淺談?chuàng)Q流變壓器的保護

張欣

（哈爾濱變壓器有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

目前的輸電系統(tǒng)都是采用了超高壓式的直流輸電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的應用的廣泛度其實也是由于其自身所具有的高適應性的有點決定的。具體說來主要有以下幾點優(yōu)勢：首先無需對穩(wěn)定性進行考慮；其次，在恢復故障的能力上較強；第三，交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性調節(jié)能力較強；第四，可以有效的對互聯(lián)交流的電路系統(tǒng)出現(xiàn)的短路容量現(xiàn)象進行降低；最后，在建設投資上更為的經濟。

在直流輸電的系統(tǒng)中，換流變壓器是作為必要設備存在的。換流變壓器的主要作用就是通過提供交流電壓對系統(tǒng)中的諧波電流進行降低，這種電流主要會集中在交流側，換句話說就是通過作為一種電氣隔離在直流以及交流系統(tǒng)中進行換相電抗，在最大的程度下對交流電壓進行調節(jié)，從而保證直流輸電在系統(tǒng)的運行狀態(tài)可以保持最佳。

換流變壓器對于直流輸電來說可以說保證系統(tǒng)運行可靠安全的重要基礎，因此變壓器的運行至關重要，所以，在整個換流站的建設中，變壓器在投資上比例占得很大。但是變壓器會受到多放因素的影響從而出現(xiàn)一些不利于運行安全的問題，因此，對于其運行的安全性保護就在整個直流輸電的系統(tǒng)運行中凸顯。文章在下面專門就換流變壓器在運行特點上進行了介紹，并結合了直流輸電在系統(tǒng)的運行中各個情況對于變壓器造成的或者可能造成的影響，提出了一些合理化的方案。

1 換流變壓器自身特點對保護的影響

1.1 變壓器的短路阻抗。閥的換相本質上就是直流輸電的兩相短路，由于直流電在換相的過程中需要對電流進行限制，保證電流可以處在規(guī)定的范圍中，因此會將換流變壓器的短路阻抗進行調整，一般都會大于普通的變壓器。但是，短路的阻抗變大就會令換流變壓器相對于普通的變壓器在二次側的故障電流相對減小，這些問題就需要在進行保護配置以及整定上需要考慮在內的因素。

1.2 直流的偏磁。大地回線的使用在直流輸電的系統(tǒng)中經常會用奧，但是不可避免的會在運行中有一些直流電會流入大地，這種現(xiàn)象就會影響到地電位值使之發(fā)生改變，如此一來直流電就會進入到變壓器的緣邊繞組，原邊繞組的改變會對變壓器的直流繞組磁場進行影響，從而產生了直流偏磁現(xiàn)象，因此就會出現(xiàn)偏移的工作點。假如直流電超過了一定程度，就會使得變壓器的鐵芯出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，如此一來損耗同時會增加，變壓器的溫升也隨之升高。而保護措施就是為了防止此類現(xiàn)象的出現(xiàn)對變壓器造成損害。

1.3 諧波。諧波電流以及諧波電壓的出現(xiàn)實則是由于換流器在直流和交流系統(tǒng)中的非線性特點造成的。諧波電流的出現(xiàn)是換流變壓的主要特征。在電路系統(tǒng)的運行時，諧波電流的危害非常大，會導致交流電網的電容器以及發(fā)電機出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，并且還會干擾通信設備。在對換流變壓器進行保護裝置的安裝時就需要避免諧波電流對其影響，這些需要進行考慮。

1.4 調壓分接頭。交流電壓的擾動會對直流系統(tǒng)產生一些不利影響，以此為了保證直流系統(tǒng)的穩(wěn)定以及最佳的工作環(huán)境，換流變壓器在分接頭的電壓調整能力都較強，這也是會對保護設計造成一定的影響，像是在運行狀態(tài)下的變比出現(xiàn)的變化等等。

1.5 特殊的運行狀態(tài)。直流系統(tǒng)在控制中的調節(jié)上具有特殊的作用，因此，換流變壓器也不同于普通的變壓器，在出現(xiàn)故障時的情況也會特殊一些。主要的不同包括：

a.直流系統(tǒng)短路由于都是出現(xiàn)在系統(tǒng)的變壓器區(qū)外，以此出現(xiàn)的電流不會過大。但是，對于整流側，電流在穿越變壓器的時候會增大，這種增大會受到直流控制的系統(tǒng)保護的快速反應，在此作用下會很快的降低。而逆變側，由于故障會使得直流系統(tǒng)的直流電流轉變交流側的過程發(fā)生故障，因此穿越電流相應的會減小。b.對于換流變壓器保護來說，直流系統(tǒng)造成的最嚴酷的區(qū)外故障為整流側的閥短路故障，相當于換流變出口的兩相或三相短路故障。但由于直流保護的干預，實際只會出現(xiàn)半個周波的兩相短路。對于逆變側，由于觸發(fā)角很大，閥短路時流過換流變壓器的電流較整流側小很多。c.換流變壓器發(fā)生區(qū)內故障時，直流系統(tǒng)一般不會提供短路電流。這是由直流控制系統(tǒng)的作用造成的。d.由于直流控制系統(tǒng)快速的調節(jié)作用，在需要的時候，可以快速的將功率傳輸由一個方向反至另一個方向，對于換流變壓器來說，就會出現(xiàn)快速的潮流反向。e.換流變壓器保護區(qū)內發(fā)生接地故障時，實際造成了閥的短路。由于閥的單向導電性，故障電流半周電流大，半周電流小，導致差電流中含有較大的二次諧波。f.對于逆變側的換流變壓器的區(qū)內故障，往往會導致?lián)Q相失敗的發(fā)生，從而在穿越電流電流中產生很大的諧波，但差電流（即提供給故障點的電流）仍主要為工頻分量。

2 換流變壓器保護的實現(xiàn)

2.1 保護的配置原則。在對換流變壓器進行保護的時候既要考慮安全問題，有需要對經濟問題進行考慮，在簡單經濟以及安全可靠的情況下，通過配置上的設置進行變壓器的保護工作。通過對變壓器設置兩個保護設備對每臺的電源以及輸入設備進行保護。使得每個設備在輸出上都于斷路器上的跳閘相連，并且同時也連接直流控制系統(tǒng)。并且裝置本身還要采取一些防治故障的拒動作。

2.2 穩(wěn)態(tài)比率差動保護。在變化比以及聯(lián)結組的動作上具有不同性，所以比那氬氣的運行狀態(tài)包括了相位和電流的大小也是不相同的。所以，對于繼電器的影響消除需要做的就是在繞組上安裝TA，對于繞組的電流進行相同保持，由于這里的電流相同，所以只需要對變化度進行補償即可。以下的敘述的前提均為已消除了變壓器各側幅值和相位的差異。

裝置中依次按相判別，當滿足一定條件時，工頻變化量比率差動動作。工頻變化量比率差動保護經過涌流判別元件、過激磁閉鎖元件閉鎖后出口。

由于工頻變化量比率差動的制動系數(shù)可取較高的數(shù)值，其本身的特性抗區(qū)外故障時TA的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)飽和能力較強。工頻變化量比率差動元件提高了裝置在變壓器正常運行時內部發(fā)生輕微匝間故障的靈敏度。且工頻變化量比率差動保護不會受換流變壓器分接頭調整造成的差動電流不平衡的影響。

后備保護包括過流、零序過流、過電壓、零序過壓、飽和保護。過流保護，主要作為換流變壓器各種故障的后備保護。由于只需與直流系統(tǒng)的最大過負荷能力配合，靈敏度容易滿足要求，因此不需采用復合電壓閉鎖與方向閉鎖。零序過流保護，主要作為換流變壓器接地故障后備保護。為防止變壓器和應涌流對零序過流保護的影響，應具有二次諧波制動閉鎖措施。當二次諧波含量超過一定比例時，閉鎖零序過流保護。

結語

本文討論了換流變壓器與交流系統(tǒng)的主變壓器比較所具有特點，闡述了這些特點以及直流輸電的各種特殊運行工況對換流變壓器保護帶來的影響，并提出了相應的保護方案。

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