關于特高壓直流控制保護系統研究

孫瀟

摘要：近年來，我國電網建設發展迅速，在建設與正常使用的直流輸電工程項目數量快速增加，同時工作水平也開始向傳送電壓更大、容量更大、傳輸距離更長方向發展，并且同時也在我國很多重要電力輸送工程中發揮了有效作用。再此背景下，特高壓直流在中國很多換流站得到了很大的普及，與高壓直流相比，特高壓直流的運行方式更加靈活，容量比高壓要高，傳輸距離更遠，不僅如此，其損耗比高壓直流更低，對于中國現如今的國情來說，特高壓直流無疑是符合當前的能源優化配置的目標的。對于特高壓直流輸出工程來說，控制保護系統是換流站的大腦，對于特高壓換流站的正常運行具有重要作用。我國特高壓直流換流站發展迅速，但是還面臨著一些問題，所以增強特高壓直流控制保護系統是最重要的環節。本文從特高壓直流換流站面臨的問題和特高壓直流的特點出發，分別介紹了特高壓直流控制系統的功能配置和特高壓直流保護系統的功能配置。

關鍵詞：特高壓直流;保護;控制;配置

一、特高壓直流換流站面臨的問題

（一）對相應的配套設備的質量要求以及專業要求高

特高壓直流與高壓直流的差別就是因為電壓等級的過高，導致對換流變壓器的制造材料的絕緣作用就相應地要求更高。受這一情況影響，在系統設置當中使用的絕緣材料量較大。在±800kv換流變壓器，閥側引線絕緣件設計與研制過程中需要進行一系列實驗，閥繞絕緣、匝絕緣在設計與試驗是設備研制中需要得到解決的難點問題。

（二）直流場的吸污特性導致的事故

直流場具有吸污的特性，特別是對于特高壓直流，這一問題更為嚴重。當換流站的污穢積累到一定程度時，就會造成直流場設備的絕緣，從而導致直流場的污閃事故。這是一個十分嚴重而又十分普遍的問題。我國近些年來，工業化發展十分迅速，污染問題也隨之越來越嚴重，尤其是大氣污染對直流設備的影響十分嚴重，很多特高壓直流換流站的污染程度已經達到了很嚴重的程度。解決換流站的污染問題，提高換流站的耐污能力是現在很多電網公司的重點研究的項目，以確保特高壓直流換流站的穩定運行。

（三）輸送容量大，設備難以承受

特高壓直流輸電容量大，但與此同時換流變壓器的體積以及重量也隨之增加。這就給運輸條件帶來很大的影響。在一些特殊地區收技術條件限制，無法進行大型設備的運輸任務。針對這一問題，我國很多電網公司在特高壓直流輸電工程建設中，根據實際情況進行規劃，以期能夠解決大件設備的運輸問題，使特高壓換流站穩定運行。

二、特高壓直流控制與保護系統

在±800 kV的特高壓直流換流站控制及保護系統設計當中，所遵循的基本原則和±500 kV的常規直流換流站基本相同。在±800 kV特高壓直流換流站工程當中，極需要由串聯換流單元構成，在每個單元當中，都需要獨立配備獨立旁通斷路與隔離開關設備，才能保證換流單元實現自動投退功能，所以在控制措施設計、保護系統設計和設備配置設計當中，需要要保證每個換流單元都能得到有效的控制和保護，同時在設備當中其功能應保持相對獨立，在能夠實現正常運行的基礎上，能夠滿足技術性要求與功能要求，同時還要為設備的運行操控、設備維護提供便捷。但是因為特高壓直流換流站的特殊性，導致相對應的特高壓直流控制保護系統的特殊性，其功能相對于常規的直流換流站也有很大的不同。特高壓直流控制保護系統能夠預防很多特高壓直流出現問題時引發的事故，能夠促進特高壓直流系統合理穩定地運行。

三、直流控制系統的功能配置

在特高壓直流控制系統當中，采取的控制方式為雙極控制、極控制和換流單元控制，控制之間存在串聯關系，同時在雙極控制、極控制之間，極控制、換流器控制之間具備特定控制網絡進行數據的交互。

1、雙極控制層

雙極控制層能夠控制兩極之間電流的平衡，能夠對兩極之間的功率大小進行控制，還能夠實現兩極之間功率的轉移，能夠對兩極之間串聯或者是閉合進行控制。這些功能能夠實現對正在運行的設備進行有效的控制，能夠在命令下發時及時做出反應，對突發事件也能夠及時做出調整。

2、極控制層

極控制層能夠實現對極的開啟和停止的控制，也能夠像雙極控制層一樣對兩極之間的功率大小進行控制以及對兩極之間串聯或者是閉合進行控制，能夠對極的順序進行控制，能夠控制分接頭，使之能夠合理而迅速地運行。另外，當故障發生時，還能夠對故障進行及時的處理，控制專門處理故障的設備，減少故障引發的損失。極控制層還能對極與極之間的站內通信與極間通信進行控制，以便信息及時的傳遞。

3、換流單元控制層

在換流單元控制當中，可以進行換流單元閥組的開關，同時也能滿足對換流單元閥組開啟與關閉需求，進行換流單元閥組投入操作與退出操作，能夠對換流單元順序進行靈活把握，實現聯鎖控制，還能對閥組是否超過負荷進行實時的監控。

四、特高壓直流保護功能配置

1、換流器保護

換流器主要是在設備發生故障時對設備進行及時的保護。主要方法有電動差動保護、過流保護以及換流器觸發保護等。為保護特高壓直流系統的安全，換流器會在設備出現一些故障時，及時保護閥短路，以免故障造成的過應力對設備造成影響。在故障發生后，換流器可以實現交流電網擾動情況測定與異?，F象的檢測功能，同時還會檢測換流器保護情況，對接地故障進行判斷，從而保證直流系統設備安全性。同時，使用換流器還能夠實現故障當中的內部保護，防止造成換流設備遭受電流損壞。換流器還會對觸發異常進行及時的檢測和排除，以保證設備的正常運行。

2、換流變保護

換流變的保護設置可以實現換流變壓器設備的保護。實現換流變保護的主要方式為，通過實現對換流變差保護、過流保護和變壓器保護，繼而實現對換流變的有效保護。換流變差動的保護方式為防止換流變壓器發生繞組問題，使設在故障出現時也不會發生損壞。過流保護主要能夠實現對電流的保護，檢測換流變壓器當中電流，保護換流器換流變區域內的故障。換流變壓器不平衡保護主要是對換流變飽和保護，保護的目的是防止直流電進入換流變壓器引起換流變壓器飽和而導致的問題。

3、直流線路故障保護系統

當直流線路出現故障時，極易觸發接地故障，將會對換流站造成很大的事故以及損失，所以，直流線路故障保護系統的重要性很大。直流線路故障保護系統主要分為直流線路行波保護、微分欠壓保護以及直流線路縱差保護。

4、直流濾波器保護

使用直流濾波器設備可以實現直流濾波電抗器過載保護功能，在直流濾波電容器不平衡狀態下進行游有效保護，同時實現直流濾波器差保護。直流濾波器的基本功能是避免電容單元發生故障，同時對保護范圍內的接地故障進行分析。

結語：綜上所述，對于特高壓直流輸出工程來說，控制保護系統對于特高壓換流站的正常運行具有重要作用。我國特高壓直流換流站發展迅速，但是還面臨著一些問題，所以增強特高壓直流控制保護系統是最重要的環節。直流輸電控制系統與直流輸電保護系統有密切的聯系，只有將直流輸電保護系統與控制系統結合起來才能有效地排除故障，保證換流站的設備正常運行。與此同時，還應該加強科技的投入，完善特高壓直流控制保護系統，使之不斷與時俱進，促進特高壓直流輸電工程的發展。

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