直流分压器传变特性的行波保护定值整定方法

作者： 国自电气 时间：2024-11-12 09:28:03 阅读：23

1 直流分压器结构及其传变特性

针对2 种不同结构的直流分压器，首先，介绍其拓扑结构并建立等效电路模型；其次，推导两种不同结构直流分压器的传递函数；最后，基于所推导出的传递函数，分析两种不同结构的直流分压器的频率响应特性及阶跃响应特性。

1. 1 直流分压器结构

直流分压器结构如图1 所示，其由直流分压器本体、平衡单元、二次分压板和电子隔离装置4个部分组成。800 kV 的直流线路电压在通过直流分压器本体后被降低至70V；平衡单元中装设了气体放电管，起到保护二次系统的作用；后续模块中，二次分压板将该70V 电压进一步降低至5V；该5V 电压信号在通过电子隔离装置后，送达特高压直流保护系统。

1.1 直流分压器传递函数

由于平衡单元在直流分压器中只起保护作用，而对直流分压器整体传变特性无影响，因此在本节中仅对直流分压器本体、二次分压板及电子隔离装置的传递函数进行推导。

1.2 直流分压器传变特性对行波保护性能的影响

为研究直流分压器传变特性对行波保护性能的影响，本章通过典型区内外故障及扰动的仿真，分析直流分压器传变特性对行波保护故障特征量的影响。结合行波保护判据和逻辑，研究直流分压器传变特性对行波保护输出结果的影响。

2. 1 行波保护原理

行波保护基本原理为：首先，通过构造不平衡电压方程，生成极波和地模波；其次，对极波和地模波进行差分计算，生成行波保护的故障特征量；最后，将生成的故障特征量与定值进行比较，构成极波判据和地模波判据；若判据满足行波保护的定值要求，则输出一个比较信号，该信号通过由延时、展宽等环节构成的行波保护逻辑后输出行波保护动作信号。

2. 2 直流分压器传变特性对行波保护的影响

参照向家坝—上海特高压直流工程参数，利用PSCAD/EMTDC 软件建立±800 kV 双极特高压直流输电系统及其行波保护的仿真模型。系统额定输送容量为6 400 MW，线路模型采用频变参数模型，线路总长度为1 935 km。行波保护相关定值如表（略）。

本节通过设置典型区内外故障及系统扰动，结合行波保护判据与逻辑，仿真分析直流分压器传变特性对行波保护的影响。由于本文研究重点是直流分压器对特高压直流输电系统保护性能的影响，因此，在进行仿真时不考虑电流互感器传变特性对行波保护性能的影响。

3. 1 保护整定原则

在对行波保护进行定值整定之前，应首先明确行波保护中各判据的功能，对于具有不同功能的判据，需采取不同的整定原则。

3. 2 影响因素分析及仿真条件制定

特高压直流输电系统存在额定运行与降压运行等不同工况，在不同工况下行波保护会自动切换定值大小。无论在何种工况下，对定值整定造成影响的因素均相同，且进行定值整定时所设定的仿真条件均类似。因此，本文以额定工况为例，进行影响因素分析及仿真条件制定。

1）考虑直流分压器传变特性对定值整定的影响。直流分压器传变特性通过影响行波保护故障特征量的传变，进而影响保护性能。因此，在进行定值整定时不可忽略直流分压器传变特性的影响。本文在制定仿真条件时，以传递函数的形式表征2 类直流分压器的传变特性，线路电压首先经过该传递函数再送入保护系统，以此衡量直流分压器传变特性对行波保护性能的影响，并针对不同类型的直流分压器，提出不同的行波保护定值。

2）考虑过渡电阻对定值整定的影响。过渡电阻越大，行波幅值越小。因此，为使行波保护定值具有一定抗过渡电阻能力，在进行区内故障仿真时重点考虑高阻故障，在进行区外故障仿真时重点考虑金属性接地故障。本文在设置过渡电阻时参考现场联调数据，区内仿真时设置过渡电阻为100 Ω，区外故障时设置金属性接地故障。

3）考虑故障位置对定值整定的影响。为提高所取定值的可靠性，区内故障仿真时考虑线路全长，并重点关注线路末端故障情况。

结语

本文分析了直流分压器传变特性对行波保护的影响，提出了计及直流分压器传变特性影响的行波保护定值整定方法，结论如下：1）不同直流分压器的传变特性有所不同。Ⅰ型分压器传递函数在高频段幅值会显著下降，且其阶跃响应无超调，响应时间较长。Ⅱ型分压器传递函数在高频段幅值先上升后下降，且其阶跃响应超调量大，响应时间远短于Ⅰ型分压器的响应时间。

2）直流分压器传变特性将对行波保护性能产生影响。当采用Ⅰ型分压器时，行波保护故障特征量幅值有所下降；当采用Ⅱ型分压器时，行波保护故障特征量幅值有所上升。

3）本文提出了计及直流分压器传变特性的行波保护定值整定方法。所提方法使行波保护能有效识别区内外故障，提高了行波保护的可靠性。本文仅针对直流分压器传变特性对行波保护及其定值整定的影响展开分析，特高压直流系统中其他涉及电压量的保护也受直流分压器传变特性的影响，后续可研究直流分压器传变特性对其他涉及电压量的保护的影响。