。8高電壓工程基礎高電壓工程基礎高電壓工程基礎800kV直流系統(tǒng)為例，雙極全壓運行方式下逆變站交流側在不同相位（故障起始時刻分別取0.40.405，間隔0.01ms）失去交流電流后各設備節(jié)點的過電壓直流母線電壓波形直流母線電壓波形直流母線電流波形直流母線電流波形交流母線電壓波形交流母線電壓波形9高電壓工程基礎高電壓工程基礎14.2.2 操作過電壓操作過電壓(1) (1) 交流側傳遞操作過電壓交流側傳遞操作過電壓 交流側操作過電壓可以通過換流變壓器傳導到換流器。由于交交流側操作過電壓可以通過換流變壓器傳導到換流器。由于交流母線避雷器的保護作用，傳導到直流側的過電壓通常不對直流流母線避雷器的保護

8、作用，傳導到直流側的過電壓通常不對直流設備產(chǎn)生過大的應力。設備產(chǎn)生過大的應力。(2) (2) 短路故障短路故障 換流器內(nèi)部發(fā)生短路故障時，由于直流濾波電容器的放電和交換流器內(nèi)部發(fā)生短路故障時，由于直流濾波電容器的放電和交流電流的涌入，通常會在換流器本身和直流中性點等設備上產(chǎn)生流電流的涌入，通常會在換流器本身和直流中性點等設備上產(chǎn)生操作過電壓。操作過電壓。10高電壓工程基礎高電壓工程基礎當n2時n相電路的對稱分量法分解為零序、正序兩個系統(tǒng)，其中零序系統(tǒng)包含大地返回線，主要為地模；正序系統(tǒng)為不包括大地返回線的對稱的系統(tǒng)，主要為線模極線接地極線接地11高電壓工程基礎高電壓工程基礎零序電壓um0和正序

9、電壓um1gmmmdcmmRZZZUu210010gmmmdcmmRZZZUu210111800kV直流系統(tǒng)中點故障時，健全極線20%、50%和90%處的電壓波形極線接地極線接地12高電壓工程基礎高電壓工程基礎閥頂接地閥頂接地整流站換流器頂端短時接地20ms時整流站直流母線電壓波形與電流波形 換流器頂端發(fā)生接地時，故障點流換流器頂端發(fā)生接地時，故障點流過較大的電流。接地故障瞬間恢復過較大的電流。接地故障瞬間恢復后，若沒有裝設避雷器，各個設備后，若沒有裝設避雷器，各個設備上將產(chǎn)生很高的過電壓。上將產(chǎn)生很高的過電壓。 接地故障時間越短，系統(tǒng)中未釋放接地故障時間越短，系統(tǒng)中未釋放的能量越多，引起的過

10、電壓幅值也的能量越多，引起的過電壓幅值也越高。越高。 故障發(fā)生在整流站時，引起的過電故障發(fā)生在整流站時，引起的過電壓更為嚴重，壓更為嚴重，13高電壓工程基礎高電壓工程基礎(3) (3) 開路故障開路故障系統(tǒng)在雙極全壓運行方式下未加裝避雷器時整流側和逆變側中性母系統(tǒng)在雙極全壓運行方式下未加裝避雷器時整流側和逆變側中性母線開路故障后同樣會引起過電壓。線開路故障后同樣會引起過電壓。14高電壓工程基礎高電壓工程基礎14.2.3 雷電過電壓雷電過電壓雷擊過電壓主要有雷直擊桿塔或避雷線造雷擊過電壓主要有雷直擊桿塔或避雷線造成的反擊個避雷線屏蔽失效造成的繞擊形成的反擊個避雷線屏蔽失效造成的繞擊形成的過電壓。

11、然而反擊跳閘率與繞擊跳閘成的過電壓。然而反擊跳閘率與繞擊跳閘率與交流系統(tǒng)相比有以下特點：率與交流系統(tǒng)相比有以下特點： 反擊造成絕緣子串閃絡時一般需要考反擊造成絕緣子串閃絡時一般需要考慮極線的工作電壓；慮極線的工作電壓； 正極線的繞擊跳閘率遠高于負極線的正極線的繞擊跳閘率遠高于負極線的繞擊跳閘率。繞擊跳閘率。耐張塔J1跳線400013496420021001500010900110001100010900直線塔Z190930011000300034005003400490011300600090930011000跳線導線導線119001140020001400014000480005700015

12、高電壓工程基礎高電壓工程基礎由于換流變壓器及平波電抗器由于換流變壓器及平波電抗器的屏蔽作用，因此在一般設計的屏蔽作用，因此在一般設計中可不考慮雷擊引起的過電壓。中可不考慮雷擊引起的過電壓。但當換流器內(nèi)部發(fā)生短路故障但當換流器內(nèi)部發(fā)生短路故障時，充電的極電容和直流濾波時，充電的極電容和直流濾波器電容通過平波電抗器向未短器電容通過平波電抗器向未短接的部分放電，如果回路自然接的部分放電，如果回路自然頻率為雷電波頻率，則會在這頻率為雷電波頻率，則會在這些設備上將產(chǎn)生雷電過電壓。些設備上將產(chǎn)生雷電過電壓。雷電波入侵的時候在直流極線、平波雷電波入侵的時候在直流極線、平波電抗以及閥頂產(chǎn)生的過電壓波形電抗以及

13、閥頂產(chǎn)生的過電壓波形16高電壓工程基礎高電壓工程基礎14.3 陡波過電壓陡波過電壓以下兩種原因會在換流器中產(chǎn)生陡波過電壓：以下兩種原因會在換流器中產(chǎn)生陡波過電壓：對地短路對地短路(2) (2) 部分換流器中換流閥全部導通或誤投旁通部分換流器中換流閥全部導通或誤投旁通17高電壓工程基礎高電壓工程基礎14.4 換流站的過電壓防護換流站的過電壓防護14.4.1 換流站直流線路的防護換流站直流線路的防護采用直流母線避雷器采用直流母線避雷器(DB) (DB) 直流線路避雷器直流線路避雷器(DL)(DL)用于保護與直流極用于保護與直流極線相連接的直流開關場的設備免受過電壓的損壞。由于距離效應，線相連接的直

14、流開關場的設備免受過電壓的損壞。由于距離效應，通常要安裝多只避雷器。線路入口處的避雷器稱為直流線路避雷器。通常要安裝多只避雷器。線路入口處的避雷器稱為直流線路避雷器。換流站直流側，包括晶閘管換流閥、換流變壓器閥側繞組、平波電換流站直流側，包括晶閘管換流閥、換流變壓器閥側繞組、平波電抗器、直流濾波器和中性母線?？蛊鳌⒅绷鳛V波器和中性母線。對于換流站直流側，避雷器按其安裝位置和持續(xù)運行電壓的不同劃對于換流站直流側，避雷器按其安裝位置和持續(xù)運行電壓的不同劃分為四組分為四組14.4.2 換流站直流側的防護換流站直流側的防護18高電壓工程基礎高電壓工程基礎1) 1) 跨接在閥兩端和跨接在跨接在閥兩端和跨

15、接在6 6（或（或1212）脈動換流器兩端或跨）脈動換流器兩端或跨接在換流器的高壓直流母線到接在換流器的高壓直流母線到換流站接地網(wǎng)之間的避雷器換流站接地網(wǎng)之間的避雷器(V(V、B B、C C、CBCB和和M)M)；2) 2) 在直流母線與換流站接地網(wǎng)在直流母線與換流站接地網(wǎng)之間連接的避雷器之間連接的避雷器(DB)(DB)；3) 3) 中性線避雷器中性線避雷器(E(E和和DR)DR)；4) 4) 跨接直流濾波器的一部分，跨接直流濾波器的一部分，但要承受顯著持續(xù)運行電壓的但要承受顯著持續(xù)運行電壓的避雷器避雷器(FD)(FD)。一般換流站一般換流站19高電壓工程基礎高電壓工程基礎背靠背背靠背對于背靠

16、背高壓直流換流站，對于背靠背高壓直流換流站，直流側通常只需要閥避雷器直流側通常只需要閥避雷器(V)(V)，但有時還需配備換流器避雷器但有時還需配備換流器避雷器(C)(C)或換流橋避雷器或換流橋避雷器(B)(B)20高電壓工程基礎高電壓工程基礎（1) 1) 晶閘管換流閥保護晶閘管換流閥保護閥避雷器（閥避雷器（V V）用于限制晶閘管閥上出現(xiàn)的過高的過電壓。閥避雷器和）用于限制晶閘管閥上出現(xiàn)的過高的過電壓。閥避雷器和晶閘管正向保護觸發(fā)構成閥的過電壓保護。晶閘管正向保護觸發(fā)構成閥的過電壓保護。（2) 2) 換流器保護換流器保護直流中點母線避雷器直流中點母線避雷器(M)(M)用于保護用于保護1212脈動

17、換流器下部脈動換流器下部6 6脈動換流器免受脈動換流器免受高幅值過電壓的損壞。閥避雷器和直流中點母線避雷器一起決定上部高幅值過電壓的損壞。閥避雷器和直流中點母線避雷器一起決定上部6 6脈動換流器所對應的換流變壓器閥側繞組所需的對地絕緣水平，該點脈動換流器所對應的換流變壓器閥側繞組所需的對地絕緣水平，該點的保護水平為這兩種避雷器保護水平之和。的保護水平為這兩種避雷器保護水平之和。21高電壓工程基礎高電壓工程基礎（3) 3) 換流橋保護換流橋保護換流橋避雷器換流橋避雷器(B)(B)用于保護所跨接的用于保護所跨接的6 6脈動換流器免受高幅值過電壓的損脈動換流器免受高幅值過電壓的損壞。壞。（4) 4)

18、 平波電抗器換流器側設備保護平波電抗器換流器側設備保護換流器直流母線避雷器換流器直流母線避雷器(CB)(CB)用于保護平波電抗器換流器側高壓直流極線用于保護平波電抗器換流器側高壓直流極線上連接的設備免受高幅值過電壓的損壞。上連接的設備免受高幅值過電壓的損壞。（5) 5) 閥廳換流器保護閥廳換流器保護換流器避雷器（換流器避雷器（C C）用于限制侵入到閥廳的雷電過電壓幅值。對于較低）用于限制侵入到閥廳的雷電過電壓幅值。對于較低電壓的換流器，或沒有雷電侵入閥廳的危險，可不安裝該避雷器。電壓的換流器，或沒有雷電侵入閥廳的危險，可不安裝該避雷器。22高電壓工程基礎高電壓工程基礎（6)6)中性母線避雷器中性母線避雷器(E)(E)用于保護中性母線和與它連接的設備免受過電壓的損壞。當雙極對稱運用于保護中性母線和與它連接的設備免受過電壓的損壞。當雙極對稱運行時，中性母線的運行電壓接近于零。但在單極或單極金屬回線方式下，行時，中性母線的運行電壓接近于零。但在單極或單極金屬回線方式下，需要考慮其運行電壓。需要考慮其運行電壓。（7) 7) 與直流極線相連接的直流開關場設備的保護與直流極線相連接的直流開關場設備的保護與直流極線相連接的直流開關場設備的保護采用直流母線避雷器與直流極線相連接的直流開關場設備的保護采用直流母線避雷器(DB) (DB) 直直流線路避雷器流線