摘要：特高压直流换流站具有电力输送容量大、电压、电流等级高等特点，对于运行起来比较复杂的特高压直流换流站来说，经常会受到各种因素的影响，尤其是避雷器动作动作后影响相关保护动作可靠性，针对每个保护，分析和仿真计算得出扎鲁特换流站因区外故障导致避雷器动作风险，进而分析相关保护误动作可能性，提高特高压电网在电力系统稳定运行。
关键词：特高压；避雷器；仿真技术；故障；相关保护；动作分析
1 引言
近年来，特高压直流输电工程建设进度不断加快，同时对直流输电工程可靠性要求不断提升，对设备的稳定运行要求特别高。换流站作为直流输电工程中的关键环节和重要组成部分，是特高压大电网系统的核心平台。特高压扎-青直流输电工程扎鲁特换流站是东北及内蒙古地区首座换流站，本文对扎鲁特换流站建设过程中可能存在的区外故障导致避雷器故障引起差动保护误动作问题进行分析，并得出相应结论。
2 扎鲁特换流站避雷器配置方案
特高压直流输电工程扎鲁特换流站采用双十二脉动串联结构，避雷器配置方案如图1所示。
图1 特高压直流工程避雷器配置方案
相关母线对地避雷器动作相关故障的列表如下表所示。其中，13-17项为雷击，避雷器时间极短，不会引起差动保护动作。
表1 各类故障对应的避雷器动作情况
3 扎鲁特换流站直流保护误动作可能性分析
3.1 阀直流差动保护
阀组上下CT的电流差超过定值，保护动作。
判据及定值设置原则为|IdP1-IdNC1|>Δ或| IdP2-IdNC2|>Δ
Δ典型值为0.05pu，典型延时定值为5ms。
因此，阀直流差动保护的误动只有在ML或者MH动作的情况下出现。
表2 ML和MH避雷器动作对应故障
在相关故障发生时，ML和MH动作的电流均不大于100A，不会导致阀直流差动保护误动作。最严重的逆变侧开路，整流侧解锁时ML和MH避雷器动作曲线分别如图2所示。
图2 逆变侧闭锁整流侧解锁时CBL的仿真曲线
3.2 直流极母线差动保护
直流极母线差动保护是比较阀厅高压母线直流电流IdP和出线侧直流电流IdL，如果两电流的差值大于整定值，保护将跳闸。|IdP-IdL|>Δ，典型定值为Δ=0.5pu，T=10ms。
该区域内有DB1和DB2避雷器。DB1和DB2动作相关故障及动作情况如下表。
表3 DB1和DB2避雷器动作对应故障
通过仿真，仅逆变侧闭锁情况下，整流侧解锁，DB1和DB2避雷器才会动作，且动作电流极小，能量都小于0.44MJ。因此，区域故障时，直流极差动保护不会误动作。
下图为单极大地，逆变侧闭锁情况下，整流侧解锁时，DB2避雷器的动作情况。可见，电流极小。
图3 逆变侧闭锁时整流侧解锁DB2曲线
3.3 直流中性母线差动保护
直流中性母线差动保护用于检测直流中性母线的接地故障。直流中性母线差动保护的原理是比较12脉动换流器低压母线直流电流IdNC、冲击电容器电流ICN、直流滤波器电流IFILT和接地极线出线的直流电流IdNE，如果电流的差值大于整定值，保护将跳闸。即，|IdNC-ICN-IFILT-IdNE-IAN|>Δ，该保护的典型定值为，Δ=0.05-0.4pu，T=10-1000ms。
该区域内有CBN2和E避雷器。其中，CBN2避雷器配置了CT，可以将电流计入保护计算中。E避雷器仅在雷电情况下动作，动作时间极短，不会导致保护误动作。
3.4 阀组组连接线差动保护
阀组连接线差动保护用于检测高压/低压换流器连接母线区域的接地故障。保护的原理是比较高压换流器的低压测点电流、低压换流器的高压测点电流的差值。如果两电流的差值大于整定值，保护将跳闸。当有一个12脉动换流器退出运行时，闭锁本保护。该保护的典型定值为：
Idiff>150A，延时10s，报警；
Idiff>（0.07+0.2*ID/IDNOM）*IDNOM，延时300ms，跳闸。
Idiff>（0.4+0.2*ID/IDNOM）*IDNOM，延时5ms，跳闸。
该保护区域内有CBL2避雷器。CBL2避雷器动作相关故障如下：
表4 CBL2避雷器动作对应故障
通过仿真，仅逆变侧闭锁情况下，整流侧解锁，CBL2避雷器才会动作，且动作电流极小，能量都小于0.25MJ。因此，区域故障时，阀组连接线差动保护不会误动作。
下图为单极大地，逆变侧闭锁情况下，整流侧解锁时，CBL2避雷器的动作情况。可见，电流极小。
图4 逆变侧闭锁整流侧解锁时CBL的仿真曲线
3.5 直流极差动保护
直流极差动保护保护的原理是比较直流电流IdL和接地极线出线的直流电流IdNE，如果两电流的差值大于整定值，保护将跳闸，|IdL-IdNE|>Δ，该保护的典型定值：
-- Δ=0.03pu，延时3-6s，报警；
-- Δ=0.05pu+0.2IdL，延时300ms，跳闸；
-- Δ=0.4pu+0.2IdL，延时30ms，跳闸。
该区域内有DB1、DB2、ML、MH、CBN1、CBN2、E、CBL2等避雷器。
首先，DB1和DB2、ML、MH、CBL2、E、CBN1均不会导致该保护误动作。
关于CBN2避雷器，应该在保护中记及该电流。因此，也不会误动作。
3.6 双极中性线差动保护
双极中性线差动保护用于检测从中性母线到接地极线引线之间的故障。其保护原理是根据不同的运行方式，比较中性母线和接地极引线的直流电流，如果大于整定值，延时跳闸。Δ= IDNE1-IDNE2-（IDEL1+IDEL2+IDGND+IDME+IANE）；典型定值：
双极运行方式：
Δ>75A，tb1后报警；
Δ>100+0.1*（IDNE1-IDNE2），tb2后发极平衡指令；tb3后合NBGS；tb4后跳闸。
单极运行方式：
Δ>75A，tm1后报警；
Δ>100+0.1*（IDNE1-IDNE2），tm2后发功率下降指令；tm3后跳闸。
该区域内仅有EL避雷器，而EL避雷器的电流已经计及在该保护中，因此，该保护不会误动。
3.7 双极中性线差动保护
金属回线横差保护检测金属回线站内连线上的接地故障。该保护根据运行极中性极线电流IDNE1或IDNE2以及IDME来计算差流。典型定值：
Δ>0.03pu，T=4s，报警；
Δ>0.25pu，T=0.75s，跳闸；
该保护区域内有整流侧和逆变侧无避雷器。
因此，金属回线横差保护不会误动作。
3.8 金属回线纵差保护
金属回线纵差保护检测金属回线线路上的接地故障。根据两站的IDME来计算差流。Δ=IDME（本站）-IDME（对站）>Iref。典型定值：
60>Iref（0.1*IDME（本站））>150A，T=0.7s，报警；
60>Iref（0.3*IDME（本站））>150A，T=3s，功率下降并重启；T=3.5s，跳闸
直流单极金属回线运行方式下，EM避雷器的主要动作故障如下：
表5 EM避雷器动作对应故障
下图为直流线路故障时，EM避雷器动作典型的曲线。EM避雷器动作电流通常持续10ms左右。
图5 直流线路故障EM避雷器仿真曲线
从配合时间来讲（金属回线纵差保护的报警时间为数百ms，而EM避雷器的动作时间极短），区外的任何故障，首先是相关区内保护会先动作，比如阀短路保护，即使故障相关区内保护不动作，EM避雷器动作，金属回线纵差保护都不会误动作。因此，金属回线纵差保护动作时间为数百ms。
4 结论
特高压扎鲁特换流站不会因区外故障导致避雷器动作，进而导致相关差动保护误动作。因此特高压直流工程扎鲁特换流站的避雷器配置和保护设置是合理的。
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[8]郑晓冬、邰能灵，杨光亮，涂崎.特高压直流输电系统的建模与仿真[J].电力自动化设备，2012
作者简介：
姜广鑫（1983.2-），男（汉族），内蒙古呼伦贝尔市鄂温克自治旗伊敏河镇国网换流站，职称：工程师；研究方向：直流输电工程运维技术。邮箱：jgx8@126.com。联系方式：18947033086
乔小冬（1982.10-），男（汉族），内蒙古呼伦贝尔市鄂温克自治旗伊敏河镇国网换流站，职称：高级工程师；研究方向：直流输电工程控制保护技术。邮箱：qiaoxiaodong126@126.com。联系方式：13190992090
论文作者:姜广鑫,乔小冬
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：避雷器论文; 动作论文; 电流论文; 故障论文; 母线论文; 差动论文; 特高压论文; 《电力设备》2018年第34期论文;