CN110429573B - 一种换流变压器中性点接地电抗器参数选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换流变压器中性点接地电抗器参数选择方法，所述方法可根据计算公式快速选择换流变压器中性点接地电抗器电抗值XN和额定热短路电流IN；本方法选择的接地电抗器的参数可同时满足短路电流限制与换流变压器中性点绝缘水平的要求，使得接地电抗器参数选择更加快速、合理、有效。

Description

一种换流变压器中性点接地电抗器参数选择方法
技术领域
本发明涉及输变电技术领域，具体地，涉及一种换流变压器中性点接地电抗器参数选择方法。
背景技术
随着互联电网的规模不断扩大，电网的联系越来越紧密，短路电流不断攀升，国内许多电网都出现了短路电流超过开关遮断容量的局面。目前针对单相短路过大的措施包括以下三种：首先是更换开断能力更大的开关，这种方法对短路电流并没有抑制作用，仅仅是通过一次设备(断路器)的更换使满足短路电流开断要求，但更换开关涉及数量通常较多，投资大，并会使多个变电站在更换开关期间处于非正常运行方式。第二种方式是通过增加系统正序阻抗来同时降低系统三相和单相短路电流，主要手段包括：线路出串、母线分段运行、采用高阻抗变压器、线路增设串联电抗器等。这类措施可以明显降低系统短路电流水平，但另一方面它会削弱系统电气联系，降低电网运行的安全性和可靠性。限制单相短路电流的第三种方式是增大系统零序阻抗，这类方式仅对系统单相短路电流有抑制作用。在换流变压器中性点加装接地电抗器是限制直流输电换流站母线单相短路电流的有效方法，中性点接地电抗器电抗值越大，其限制短路电流效果越好，但发生不对称短路故障情况换流变压器中性点过电压水平越高，可能对绝缘造成威胁。
综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
在现有技术中，在对直流输电系统中换流站单相短路电流过大进行限制时，现有的换流变压器中性点接地电抗器无通用参数选择规范，通常采用试凑的方式，预先随意给出一个参数，并通过仿真程序计算校核短路电流限制和变压器中性点绝缘是否满足要求，一是速度较慢，效率较低；二是有限条件下的仿真计算无法保证加装接地电抗器后变压器中性点绝缘的安全。
发明内容
本发明提供了一种换流变压器中性点接地电抗器参数选择方法，本方法可快速选择换流变压器中性点接地电抗器电抗值XN和额定热短路电流IN，并同时满足短路电流限制与换流变压器中性点绝缘水平的要求，使得接地电抗器参数选择更加快速、合理、有效。
为实现上述发明目的，本申请提供了一种换流变压器中性点接地电抗器参数选择方法，所述方法包括：
在直流输电系统中换流变压器中性点加装接地电抗器，对直流输电系统中单相短路电流过大进行限制；其中，接地电抗器的参数选择需同时满足短路电流限制与中性点绝缘水平的要求。
进一步的，在直流输电系统中，换流变压器一侧连接交流系统，另一侧连接换流器高压/低压阀组一侧，高压/低压阀组另一侧连接直流线路，并将交流电能转化为直流电传输，接地电抗器一端安装于YNd接法换流变压器中性点，另一端接地。
进一步的，接地电抗器的参数选择具体包括：
首先，选择换流变压器中性点接地电抗器电抗值XN，然后选择换流变压器中性点接地电抗器额定热短路电流IN。
通过式(1)计算结果取整选择换流变压器中性点接地电抗器电抗值XN：
Figure BDA0002157308860000021
XT—换流变压器正序电抗值；
UN—换流变压器中性点最高工频耐受电压；
U—换流变压器绕组连接交流系统最高运行相电压；
k—换流变压器绕组连接交流系统正序等值电抗与零序等值电抗比值。
其中，通过上述方式能够快速准确的选择出接地电抗器的相关参数。
进一步的，通过式(2)选择换流变压器中性点接地电抗器额定热短路电流IN：
Figure BDA0002157308860000022
进一步的，额定机械短路电流取额定热短路电流2.55倍，额定持续电流取额定热短路电流5％。
进一步的，k取1/3。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本方法计算公式简便，需要参数少，且无需进行电网仿真计算，能够快速的选择出接地电抗器的参数；
本方法选择的换流变压器中性点接地电抗器参数可兼顾短路电流限制与换流变压器中性点绝缘水平，参数选择方法更加合理和有效。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1为换流变压器交流母线发生单相接地故障示意图；
图2为故障情况下系统正序网络示意图；
图3为故障情况下系统负序网络示意图；
图4为故障情况下系统零序网络示意图；
图5为直流系统单极换流变压器、高/低压换流阀与500kV交流电网和直流线路连接示意图；
其中，U1、U2、U3分别为短路点正序电压、负序电压、零序电压，XT、X2T、X0T分别为换流变压器正序电抗、负序电抗、零序电抗；Q1，Q2，Q3，Q93均为直流线路开关。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明是采取以下的技术方案来实现的：
直流输电系统中，换流变压器一侧连接交流系统，另一侧连接换流器高压/低压阀组，高压/低压阀组另一侧连接直流线路，并将交流电能转化为直流电传输。接地电抗器安装于YNd接法换流变压器中性点。
本发明特征在于：通过式(1)计算结果取整选择换流变压器中性点接地电抗器电抗值XN。
Figure BDA0002157308860000031
XT—换流变压器正序电抗值；
UN—换流变压器中性点最高工频耐受电压；
U—换流变压器绕组连接交流系统最高运行相电压；
k—换流变压器绕组连接交流系统正序等值电抗与零序等值电抗比值，k取1/3；
进一步通过式(2)选择换流变压器中性点接地电抗器额定热短路电流IN，额定机械短路电流取额定热短路电流2.55倍，额定持续电流取额定热短路电流5％。
Figure BDA0002157308860000032
对式(1)的推导如下：
换流变压器中性点接入接地电抗器后，总零序电抗X0T为：
X0T＝XT+3XN (3)
对图1所示的简化系统，换流变压器连接交流母线发生短路故障，正序、负序、零序网络分别入图2-图4所示，短路点单相短路电流Isc为：
Figure BDA0002157308860000041
式中//表示并联，X1、X2、X0分别为换流变压器连接交流系统正序等值电抗、负序等值电抗、零序等值电抗。单相短路时短路相正、负、零序电流相等，有：
Isc＝Isc0+Isc1+Isc2＝3Isc0 (5)
式中，Isc1、Isc2、Isc0分别为短路点正序、负序、零序电流。流经换流变中性点的电流IN0为：
Figure BDA0002157308860000042
交流系统正序等值电抗可近似等于负序等值电抗，式(4)带入式(6)得：
Figure BDA0002157308860000043
换流变压器中性点电压UN0：
Figure BDA0002157308860000044
式(3)代入式(8)可得：
Figure BDA0002157308860000045
令
Figure BDA0002157308860000046
则：
Figure BDA0002157308860000047
一方面，考虑较为恶劣的情况，即系统强度足够大时，X1较小。另一方面，为保留一定计算裕度，可舍去
Figure BDA0002157308860000048
项。因此，换流变压器中性点工频最高电压UN0计算公式可简化为：
Figure BDA0002157308860000051
根据绝缘要求，换流变压器中性点工频最高电压UN0应小于等于换流变压器中性点工频耐受电压UN，综合考虑限制短路电流需要与中性点绝缘水平，接地电抗器参数选择时可考虑UN0等于UN，可由式(11)推导出式(1)。
某特高压直流输电系统额定电压800kV，额定输送容量8000MW，交流侧与500kV电网相连。换流站分为正负两极，一极共包含4台换流变压器，其中两台为YNd接线，两台为YNy接线，如图5所示。YNd换流变压器额定容量均为1212MVA，漏抗19.49％。折合有名值为44.32Ω。
按本发明所提方法，根据式(1)计算中性点接地电抗器电抗值，XT＝44.32Ω，UN＝95kV，U＝317.5kV，k＝1/3。计算得接地电抗器电抗值XN取整后为14Ω，根据式(2)计算中性点接地电抗器额定热短路电流可取6.8kA，额定机械短路电流取17.34kA，额定持续电流取额定热短路电流0.34kA。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种换流变压器中性点接地电抗器参数选择方法，其特征在于，所述方法包括：
在直流输电系统中换流变压器中性点加装接地电抗器，降低换流站单相短路电流；其中，接地电抗器的参数选择需同时满足短路电流限制与换流变压器中性点绝缘水平的要求；接地电抗器的参数选择包括：首先，选择换流变压器中性点接地电抗器电抗值XN，然后选择换流变压器中性点接地电抗器额定热短路电流IN；
其中，通过式(1)计算结果取整选择换流变压器中性点接地电抗器电抗值XN：
Figure FDA0002914299230000011
XT—换流变压器正序电抗值；
UN—换流变压器中性点最高工频耐受电压；
U—换流变压器绕组连接交流系统最高运行相电压；
k—换流变压器绕组连接交流系统正序等值电抗与零序等值电抗比值；
通过式(2)选择换流变压器中性点接地电抗器额定热短路电流IN：
Figure FDA0002914299230000012
2.根据权利要求1所述的换流变压器中性点接地电抗器参数选择方法，其特征在于，接地电抗器一端接于YNd接法换流变压器中性点，另一端接地。
3.根据权利要求1所述的换流变压器中性点接地电抗器参数选择方法，其特征在于，k取1/3。
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