電壓應力保護

電壓應力保護是指通過連鎖換流變壓器分接開關，避免交流電壓對換流設備產生過高的電氣應力。

基本介紹

• 中文名：電壓應力保護
• 外文名：voltagestressprotection
• 所屬領域：電力術語

基於一起跳閘事故的換流閥電壓應力保護分析

事故過程

特高壓換流站發生極2低端閥組（Y/Y接）A相換流變分接開關控制迴路繼電器故障，導致換流變檔位不一致，現場按照規程就地調節同步分接開關位置時，電壓應力限制功能啟動分接開關降檔，造成極2低端換流變檔位相差過大，換流變飽和保護動作。故障前，雙極三閥組運行輸送功率5000MW，故障後雙極高端閥組3950MW大地方式運行，安控裝置正確動作，切除電廠機組兩組。

事故的直接原因為A相換流變分接頭檔位故障且停留在了高檔位上，換流閥的電壓應力保護動作，降低分接頭檔位時導致分接頭失步，進而產生偏磁電流。故障錄波顯示，電壓應力保護動作時理想空載電壓 達到239kV，超過 定值。現場手動切分接頭操作迴路電源時，極2低端A相換流變檔位26檔，其餘5相均為15檔，導致換流變中性點偏磁電流達到換流變飽和保護II段定值0.098A，延時280s動作出口。故障錄波及事件顯示保護動作行為正確。

電壓應力保護簡介

（1）電壓應力保護功能配置

ABB路線單獨配置電壓應力保護（Voltage StressProtection），防止穩態運行時換流變網側電壓過高導致晶閘管承受過電壓或避雷器動作。電壓應力動作結果包括禁止升分接頭（ > ，延時2s），強制降分接頭（ > ），系統切換（ >VSP_trip，延時155s），跳交流斷路器（ >VSP_trip，延時185s），出口限制優先權高於正常的分接頭控制。

南瑞繼保出口功能與ABB相同，禁止升、強制降分接頭延時100ms出口，系統切換延時165s，跳閘延時195s。

許繼將電壓應力保護放在換流器控制的分接頭控制當中，動作結果包括禁止升（無延時）、強制降、 高告警，典型套用於溪浙工程。禁止升動作出口無延時取消升分接頭準備允許位（包括手動和自動模式），強制降出口具有最高優先權不需要分接頭同步信號。

（2）保護的定值整定

在換流變壓器參數設計中，需要確定的主要參數包括額定空載直流電壓、換流變額定容量、理想空載直流電壓限制和設計電壓、有載調壓分接頭檔位數。工程套用時，首先根據換流變設計參數計算出正常運行中出現的最大值，然後整流側以作為，增加一定裕度後作為和一次設備的設計值（一般向上取整）；逆變側以作為，考慮裕度後作為電壓應力保護的動作值。

以特高壓晉南工程為例，表1列出計算用到的控制參數，表2列出設計時考慮的測量誤差。

表1和表2

①晉北站保護定值計算

②南京站動作定值計算

③分層接入工程的定值計算方法差異

錫泰工程逆變站高低閥組分接頭步長分別為1.25%和0.65%，計算整流側最大值時考慮高低閥組換流變同時調節一檔，直流電壓增大0.95% ，直流電流下降0.95%保持功率不變。因此相比常規特高壓直流，分層接入的整流側一次設備設計電壓值更高。

功能改進

錦屏換流站電壓應力保護動作的直接原因是，Y/Y接A相換流變分接頭操作迴路繼電器故障，故障相分接頭檔位停留在了高檔位上。控制保護系統根據分接頭檔位計算出的超過了，發出強制降分接頭指令。正常的5相正常執行降分接頭操作，故障的A相由於分接頭操作迴路故障檔位一直無法降低。控制保護系統根據A相分接頭檔位計算出的值一直大於，導致運行人員手動斷開操作迴路電源前，其他5相一直在執行降分接頭動作。各相分接頭檔位相差過大以後，保護動作出口。

理想空載電壓由換流變閥側電壓決定，理想運行狀態下每個橋臂承受的電壓為導通相閥側線電壓的一半，實際由於觸發角和換相角以及晶閘管正常導通時不需要承受反向電壓，換流閥上承受的電壓明顯小於理想空載電壓值。而且一次設備的設計電壓值為增加1%測量誤差裕度。因此從保護一次設備的角度考慮，一相換流變檔位計算出的理想空載電壓值高於強制降分接頭動作值不會在換流閥上形成超出設備承受範圍的過電壓，不應造成閥組閉鎖。為防止此類跳閘事故發生，需要對電壓應力保護做出最佳化改進。

（1）最佳化方案

採用6相換流變檔位平均值計算時，一方面分接頭失步時不能反映一次設備上實際承受的電壓，另一方面如發生僅2相或3相空載電壓超過跳閘值，可能由於計算的偏小導致電壓應力保護拒動。直接選取Y/Y接A相換流變分接頭檔位則具有盲目性，仿真系統模擬錦屏站相同故障，電壓應力保護動作強制降分接頭使得非故障相分接頭一直降到最低。

方案一。強制降低分接頭出口增加分接頭同步作為條件，當非故障相分接頭動作後，由於故障相分接頭未動作導致分接頭失步，保護不能繼續出口，防止分接頭檔位相差過大引起偏磁電流。

方案二。考慮泰州站，利用分接頭動作的監視信號作為計算時選擇換流變檔位的判據。當發出分接頭操作命令後監視時間內未檢測到A相換流變檔位變化，則認為該相換流變分接頭故障，切換到B相進行計算。經過仿真試驗，分接頭失步兩檔後切換到B相，空載電壓低於定值停止分接頭動作。

方案三。控制保護系統中已有12脈動各相換流變的分接頭的檔位，因此可以最佳化為每相單獨計算U di0，分別與強制降分接開關電壓定值比較，當3台及以上值超過時，則延時5s向本閥組所有換流變發出降分接開關信號，3台以下超過定值時，不發出降分接開關信號；禁止升分接開關、系統切換和跳閘則採用同一閥組6台換流變中檔位最高值計算得到，再與定值進行比較。保護所有出口邏輯與是否同步及手動/自動信號無關。

方案一的弊端在於未以保護一次設備為首要考慮條件，可能出現各相分接頭空載電壓超過動作定值，而保護因分接頭失步不能出口。

比較方案二和三，空載電壓過高而某一相分接頭操作故障時，兩個方案都動作其他相下降至正常範圍停止（如果故障相為A相則方案二超調2檔）。當兩相分接頭故障時，方案三動作其他四相降低至正常範圍停止；方案二如果故障的不是A和B相則其他四相降低至正常範圍停止；如果故障在A和B相則其他四相一直下降直至跳閘。不考慮三相分接頭故障。

綜合考慮方案三為推薦方案，但是從一次設備電壓考慮，如果兩相分接頭故障且發生在同一個六脈動閥組，考慮測量誤差換流閥橋臂上承受的電壓可能超過設備設計值，保護不會動作。如改為兩相空載電壓越限動作降分接頭則會導致分接頭檔位差過大。

（2）監控告警事件配置

採用每相分接頭單獨計算空載電壓後，應該從每個閥組報電壓應力保護動作告警改為每一相單獨設定禁止升、強制降、切換跳閘告警。保證分接開關異常停止在高檔位時，提醒運檢人員故障相以及實際的電壓水平，為就地操作提供依據。

基於特高壓換流站換流閥電壓應力保護動作引起的跳閘事故，分析了ABB與西門子兩種主要控制保護設備路線的電壓應力保護定值和邏輯設定。

單相換流變分接開關故障導致理想空載電壓過高時，控制保護系統電壓應力保護啟動其他相分接頭動作至正常範圍後停止，不引起閥組閉鎖。

晉北和南京站一次設備設計的絕對最大空載直流電壓分別為240kV和232kV。分層接入的整流站一次設備設計值高於常規直流。

12脈動各相換流變單獨計算並分別與強制降分接開關功能定值比較，當3台及以上值超過時，則延時5s向本閥組所有換流變發出降分接開關信號。禁止升分接開關、系統切換和跳閘則採用同一閥組6台換流變中檔位最高值計算得到，再與定值進行比較。