第14章 直流系統(tǒng)過(guò)電壓-2014課件

1、高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)（第二版）施圍 邱毓昌 張喬根（西安交通大學(xué)）編著劉青（西安科技大學(xué)）制作1高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)第第14章章 直流系統(tǒng)過(guò)電壓直流系統(tǒng)過(guò)電壓 14.1 來(lái)自換流站交流側(cè)的過(guò)電壓來(lái)自換流站交流側(cè)的過(guò)電壓 14.2 來(lái)自換流站直流側(cè)的過(guò)電壓來(lái)自換流站直流側(cè)的過(guò)電壓 14.3 陡波過(guò)電壓陡波過(guò)電壓 14.4 換流站的過(guò)電壓防護(hù)換流站的過(guò)電壓防護(hù)高電壓工程基礎(chǔ)2高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ) 依據(jù)過(guò)電壓的來(lái)源換流站交流側(cè)過(guò)電壓依據(jù)過(guò)電壓的來(lái)源換流站交流側(cè)過(guò)電壓, ,直流側(cè)過(guò)電壓直流側(cè)過(guò)電壓 依據(jù)過(guò)電壓的特點(diǎn)依據(jù)過(guò)電壓的特點(diǎn): :

2、暫時(shí)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓暫時(shí)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓直流系統(tǒng)的電壓、電流、功率都可以通過(guò)調(diào)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(guò)調(diào)整整流站和逆變站換流閥的觸發(fā)角和關(guān)斷角來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。因此直流系統(tǒng)對(duì)故障的響閥的觸發(fā)角和關(guān)斷角來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。因此直流系統(tǒng)對(duì)故障的響應(yīng)要比交流系統(tǒng)來(lái)的快，通過(guò)直流系統(tǒng)自身的調(diào)控對(duì)過(guò)電壓有很好應(yīng)要比交流系統(tǒng)來(lái)的快，通過(guò)直流系統(tǒng)自身的調(diào)控對(duì)過(guò)電壓有很好的抑制作用。故而直流系統(tǒng)的過(guò)電壓水平一般情況比交流系統(tǒng)的過(guò)的抑制作用。故而直流系統(tǒng)的過(guò)電壓水平一般情況比交流系統(tǒng)的過(guò)電壓水平要低。電壓水平要低。3高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)14.1

3、來(lái)自換流站交流側(cè)的過(guò)電壓來(lái)自換流站交流側(cè)的過(guò)電壓高電壓工程基礎(chǔ)4高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)14.1.1 暫時(shí)過(guò)電壓暫時(shí)過(guò)電壓高電壓工程基礎(chǔ) 最典型的暫時(shí)過(guò)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(guò)換流變壓器傳至閥側(cè)，影響閥避雷器。 在換流站交流母線上產(chǎn)生的暫時(shí)過(guò)電壓主要有以下三種類型： 甩負(fù)荷過(guò)電壓、 變壓器投入時(shí)引起的飽和過(guò)電壓 清除故障引起的飽和過(guò)電壓5高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)14.1.2 操作過(guò)電壓操作過(guò)電壓 交流母線操作過(guò)電壓是由于交流側(cè)操作和故障引起的，交流母線操作過(guò)電壓是由于交流側(cè)操作和故障引起的，有較大幅值的操作過(guò)電壓一般只維持半個(gè)周波。有較大

4、幅值的操作過(guò)電壓一般只維持半個(gè)周波。 除影響交流母線設(shè)備絕緣水平和交流側(cè)避雷器能量外，除影響交流母線設(shè)備絕緣水平和交流側(cè)避雷器能量外，還可以通過(guò)換流變壓器傳導(dǎo)至換流閥側(cè)，而成為閥內(nèi)還可以通過(guò)換流變壓器傳導(dǎo)至換流閥側(cè)，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(guò)電壓的操作和故障有引起操作過(guò)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(duì)地故障以及清除故投切交流濾波器或并聯(lián)電容器、對(duì)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(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)14.1.3 雷擊過(guò)電壓雷擊過(guò)電壓高電壓工程基礎(chǔ)

5、換流站交流側(cè)母線產(chǎn)生雷電過(guò)電壓的原因有交流線路換流站交流側(cè)母線產(chǎn)生雷電過(guò)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(guò)電壓的情況一般沒(méi)有常規(guī)變電所嚴(yán)重。雷電過(guò)電壓的情況一般沒(méi)有常規(guī)變電所嚴(yán)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(cè)，故通常情況下雷電過(guò)電壓不作為換流站交流過(guò)電側(cè)，故通常情況下雷電過(guò)電壓不作為換流站交流過(guò)電壓研究和絕緣配合的重點(diǎn)。壓研究和絕緣配合的重點(diǎn)。7高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)14.2 來(lái)自換流站直流側(cè)的過(guò)電壓來(lái)自換流站直流側(cè)的過(guò)電壓14.1.1 暫時(shí)過(guò)電壓暫時(shí)過(guò)電壓(1

6、) (1) 交流側(cè)傳遞暫時(shí)過(guò)電壓交流側(cè)傳遞暫時(shí)過(guò)電壓 當(dāng)換流器運(yùn)行時(shí)，因各種原因在換流站交流母線上產(chǎn)生的暫時(shí)當(dāng)換流器運(yùn)行時(shí)，因各種原因在換流站交流母線上產(chǎn)生的暫時(shí)過(guò)電壓能夠傳導(dǎo)至直流側(cè)，將主要引起閥避雷器通過(guò)較大的能量。過(guò)電壓能夠傳導(dǎo)至直流側(cè)，將主要引起閥避雷器通過(guò)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(cè)。如果直流側(cè)主換流器故障能夠引起交流基波電壓侵入直流側(cè)。如果直流側(cè)主參數(shù)配置不當(dāng)，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(dāng)，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(cè)引起較長(zhǎng)期的過(guò)電壓。用，將在直流側(cè)引起較長(zhǎng)期的過(guò)電

7、壓。8高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)800kV直流系統(tǒng)為例，雙極全壓運(yùn)行方式下逆變站交流側(cè)在不同相位（故障起始時(shí)刻分別取0.40.405，間隔0.01ms）失去交流電流后各設(shè)備節(jié)點(diǎn)的過(guò)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(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)14.2.2 操作過(guò)電壓操作過(guò)電壓(1) (1) 交流側(cè)傳遞操作過(guò)電壓交流側(cè)傳遞操作過(guò)電壓 交流側(cè)操作過(guò)電壓可以通過(guò)換流變壓器傳導(dǎo)到換流器。由于交交流側(cè)操作過(guò)電壓可以通過(guò)換流變壓器傳導(dǎo)到換流器。由于交流母線避雷器的保護(hù)作用，傳導(dǎo)到直流側(cè)的過(guò)電壓通常不對(duì)直流流母線避雷器的保護(hù)

8、作用，傳導(dǎo)到直流側(cè)的過(guò)電壓通常不對(duì)直流設(shè)備產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力。設(shè)備產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)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(shí)，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(shí)，由于直流濾波電容器的放電和交流電流的涌入，通常會(huì)在換流器本身和直流中性點(diǎn)等設(shè)備上產(chǎn)生流電流的涌入，通常會(huì)在換流器本身和直流中性點(diǎn)等設(shè)備上產(chǎn)生操作過(guò)電壓。操作過(guò)電壓。10高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)當(dāng)n2時(shí)n相電路的對(duì)稱分量法分解為零序、正序兩個(gè)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(duì)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(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)零序電壓um0和正序

9、電壓um1gmmmdcmmRZZZUu210010gmmmdcmmRZZZUu210111800kV直流系統(tǒng)中點(diǎn)故障時(shí)，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(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)閥頂接地閥頂接地整流站換流器頂端短時(shí)接地20ms時(shí)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(shí)，故障點(diǎn)流換流器頂端發(fā)生接地時(shí)，故障點(diǎn)流過(guò)較大的電流。接地故障瞬間恢復(fù)過(guò)較大的電流。接地故障瞬間恢復(fù)后，若沒(méi)有裝設(shè)避雷器，各個(gè)設(shè)備后，若沒(méi)有裝設(shè)避雷器，各個(gè)設(shè)備上將產(chǎn)生很高的過(guò)電壓。上將產(chǎn)生很高的過(guò)電壓。 接地故障時(shí)間越短，系統(tǒng)中未釋放接地故障時(shí)間越短，系統(tǒng)中未釋放的能量越多，引起的過(guò)

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

11、然而反擊跳閘率與繞擊跳閘成的過(guò)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(diǎn)：率與交流系統(tǒng)相比有以下特點(diǎn)： 反擊造成絕緣子串閃絡(luò)時(shí)一般需要考反擊造成絕緣子串閃絡(luò)時(shí)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(yuǎn)高于負(fù)極線的正極線的繞擊跳閘率遠(yuǎn)高于負(fù)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(dǎo)線導(dǎo)線119001140020001400014000480005700015

12、高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)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(shè)計(jì)的屏蔽作用，因此在一般設(shè)計(jì)中可不考慮雷擊引起的過(guò)電壓。中可不考慮雷擊引起的過(guò)電壓。但當(dāng)換流器內(nèi)部發(fā)生短路故障但當(dāng)換流器內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，充電的極電容和直流濾波時(shí)，充電的極電容和直流濾波器電容通過(guò)平波電抗器向未短器電容通過(guò)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(huì)在這頻率為雷電波頻率，則會(huì)在這些設(shè)備上將產(chǎn)生雷電過(guò)電壓。些設(shè)備上將產(chǎn)生雷電過(guò)電壓。雷電波入侵的時(shí)候在直流極線、平波雷電波入侵的時(shí)候在直流極線、平波電抗以及閥頂產(chǎn)生的過(guò)電壓波形電抗以及

13、閥頂產(chǎn)生的過(guò)電壓波形16高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)14.3 陡波過(guò)電壓陡波過(guò)電壓以下兩種原因會(huì)在換流器中產(chǎn)生陡波過(guò)電壓：以下兩種原因會(huì)在換流器中產(chǎn)生陡波過(guò)電壓：對(duì)地短路對(duì)地短路(2) (2) 部分換流器中換流閥全部導(dǎo)通或誤投旁通部分換流器中換流閥全部導(dǎo)通或誤投旁通17高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)14.4 換流站的過(guò)電壓防護(hù)換流站的過(guò)電壓防護(hù)14.4.1 換流站直流線路的防護(hù)換流站直流線路的防護(hù)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(hù)與直流極用于保護(hù)與直流極線相連接的直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)的設(shè)備免受過(guò)電壓的損壞。由于距離效應(yīng)，線相連接的直

14、流開(kāi)關(guān)場(chǎng)的設(shè)備免受過(guò)電壓的損壞。由于距離效應(yīng)，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(cè)，包括晶閘管換流閥、換流變壓器閥側(cè)繞組、平波電換流站直流側(cè)，包括晶閘管換流閥、換流變壓器閥側(cè)繞組、平波電抗器、直流濾波器和中性母線?？蛊?、直流濾波器和中性母線。對(duì)于換流站直流側(cè)，避雷器按其安裝位置和持續(xù)運(yùn)行電壓的不同劃對(duì)于換流站直流側(cè)，避雷器按其安裝位置和持續(xù)運(yùn)行電壓的不同劃分為四組分為四組14.4.2 換流站直流側(cè)的防護(hù)換流站直流側(cè)的防護(hù)18高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)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(dòng)換流器兩端或跨）脈動(dòng)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(yùn)行電壓的但要承受顯著持續(xù)運(yùn)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(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)背靠背背靠背對(duì)于背靠

16、背高壓直流換流站，對(duì)于背靠背高壓直流換流站，直流側(cè)通常只需要閥避雷器直流側(cè)通常只需要閥避雷器(V)(V)，但有時(shí)還需配備換流器避雷器但有時(shí)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(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)（1) 1) 晶閘管換流閥保護(hù)晶閘管換流閥保護(hù)閥避雷器（閥避雷器（V V）用于限制晶閘管閥上出現(xiàn)的過(guò)高的過(guò)電壓。閥避雷器和）用于限制晶閘管閥上出現(xiàn)的過(guò)高的過(guò)電壓。閥避雷器和晶閘管正向保護(hù)觸發(fā)構(gòu)成閥的過(guò)電壓保護(hù)。晶閘管正向保護(hù)觸發(fā)構(gòu)成閥的過(guò)電壓保護(hù)。（2) 2) 換流器保護(hù)換流器保護(hù)直流中點(diǎn)母線避雷器直流中點(diǎn)母線避雷器(M)(M)用于保護(hù)用于保護(hù)1212脈動(dòng)

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

18、 平波電抗器換流器側(cè)設(shè)備保護(hù)平波電抗器換流器側(cè)設(shè)備保護(hù)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(hù)平波電抗器換流器側(cè)高壓直流極線用于保護(hù)平波電抗器換流器側(cè)高壓直流極線上連接的設(shè)備免受高幅值過(guò)電壓的損壞。上連接的設(shè)備免受高幅值過(guò)電壓的損壞。（5) 5) 閥廳換流器保護(hù)閥廳換流器保護(hù)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(guò)電壓幅值。對(duì)于較低）用于限制侵入到閥廳的雷電過(guò)電壓幅值。對(duì)于較低電壓的換流器，或沒(méi)有雷電侵入閥廳的危險(xiǎn)，可不安裝該避雷器。電壓的換流器，或沒(méi)有雷電侵入閥廳的危險(xiǎn)，可不安裝該避雷器。22高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)（6)6)中性母線避雷器中性母線避雷器(E)(E)用于保護(hù)中性母線和與它連接的設(shè)備免受過(guò)電壓的損壞。當(dāng)雙極對(duì)稱運(yùn)用于保護(hù)中性母線和與它連接的設(shè)備免受過(guò)電壓的損壞。當(dāng)雙極對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，中性母線的運(yùn)行電壓接近于零。但在單極或單極金屬回線方式下，行時(shí)，中性母線的運(yùn)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(yùn)行電壓。需要考慮其運(yùn)行電壓。（7) 7) 與直流極線相連接的直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)設(shè)備的保護(hù)與直流極線相連接的直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)設(shè)備的保護(hù)與直流極線相連接的直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)設(shè)備的保護(hù)采用直流母線避雷器與直流極線相連接的直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)設(shè)備的保護(hù)采用直流母線避雷器(DB) (DB) 直直流線路避雷器流線