CN107508310A - 一种换流站内接地装置及直流输电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换流站内接地装置及直流输电系统，涉及高压直流输电领域，为解决在共用接地极存在较大入地电流时，与共用接地极相连的换流站在其所在的直流输电系统进行运行状态转变的过程中，其站内接地装置的回路中通过的电流过大的问题而发明。本发明公开的换流站内接地装置，包括接地开关、第一开关、第二开关以及限流电阻，所述接地开关的一侧用于与换流站的接地极引线相连接，另一侧与所述第一开关的一侧相连接，所述第一开关的另一侧与所述换流站内的接地体相连接，所述限流电阻和所述第二开关串联之后再与所述第一开关并联。本发明可用于采用共用接地极的直流输电系统中。

Description

一种换流站内接地装置及直流输电系统
技术领域
本发明涉及高压直流输电技术领域，尤其涉及一种换流站内接地装置及直流输电系统。
背景技术
高压直流输电是指在输电网以直流电的方式实现电能传输，高压直流输电具有经济性好、无同步问题等诸多优点，其已广泛应用于输电工程中。目前，多个直流输电系统之间多采用共用接地极的方式，这样可以缓解接地极选址困难的问题，同时也降低工程投资。然而，共用接地极很容易对其中直流输电系统运行状态的转换过程产生一定的影响，例如在两个直流输电系统中，当一个直流输电系统处于单极大地或者双极不平衡运行，另外一个直流输电系统进行大地转金属状态运行时，共用接地极的入地电流会对另外一个直流输电系统运行状态的转换造成一定的影响。由此，在多个直流输电系统中，如何来减小共用接地极对彼此运行状态转换所造成的影响，保证直流输电系统平稳运行，已成为业内亟待解决的问题。
现有的一种直流输电系统，如图1所示，包括第一子直流输电系统01和第二子直流输电系统02，两个子直流输电系统的受端采用共用接地极03，第一子直流输电系统01和第二子直流输电系统02的送端和受端均包括一个换流站，第一子直流输电系统01处于单极大地运行状态，第二子直流输电系统02可以开展单极大地和单极金属运行方式相互转换。其中，第一子直流输电系统01送端和受端的换流站分别是换流站011a、换流站011b；第二子直流输电系统02送端和受端的换流站分别是换流站021a、换流站021b。换流站021b的站内接地装置06的回路上设有接地开关(图中未示出)，接地开关的一侧与接地极引线04相连接，另一侧与换流站021b的站内接地网相连接。
在第二子直流输电系统02处于大地回路状态运行时，接地极引线通断开关(图中未示出，其设置于共用接地极03和换流站021b的站内接地装置06之间的接地极引线04上，主要用于通断接地极引线04)合闸，换流站021a、换流站021b之间的金属回线05断开，接地开关处于分闸，这样共用接地极03与换流站021a之间的接地极07形成大地回路；在第二子直流输电系统02进行大地转金属运行状态转换时，接地开关、接地极引线通断开关分合闸顺序是：接地开关先合闸将中性母线连接到站内接地网，然后接地极引线通断开关分闸断开共用接地极03；在第二子直流输电系统02处于金属回路状态运行时，接地极引线通断开关处于分闸，换流站021a、换流站021b之间的金属回线05接通，接地开关合闸(目的是将中性母线连接在站内接地网上，提供钳位点)，这样换流站021a、换流站021b之间形成金属回路；在第二子直流输电系统02进行金属转大地运行状态转换时，接地开关、接地极引线通断开关分合闸顺序是：接地极引线通断开关先合闸接通共用接地极03，然后接地开关再分闸将中性母线与站内接地网断开。
然而，在第二子直流输电系统02进行大地转金属或者金属转大地转换过程中均存在接地开关和接地极引线通断开关同时处于合闸的状态，由于第一子直流输电系统01处于单极大地运行状态，那么共用接地极03处会存在入地电流，当接地开关和接地极引线通断开关同时处于合闸状态时，共用接地极03处的入地电流会经接地极引线04、接地极引线通断开关、接地开关分流到换流站021b的站内接地网中。而接地开关具备的电流转移能力有限，并且接地开关没有灭弧能力，因而接地开关不具备分断该较大的直流电流的能力，当共用接地极03的入地电流分流到换流站021b的站内接地网中的电流超过接地开关转移能力时，接地开关可能会由于过流保护不能进行分闸操作，或强制分闸不成功，或分闸期间损坏开关，从而有可能导致共用接地极03处的入地电流持续分流到换流站021b的站内接地网中，使换流站021b的站内接地装置06的回路上电流过大，这样不但导致换流站021b的站内接地网过流，影响换流站021b内变压器等设备的正常工作，而且还造成第二子直流输电系统02不能进行大地和金属状态的正常转换。
发明内容
本发明的实施例提供一种换流站内接地装置及直流输电系统，能够解决在共用接地极存在较大入地电流时，与共用接地极相连的换流站在其所在的直流输电系统进行运行状态转变的过程中，其站内接地装置的回路中通过的电流过大的问题。
为达到上述目的，一方面，本发明的实施例提供了一种换流站内接地装置，包括接地开关、第一开关、第二开关以及限流电阻，所述接地开关的一侧用于与换流站的接地极引线相连接，另一侧与所述第一开关的一侧相连接，所述第一开关的另一侧与所述换流站内的接地体连接，所述限流电阻和所述第二开关串联之后再与所述第一开关并联。
本发明实施例提供的换流站内接地装置，由于限流电阻和第二开关串联之后再与所述第一开关并联，那么在该换流站内接地装置所在的直流输电系统进行金属转大地或者大地转金属，并且接地极引线连接的是共用接地极时，当用于通断接地极引线的开关和接地开关均处于合闸状态时，如果第一开关分闸，第二开关合闸，那么限流电阻就可以进入接地状态，这样限流电阻就可限制从共用接地极处流入到换流站内接地装置的回路上的电流，从而减小流入换流站内的接地体上的电流，这样换流站内接地装置的回路上的电流就不容易超出接地开关分断能力而使过流保护启动不能进行分闸，或分闸不成功，从而就可以确保换流站内的接地开关等正常分合闸，这样不但可以保证该直流输电系统正常进行运行状态转换，而且还可以避免较大的电流持续流入站内的接地体所引起的腐蚀发热超安全界限、跨步电势超过人体安全允许值、换流站内变压器等设备受入地电流的影响不能正常工作等一系列危害。
另一方面，本发明实施例还提供了一种直流输电系统，包括多个子直流输电系统，多个所述子直流输电系统的受端或者送端采用共用接地极，每个所述子直流输电系统的送端和受端均包括至少一个换流站，在采用所述共用接地极的多个所述换流站中，至少有一个所述换流站的接地极引线上连接有上述实施例中所述的换流站内接地装置，所述直流输电系统还包括第三开关，所述第三开关设置于所述接地极引线上，并且所述第三开关的一侧与所述共用接地极相连接，另一侧与连接点相连接，所述连接点为所述接地极引线与所述的换流站内接地装置的连接点。
本发明实施例提供的直流输电系统，由于在采用共用接地极的多个换流站中，至少有一个换流站的接地极引线上连接有上述任一实施例中所述的换流站内接地装置，那么在多个子直流输电系统中，当其中有一个子直流输电系统处于单极大地或者双极不平衡运行状态，另外有一个子直流输电系统进行金属转大地或者大地转金属运行状态转变，当进行运行状态转变的子直流输电系统中第三开关和接地开关均处于合闸状态时，如果将第一开关分闸，第二开关合闸，那么限流电阻就可以通过进入接地状态，这样限流电阻就可限制从共用接地极处流入到换流站内接地装置的回路上的电流，从而减小流入换流站内的接地体上的电流，这样换流站内接地装置的回路上的电流就不容易超出接地开关分断能力而使过流保护启动不能进行分闸，或分闸不成功，从而就可以确保换流站内的接地开关等正常分合闸，这样不但可以保证该直流输电系统正常进行运行状态转换，而且还可以避免较大的电流持续流入站内的接地体所引起的腐蚀发热超安全界限、跨步电势超过人体安全允许值、换流站内变压器等设备受入地电流的影响不能正常工作等一系列危害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的直流输电系统的示意图(图中的箭头为电流的流向)；
图2为本发明实施例提供的直流输电系统的示意图(图中的箭头为电流的流向)；
图3为本发明实施例中限流电阻接地后，第二子直流输电系统的送端换流站中性母线上电压的变化；
图4为本发明实施例中限流电阻接地后，第二子直流输电系统的受端换流站中性母线上电压的变化。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一方面，本发明实施例提供了一种换流站内接地装置，如图2所示，该换流站内接地装置，包括接地开关1、第一开关2、第二开关5以及限流电阻3，接地开关1的一侧用于与换流站的接地极引线相连接，另一侧与第一开关2的一侧相连接，第一开关2的另一侧与换流站内的接地体6相连接，限流电阻3和第二开关5串联之后再与第一开关2并联。其中，换流站内的接地体6可以是人工接地体，例如接地网。
当该换流站内接地装置所在的直流输电系统(例如图2中所示的第二子直流输电系统300)处于大地运行状态时，用于通断接地极引线的开关(例如图2中所示的第三开关600)处于合闸状态，接地开关1、第一开关2、第二开关5处于分闸状态，金属回线(例如图2中所示的金属回线700)处于断开状态，这时共用接地极(例如图2中所示的共用接地极400)与该直流输电系统中另一个换流站的接地极(例如图2中标号n所示的接地极)之间构成大地回路；当该直流输电系统进行大地转金属时，首先接地开关1、第二开关5合闸，限流电阻3进入接地状态，以限制换流站内接地装置的回路上的电流，然后，金属回线接通，用于通断接地极引线的开关分闸断开共用接地极，接着第一开关2合闸、第二开关5分闸，限流电阻3退出接地状态，该直流输电系统进入金属回线运行状态，钳位点由该换流站外转移至站内；
当该直流输电系统处于金属运行状态时，用于通断接地极引线的开关处于分闸状态，接地开关1、第一开关2处于合闸状态，第二开关5处于分闸状态，金属回线处于接通状态；当该直流输电系统进行金属转大地时，首先第一开关2分闸，第二开关5合闸，限流电阻3进入接地状态，然后用于通断接地极引线的开关合闸接通共用接地极，金属回线断开，接着接地开关1、第二开关5分闸，限流电阻3退出接地状态，该直流输电系统进入大地回路运行状态，钳位点由该换流站内转移至站外。
需要说明的是：在该直流输电系统进行金属转大地或者大地转金属的过程中，金属回线的断开与接通是由其它的开关来控制的。
本发明实施例提供的换流站内接地装置，限流电阻3和第二开关5串联之后再与第一开关2并联，那么在该换流站内接地装置所在的直流输电系统进行金属转大地或者大地转金属，并且接地极引线连接的是共用接地极时，当用于通断接地极引线的开关和接地开关1均处于合闸状态时，如果将第一开关2分闸，第二开关5合闸，那么限流电阻3就可以进入接地状态，这样限流电阻3就可限制从共用接地极处流入到换流站内接地装置的回路上的电流，从而减小流入换流站内的接地体6上的电流，这样换流站内接地装置的回路上的电流就不容易超出接地开关1分断能力而使过流保护启动不能进行分闸，或分闸不成功，从而就可以确保换流站内的接地开关1等正常分合闸，这样不但可以保证该直流输电系统正常进行运行状态转换，而且还可以避免较大的电流持续流入站内的接地体6所引起的腐蚀发热超安全界限、跨步电势超过人体安全允许值、换流站内变压器等设备受入地电流的影响不能正常工作等一系列危害。
另外，本发明实施例提供的换流站内接地装置，是通过增加限流电阻3来限制换流站内接地装置的回路上的电流，不含大功率电力电子开关器件，而且无需增加辅助设备来构成辅助通路，也无需增加或者改造具有直流电流转换能力的开关，只需要对现有顺控逻辑进行梳理、修改，不影响运行方式判别和主要保护配置，这样可以大大减小占地面积和减少工程投资。
本发明实施例提供的换流站内接地装置中，接地开关1的类型并不唯一，比如接地开关1可以为普通的接地开关1，另外，接地开关1也可以为高速接地开关(High SpeedGrounding Switches简称HSGS)。但与普通的接地开关1相比，高速接地开关可用作正常运行时接地极开路故障等中性线过压故障的保护，从而更有利于保证直流输电系统的稳定运行。
本发明实施例提供的换流站内接地装置中，第一开关2、第二开关5的类型也不唯一，比如第一开关2、第二开关5可以均为断路器，另外，第一开关2、第二开关5也可以均为隔离开关。但与断路器相比，隔离开关没有断路器中的灭弧等结构，结构更简单，在满足使用要求的前提下，第一开关2、第二开关5采用隔离开关可以降低成本，减小投资。
参见图2，本发明实施例提供的换流站内接地装置还包括中性母线冲击电容器4，中性母线冲击电容器4的一端与中性母线相连接，另一端与换流站内的接地体6相连接，中性母线冲击电容器4还串联有电感(图中未示出)，在接地开关1和第一开关2的合分闸的过程中，中性母线冲击电容器4和其所串接的电感可以起到振荡回路的作用。
另一方面，本发明实施例还提供了一种直流输电系统，包括多个子直流输电系统，多个子直流输电系统的受端或者送端采用共用接地极，每个子直流输电系统的送端和受端均包括至少一个换流站，在采用共用接地极的多个换流站中，至少有一个换流站的接地极引线上连接有上述任一实施例中所述的换流站内接地装置，例如图2所示，该图所示为直流输电系统包括两个子直流输电系统，两个子直流输电系统的受端采用共用接地极400，并且送端和受端均包括一个换流站的情形，两个子直流输电系统分别是第一子直流输电系统200和第二子直流输电系统300，第一子直流输电系统200的送端和受端分别对应换流站210A和换流站210B，第二子直流输电系统300的送端和受端分别对应换流站310A和换流站310B，第一子直流输电系统200中的换流站210B和第二子直流输电系统300中的换流站310A采用共用接地极400，换流站310B的接地极引线500上连接有上述任一实施例中所述的换流站内接地装置100；如图2所示，本发明实施例提供的直流输电系统还包括第三开关600，第三开关600设置于接地极引线500上，并且第三开关600的一侧与共用接地极400相连接(可以是直接连接，也可以通过其它设备连接，具体可根据实际情况而定)，另一侧与连接点O相连接，连接点O为接地极引线500与换流站内接地装置100的连接点。
本发明实施例提供的直流输电系统，由于在采用共用接地极400的多个换流站中，至少有一个换流站的接地极引线500上连接有上述任一实施例中所述的换流站内接地装置100，那么在多个子直流输电系统中，当其中有一个子直流输电系统(例如图2中所示的第一子直流输电系统200)处于单极大地或者双极不平衡运行状态，另外有一个子直流输电系统进行金属转大地或者大地转金属运行状态转变，当进行运行状态转变的子直流输电系统(例如图2中所示的第二子直流输电系统300)中第三开关600和接地开关1均处于合闸状态时，如果将第一开关2分闸，第二开关5合闸，那么限流电阻3就可以通过进入接地状态，这样限流电阻3就可限制从共用接地极400处流入到换流站内接地装置100的回路上的电流，从而减小流入该换流站(例如图2中所示的换流站310B)内的接地体6上的电流，这样换流站内接地装置100的回路上的电流就不容易超出接地开关1分断能力而使过流保护启动不能进行分闸，或分闸不成功，从而就可以确保换流站内的接地开关1等正常分合闸，这样不但可以保证该直流输电系统正常进行运行状态转换，而且还可以避免较大的电流持续流入站内的接地体6所引起的腐蚀发热超安全界限、跨步电势超过人体安全允许值、换流站内变压器等设备受入地电流的影响不能正常工作等一系列危害。
本发明实施例提供的直流输电系统中，第三开关600的类型也不唯一，比如第三开关600可以为断路器，另外，第三开关600也可以为隔离开关。但与断路器相比，隔离开关没有断路器中的灭弧等结构，结构更简单，在满足使用要求的前提下，第三开关600采用隔离开关可以降低成本，减小投资。
参见图3和图4，图中所示为进行运行状态转变的子直流输电系统(图2中所示的第二子直流输电系统300)中，当限流电阻3(阻值大小为300Ω)进入接地状态后，该子直流输电系统中两个换流站(换流站310A和换流站310B)中性母线电压的变化，图3所示为换流站310A中性母线电压的变化，图4所示为换流站310B中性母线电压的变化。从图3和图4中可以看出换流站310A和换流站310B在300Ω的限流电阻3接地后，两个换流站上中性母线电压的变化均为3kV，即限流电阻3接地后两个换流站中性母线上电位抬升幅度为3kV。由此可以看出限流电阻3的接地没有明显抬高两个换流站的中性母线的电位，这样保证了该子直流输电系统中换流站的中性母线上避雷器的安全，限流电阻3的设计基本符合设计的要求。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种换流站内接地装置，其特征在于，包括接地开关、第一开关、第二开关以及限流电阻，所述接地开关的一侧用于与换流站的接地极引线相连接，另一侧与所述第一开关的一侧相连接，所述第一开关的另一侧与所述换流站内的接地体相连接，所述限流电阻和所述第二开关串联之后再与所述第一开关并联。
2.根据权利要求1所述的换流站内接地装置，其特征在于，所述接地开关为快速接地开关。
3.根据权利要求1或2所述的换流站内接地装置，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关均为隔离开关。
4.一种直流输电系统，其特征在于，包括多个子直流输电系统，多个所述子直流输电系统的受端或者送端采用共用接地极，
每个所述子直流输电系统的送端和受端均包括至少一个换流站，在采用所述共用接地极的多个所述换流站中，至少有一个所述换流站的接地极引线上连接有权利要求1～3中任一项所述的换流站内接地装置，
所述直流输电系统还包括第三开关，所述第三开关设置于所述接地极引线上，并且所述第三开关的一侧与所述共用接地极相连接，另一侧与连接点相连接，所述连接点为所述接地极引线与所述换流站内接地装置的连接点。
5.根据权利要求4所述的直流输电系统，其特征在于，所述第三开关为隔离开关。
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