CN103473387B - 一种计算e型避雷器暂态应力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种计算E型避雷器暂态应力的方法。包括有以下步骤：1）确定保护逻辑；2）建立高压直流电磁暂态仿真模型，对以上的保护逻辑建模；3)执行EMTDC电磁暂态仿真，观察测量信号曲线，验证接地极开路保护动作逻辑是否满足要求；4)记录接地极开路故障下避雷器E的最大能量。本发明改变了原计算模型控制保护逻辑过于理想化的弊端，采用基于测量信号触发的控制保护逻辑，即增加了测量电压电流的采样滤波和判断环节，并作为保护触发的依据；在保护出口移相过程中，增加斜率环节，令触发角以4°/毫秒的速度进行移相。本发明改进了仿真模型的控制保护逻辑，使其更符合实际运行情况。使用本方法选取E避雷器能量参数具有更大的安全性，能有效保护中性母线上的电力设备。

Description

一种计算E型避雷器暂态应力的方法
技术领域
本发明是一种计算E型避雷器暂态应力的方法，属于计算E型避雷器暂态应力的方法的创新技术。
背景技术
电力系统发生暂态故障时，会在设备上产生过电压应力，直流工程领域为保障设备安全运行，需要在系统中装设一定数量的避雷器，以起到保护重要设备、泄放故障电流的作用。
E型避雷器是装设在直流中性母线上的避雷器，起到限制过电压、保护中性母线设备的作用。选择E型避雷器参数时，需要使用仿真软件模拟直流系统发生接地极开路故障，计算避雷器的最大能量应力。在计算中需要考虑系统的实际条件，其中最重要的是接地极开路保护的动作逻辑。
实际系统发生接地极开路故障会导致中性母线电压升高，电流减少，超过保护动作阀值后，由接地极开路保护动作执行换流阀移相闭锁过程，即换流阀的触发角由15°移到120°，移相速度一般为4°/ms。但目前仿真建模中对保护动作过程作了简化处理：首先是保护的动作不由检测量（中性母线电压、电流）触发，而是由故障信号直接触发，即模型中设置故障发生后直接向保护发送动作信号；保护出口的移相过程不考虑实际移相速度，即瞬间完成移相过程。因此采用目前的建模方法计算出的避雷器能量会比实际小，不利于设备的安全运行。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种提高仿真计算与实际工程控制保护过程的一致性的计算E型避雷器暂态应力的方法。本发明改进了仿真模型的控制保护逻辑，基于实际控制保护逻辑，使其更符合实际运行情况。使用本方法选取E避雷器能量参数具有更大的安全性，能有效保护中性母线上的电力设备。
本发明的技术方案是：本发明的计算E型避雷器暂态应力的方法，包括有以下步骤：
1）确定保护逻辑；
2）建立高压直流电磁暂态仿真模型，对以上的保护逻辑建模；
3)执行EMTDC电磁暂态仿真，观察测量信号曲线，验证接地极开路保护动作逻辑是否满足要求；
4)记录接地极开路故障下避雷器E的最大能量。
上述步骤1）中确定保护逻辑是接地极开路保护逻辑：当检测到中性母线电压大于80kV且接地极电流之和小于120A并持续60ms，执行换流阀移相闭锁过程，移相以4°/毫秒的速率进行。
上述步骤2）中建立高压直流电磁暂态仿真模型是对直流系统，包括一次系统和二次系统进行统一的建模。
上述步骤2）中建立高压直流电磁暂态仿真模型的方法如下：
交流网络使用等值电源代替，直流一次系统按照实际接线方式搭建包括换流变压器，换流阀，开关，避雷器，平波电抗器等设备的系统，直流二次系统按照实际的控制保护逻辑搭建包括控制系统以及阀厅区域、直流线路区域、中性母线区域的保护系统。
上述控制系统包括定电流控制、定电压控制、定熄弧角控制。
上述步骤3）中保护动作逻辑要求是：1）在故障点的故障，本保护应该动作；2）保护触发的条件满足要求；3）保护动作移相速率满足要求。
本发明改变了原计算模型控制保护逻辑过于理想化的弊端，采用基于测量信号触发的控制保护逻辑，即增加了测量电压电流的采样滤波和判断环节，并作为保护触发的依据；在保护出口移相过程中，增加斜率环节，令触发角以4°/毫秒的速度进行移相。本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1）改进了仿真模型的控制保护逻辑，使其更符合实际运行情况。
2）使用本方法选取E避雷器能量参数具有更大的安全性，能有效保护中性母线上的电力设备。
本发明是一种方便实用的计算E型避雷器暂态应力的方法。
附图说明
图1是双极大地运行方式的直流系统框架图。
图2是单极大地运行方式的直流系统框架图。
图3是±500kV直流工程中电磁暂态仿真下的故障点说明。
图中：
a.整流侧，b 逆变侧,换流变压器1,换流阀2,接地极线路3,直流中性母线4,直流高压母线5,直流线路6,平波电抗器7,中性母线电压分压器8（测量直流电压）,E型避雷器9,接地极开路故障点10,接地极1回线路电流互感器11（测量直流电流）,接地极2回线路电流互感器12（测量直流电流）.
具体实施方式
实施例：
图1是双极大地运行方式的直流系统框架图，图2是单极大地运行方式的直流系统框架图。包括有换流变压器1,换流阀2,接地极线路3,直流中性母线4,直流高压母线5,直流线路6,平波电抗器7,中性母线电压分压器8,E型避雷器9,接地极开路故障点10,接地极1回线路电流互感器11,接地极2回线路电流互感器12，中性母线电压分压器8用于测量直流电压，接地极1回线路电流互感器11用于测量直流电流，接地极2回线路电流互感器12用于测量直流电流。整流侧a及逆变侧b见图1的两侧。换流变压器1的二次侧与换流阀2相连，换流阀高压端连接平波电抗器7和直流高压母线5，低压端连接直流中性母线4，中性母线经过两回直流接地极线路接地，中性母线电压分压器8和E型避雷器9均装设在中性母线上，接地极回1和回2电流互感器11、12装设在接地极线路上，接地极开路故障点10设置在中性母线和接地极线路之间。
双极大地运行方式，其直流侧接线相当于两个独立运行的单极大地回线方式的HVDC系统两极在地回路中的电流方向相反。该方式运行灵活方便，可靠性高，是最为广泛采用的接线方式。正常运行时两极电流相等，地中电流为零。当一极故障停运时非故障极的电流从大地返回，转为单极大地回线方式运行。
图2相当于把图1整流侧极1直流场放大，并画出了换流阀的内部结构，直流高压母线上的平波电抗器，直流中性母线上的电压互感器和E型避雷器，两回接地极线路。图2中只有位置10是故障点，图2中标号7与图1的标号6连接，图2只是仿真模型的局部放大图 。
以图2为例，在电磁暂态模型中，计算接地极开路故障时E避雷器流过的能量过程如下：
1）搭建针对图1的系统框架，并对仿真系统详细建模，满足系统的参数要求；
2）选取中性母线电压和电流作为主要观测量，如图2中的中性母线电压和电流；
3）设置故障为接地极开路故障，设置故障时间为永久性故障；
4）直流控制方式采用定功率控制，且可以调整；
5）直流接线方式可采用双极、单极大地；
6）对图2中的模型进行仿真计算，仿真步长50微秒，仿真时间根据系统规模，通常在5-10秒，保证系统进入稳态；
7）系统进入稳态后，触发故障点故障，观察接地极开路保护动作情况；
8）记录保护动作前后的直流观测电流值，保护动作波形以及E避雷器的能量波形。
本发明是通过以下步骤技实现：
步骤1：确定保护逻辑。
接地极开路保护逻辑：当检测到中性母线电压大于80kV且接地极电流之和小于120A并持续60ms，执行换流阀移相闭锁过程，移相以4°/毫秒的速率进行。
步骤2：建立高压直流电磁暂态仿真模型，对以上的保护逻辑建模。
目前典型直流工程主要为单十二脉动桥的±500kV直流阀组结构，根据故障仿真要求，选取如下图2中的故障点10：
注：接地极开路保护测量中性母线电压对应图中UdN，接地极电流之和对应图中的单回接地极线路电流Idee1和Idee2。
故障点选取接地极开路故障。
步骤3：执行EMTDC电磁暂态仿真，观察测量信号曲线，验证接地极开路保护动作逻辑满足要求。
所述的保护动作逻辑要求是：1）在故障点的故障，本保护应该动作；2）保护触发的条件满足要求；3）保护动作移相速率满足要求。
步骤4：记录接地极开路故障下避雷器E的最大能量。

Claims (5)

1.一种计算E型避雷器暂态应力的方法，其特征在于包括有以下步骤：
1）确定保护逻辑；
2）建立高压直流电磁暂态仿真模型，对以上的保护逻辑建模；
3)执行EMTDC电磁暂态仿真，观察测量信号曲线，验证接地极开路保护动作逻辑是否满足要求；
4)记录接地极开路故障下E型避雷器的最大能量；
上述步骤1）中确定保护逻辑是接地极开路保护逻辑：当检测到中性母线电压大于80kV且接地极电流之和小于120A并持续60ms，执行换流阀移相闭锁过程，移相以4°/毫秒的速率进行。
2.根据权利要求1所述的计算E型避雷器暂态应力的方法，其特征在于上述步骤2）中建立高压直流电磁暂态仿真模型是对直流系统，包括一次系统和二次系统进行统一的建模。
3.根据权利要求2所述的计算E型避雷器暂态应力的方法，其特征在于上述步骤2）中建立高压直流电磁暂态仿真模型的方法如下：
交流网络使用等值电源代替，直流一次系统按照实际接线方式搭建包括换流变压器，换流阀，开关，避雷器，平波电抗器这些设备的系统，直流二次系统按照实际的控制保护逻辑搭建包括控制系统以及阀厅区域、直流线路区域、中性母线区域的保护系统。
4.根据权利要求3所述的计算E型避雷器暂态应力的方法，其特征在于上述控制系统包括定电流控制、定电压控制、定熄弧角控制。
5.根据权利要求1至4任一项所述的计算E型避雷器暂态应力的方法，其特征在于上述步骤3）中保护动作逻辑要求是：1）故障点的故障，本保护应该动作；2）保护触发的条件满足要求；3）保护动作移相速率满足要求。
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高压直流输电系统的仿真建模;惠慧;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20100915(第9期);论文第17页第1-5段，第20页倒数第1段，图3-1 *

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