CN214755544U - 一种特高压直流输电换流器隔离电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种特高压直流输电换流器隔离电路，用于特高压直流输电系统，系统包括两个直流极，每个直流极至少包括两个串联的换流器。隔离电路包括旁通开关、换流器母线隔离刀闸、换流器母线隔离开关和旁通刀闸，旁通开关与换流器并联成并联回路；换流器母线隔离刀闸一端连接并联回路一端；换流器母线隔离开关一端连接并联回路的另一端；旁通刀闸一端连接换流器母线隔离刀闸的另一端，旁通刀闸的另一端连接换流器母线隔离开关的另一端。当系统双极平衡运行时，检测到换流器阀区接地故障时，不闭锁整个直流极，闭锁故障换流器，通过隔离电路隔离故障换流器，保证无故障换流器继续运行，避免损失较大直流输送功率。

Description

一种特高压直流输电换流器隔离电路

技术领域

本申请涉及高压直流输电领域，具体涉及一种特高压直流输电换流器隔离电路。

背景技术

特高压直流输电系统一般采用两个换流器串联组成一个直流极，根据现有的工程分为常规特高压直流输电系统、分层接入特高压直流输电系统和混合特高压直流输电系统。

常规特高压直流输电系统为一个直流极的高、低端换流器都为电网换相换流器，且接入同一个交流电网。

分层接入特高压直流输电系统为一个直流极的高、低端换流器都为电网换相换流器，且分别接入两个不同的交流电网。

混合特高压直流输电系统分为两种：站间混合、极间混合和极内混合，站间混合的混合特高压直流输电系统采用电压源换流器的换流站一个直流极的高、低端换流器都为电压源换流器，极间混合的混合特高压直流输电系统采用电压源换流器的直流极的高、低端换流器都为电压源换流器，极内混合的混合特高压直流输电系统采用电网换相换流器和电压源换流器的直流极的高、低端换流器分别为电网换相换流器和电压源换流器。

当特高压直流输电系统双极平衡运行时，换流器检测到换流器阀区接地故障时，现有技术通过闭锁整个直流极来隔离故障，故障隔离后，采用单极大地继续运行，或者转金属回线运行，或者通过重启直流极的非故障换流器来实现双极平衡运行。

现有技术主要存在以下几个问题。第一，闭锁整个直流极后，接地极线将流过很大电流，容易导致附近变电站的变压器有直流偏磁，引起变压器饱和。第二，闭锁整个直流极后，如果输送功率较大，会损失较多的直流功率。第三，闭锁整个直流极后，故障点会流过更多的故障电流。

实用新型内容

本申请实施例提供一种特高压直流输电换流器隔离电路，用于特高压直流输电系统，所述系统包括两个直流极，每个直流极至少包括两个串联的换流器，其特征在于，所述隔离电路包括换流器旁通开关、换流器母线隔离刀闸、换流器母线隔离开关和换流器旁通刀闸，所述换流器旁通开关与换流器并联连接组成并联回路；所述换流器母线隔离刀闸的一端连接所述并联回路的一端；所述换流器母线隔离开关的一端连接所述并联回路的另一端；所述换流器旁通刀闸的一端连接所述换流器母线隔离刀闸的另一端，所述换流器旁通刀闸的另一端连接所述换流器母线隔离开关的另一端。

根据一些实施例，所述换流器包括电网换相换流器、电压源换流器、电流源型阀组和电压源型阀组的至少一种。

根据一些实施例，如果所述换流器采用电网换相换流器，则所述换流器为单个电网换相换流器或两个及以上电网换相换流器并联；如果所述换流器采用电压源换流器，则所述换流器为单个电压源换流器或两个及以上电压源换流器并联；如果所述换流器采用电流源型阀组，则所述换流器为多个电流源型阀组串联；如果所述换流器采用电压源型阀组，则所述换流器为多个电压源型阀组串联。

根据一些实施例，所述电流源型阀组包括电网换相换流器或者电网换相换流器和阀组第一旁通开关并联结构。

根据一些实施例，所述电网换相换流器和阀组第一旁通开关并联结构包括电网换相换流器、阀组第一旁通开关、阀组第一旁通刀闸、阀组第一隔离刀闸和阀组第二隔离刀闸，其中，所述电网换相换流器与所述阀组第一旁通开关并联连接，并联连接后的两端分别连接所述阀组第一隔离刀闸和所述阀组第二隔离刀闸的一端，所述阀组第一旁通刀闸的两端分别连接所述阀组第一隔离刀闸和所述阀组第二隔离刀闸的另一端。

根据一些实施例，所述电压源型阀组包括单个电压源换流器或两个及以上电压源换流器并联结构；或单个电压源换流器或两个及以上电压源换流器并联，再与阀组第二旁通开关并联结构。

根据一些实施例，所述单个电压源换流器或两个及以上电压源换流器并联，再与阀组第二旁通开关并联结构，包括单个电压源换流器或并联的两个及以上电压源换流器、阀组第二旁通开关、阀组第二旁通刀闸、阀组第三隔离刀闸和阀组第四隔离刀闸，其中，所述电压源换流器与所述阀组第二旁通开关并联连接，并联连接后的两端分别连接所述阀组第三隔离刀闸和所述阀组第四隔离刀闸的一端，所述阀组第二旁通刀闸的两端分别连接所述阀组第三隔离刀闸和所述阀组第四隔离刀闸的另一端。

根据一些实施例，所述换流器母线隔离刀闸的另一端连接换流器第一母线，所述换流器母线隔离开关的另一端连接换流器第二母线；所述换流器第一母线为高压母线，所述换流器第二母线为低压母线；或所述换流器第一母线为低压母线，所述换流器第二母线为高压母线。

根据一些实施例，所述换流器旁通开关包括机械开关，所述换流器旁通刀闸包括机械开关、刀闸的至少一种，所述换流器母线隔离刀闸包括机械开关、刀闸的至少一种，所述换流器母线隔离开关包括具有分断直流电流能力的机械开关。

根据一些实施例，所述具有分断直流电流能力的机械开关包括直流转换开关，所述直流转换开关包括三个并联分支：SF6断续器分支、电感线圈和电容器串联分支和非线性电阻器分支。

本申请实施例提供的技术方案，当特高压直流输电系统双极平衡运行时，换流器检测到换流器阀区接地故障时，不闭锁整个直流极，闭锁故障的换流器，通过上述隔离电路隔离故障的换流器，保证其他无故障的换流器继续运行，避免损失较大直流输送功率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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1A是本申请实施例提供的一种特高压直流输电换流器隔离电路示意图。

图1B是本申请实施例提供的另一种特高压直流输电换流器隔离电路示意图。

图2是本申请实施例提供的一种特高压直流输电系统的主回路示意图。

图3是本申请实施例提供的一种直流转换开关示意图。

图4A是本申请实施例提供的采用电网换相换流器的换流器结构。

图4B是本申请实施例提供的采用电压源换流器的换流器结构。

图4C是本申请实施例提供的采用电流源型阀组的换流器结构。

图4D是本申请实施例提供的采用电压源型阀组的换流器结构。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

应当理解，本申请的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

图1A是本申请实施例提供的一种特高压直流输电换流器隔离电路示意图。特高压直流输电换流器隔离电路用于特高压直流输电系统，特高压直流输电系统包括两个直流极，每个直流极至少包括两个串联的换流器。

特高压直流输电换流器隔离电路包括换流器旁通开关3、换流器母线隔离刀闸41、换流器母线隔离开关42和换流器旁通刀闸5。

换流器旁通开关3与换流器并联连接组成并联回路。换流器母线隔离刀闸41的一端连接并联回路的一端。换流器母线隔离开关42的一端连接并联回路的另一端。换流器旁通刀闸5的一端连接换流器母线隔离刀闸41的另一端，换流器旁通刀闸5的另一端连接换流器母线隔离开关42的另一端。

在图1A中，换流器第一母线为高压母线，换流器第二母线为低压母线。

可选地，换流器第一母线为低压母线，换流器第二母线为高压母线，如图1B所示。

换流器旁通开关3包括机械开关，换流器旁通刀闸5包括机械开关、刀闸的至少一种，换流器母线隔离刀闸41包括机械开关、刀闸的至少一种。换流器母线隔离开关42包括具有分断直流电流能力的机械开关。具有分断直流电流能力的机械开关为直流转换开关，直流转换开关包括三个并联分支：SF6断续器分支、电感线圈和电容器串联分支和非线性电阻器分支。

图2是本申请实施例提供的一种特高压直流输电系统的主回路示意图，特高压直流输电换流器隔离电路采用了图1A的结构。

特高压直流输电系统的主回路包括整流站19、逆变站20、直流线路11、接地极线路9和接地极10。

整流站19包括直流极I17、直流极II18、交流滤波器12、交流系统13和金属回线转换开关8。逆变站20包括直流极I17、直流极II18、交流滤波器12和交流系统13。

直流极I17或直流极II18包括高端阀组15、低端阀组16、换流变压器14、直流滤波器7和平波电抗器6。其中，高端阀组15和低端阀组16串联连接。高端阀组15包括高端换流器1、旁通开关3、换流器母线隔离刀闸41、换流器母线隔离开关42和旁通刀闸5。低端阀组16包括低端换流器2、旁通开关3、换流器母线隔离刀闸41、换流器母线隔离开关42和旁通刀闸5。其中，高端换流器1和低端换流器2为电网换相换流器或电压源换流器。

如果整流站19和逆变站20的直流极I17和直流极II18的高端换流器1和低端换流器2都为电网换相换流器，高端换流器1和低端换流器2连接同一个交流电网，则为常规特高压直流输电系统。

如果整流站19和逆变站20的直流极I17和直流极II18的高端换流器1和低端换流器2都为电网换相换流器，高端换流器1和低端换流器2连接不同交流电网，则为分层接入特高压直流输电系统。

如果整流站19的直流极I17和直流极II18的高端换流器1和低端换流器2都为电网换相换流器，逆变站20的直流极I17和直流极II18的高端换流器1和低端换流器2都为电压源换流器，则为站间混合的混合特高压直流输电系统。

如果整流站19的直流极I17和直流极II18的高端换流器1和低端换流器2都为电网换相换流器，逆变站20的直流极I17和直流极II18的高端换流器1为电网换相换流器，低端换流器2为电压源换流器，则为极内混合的混合特高压直流输电系统。

整流站19或逆变站20通过接地极线路9与接地极10连接。功率正送时，整流站19的交流系统13通过其高端换流器1和低端换流器2将交流电转化为直流电，通过直流线路11输送到逆变站20。逆变站20通过其高端换流器1和低端换流器2将直流电转化为交流电送到逆变站20的交流系统13，从而实现直流功率正送。整流站的换流器一般运行在电流控制，逆变站的换流器一般运行在电压控制或最大触发角控制(AMAX)。整流站19和逆变站20采集的模拟量信号包括高端换流器1的直流侧的高压母线电流IDC1P、低压母线电流IDC1N、低端换流器2的直流侧的高压母线电流IDC2P、低压母线电流IDC2N，直流中性母线电流IDNC，直流极母线电流IDL，直流极母线电压UDL和直流中性母线电压UDN。

图2中示出的换流器母线隔离刀闸41采用刀闸，换流器第一母线为高压母线。换流器母线隔离开关42采用直流转换开关，换流器第二母线为低压母线。上述高压母线为换流器直流侧靠近直流母线的母线，低压母线为换流器直流侧靠近中性母线的母线。

换流器投入运行时，旁通开关3和旁通刀闸5处于分位，换流器母线隔离刀闸41和换流器母线隔离开关42处于合位。当阀区发生接地故障时，通过上述隔离电路隔离换流器，操作顺序为合旁通开关3，合旁通刀闸5，分换流器母线隔离刀闸41，分换流器母线隔离开关42，分旁通开关3，换流器隔离完成。上述操作需要确认开关或刀闸到位后，才执行下一步，否则停止操作。

需要指出的是，图2的实施例中可以只在低端换流器2配置特高压直流输电换流器隔离电路，高端换流器1仍采用传统的隔离电路。

图3是本申请实施例提供的一种直流转换开关示意图。

直流转换开关包括三个并联分支：SF6断续器分支31、电感线圈32和电容器33串联分支、非线性电阻器34分支。

电感线圈32、电容器33以及非线性电阻器34安装在绝缘平台35上。电容器33、非线性电阻器34、SF6断续器分支31与绝缘平台35连接，电感线圈32与绝缘平台35绝缘。为了避免LC与外部直流线路形成谐振回路，在电感线圈32和电容器33回路上加装隔离开关。

图1A和图1B所示的换流器包括电网换相换流器、电压源换流器、电流源型阀组和电压源型阀组的至少一种。

图4A是本申请实施例提供的采用电网换相换流器的换流器结构。电网换相换流器共有十二个桥臂51，每个桥臂51并联避雷器52，电网换相换流器的阳极、阴极和中点分别配置避雷器。电网换相换流器通过阀组连接线50与换流变压器连接。

图4B是本申请实施例提供的采用电压源换流器的换流器结构。电压源换流器采用模块化多电平换流器，共有六个桥臂。每个桥臂由N个子模块55和一个电抗器56串联组成，每个桥臂并联避雷器57，模块化多电平换流器的正极和负极也分别配置避雷器。电压源换流器通过隔离刀闸53和预充电电阻54的并联电路与换流变压器连接。

图4C是本申请实施例提供的采用电流源型阀组的换流器结构。换流器采用两个电流源型阀组串联。电流源型阀组包括图4A所示的电网换相换流器、阀组第一旁通开关63、阀组第一旁通刀闸65、阀组第一隔离刀闸61和阀组第二隔离刀闸62。

图4D是本申请实施例提供的采用电压源型阀组的换流器结构。换流器采用两个电压源型阀组串联。电压源型阀组包括图4B所示的电压源换流器、阀组第二旁通开关68、阀组第二旁通刀闸69、阀组第三隔离刀闸66和阀组第四隔离刀闸67。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种特高压直流输电换流器隔离电路，用于特高压直流输电系统，所述系统包括两个直流极，每个直流极至少包括两个串联的换流器，其特征在于，所述隔离电路包括：

换流器旁通开关，与换流器并联连接组成并联回路；

换流器母线隔离刀闸，一端连接所述并联回路的一端；

换流器母线隔离开关，一端连接所述并联回路的另一端；

换流器旁通刀闸，所述换流器旁通刀闸的一端连接所述换流器母线隔离刀闸的另一端，所述换流器旁通刀闸的另一端连接所述换流器母线隔离开关的另一端。

2.如权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述换流器包括电网换相换流器、电压源换流器、电流源型阀组和电压源型阀组的至少一种。

3.如权利要求2所述的隔离电路，其特征在于，如果所述换流器采用电网换相换流器，则所述换流器为单个电网换相换流器或两个及以上电网换相换流器并联；如果所述换流器采用电压源换流器，则所述换流器为单个电压源换流器或两个及以上电压源换流器并联；如果所述换流器采用电流源型阀组，则所述换流器为多个电流源型阀组串联；如果所述换流器采用电压源型阀组，则所述换流器为多个电压源型阀组串联。

4.如权利要求2或3所述的隔离电路，其特征在于，所述电流源型阀组包括电网换相换流器或者电网换相换流器和阀组第一旁通开关并联结构。

5.如权利要求4所述的隔离电路，其特征在于，所述电网换相换流器和阀组第一旁通开关并联结构包括电网换相换流器、阀组第一旁通开关、阀组第一旁通刀闸、阀组第一隔离刀闸和阀组第二隔离刀闸，其中，所述电网换相换流器与所述阀组第一旁通开关并联连接，并联连接后的两端分别连接所述阀组第一隔离刀闸和所述阀组第二隔离刀闸的一端，所述阀组第一旁通刀闸的两端分别连接所述阀组第一隔离刀闸和所述阀组第二隔离刀闸的另一端。

6.如权利要求2或3所述的隔离电路，其特征在于，所述电压源型阀组包括单个电压源换流器或两个及以上电压源换流器并联结构；或单个电压源换流器或两个及以上电压源换流器并联，再与阀组第二旁通开关并联结构。

7.如权利要求6所述的隔离电路，其特征在于，所述单个电压源换流器或两个及以上电压源换流器并联，再与阀组第二旁通开关并联结构，包括单个电压源换流器或并联的两个及以上电压源换流器、阀组第二旁通开关、阀组第二旁通刀闸、阀组第三隔离刀闸和阀组第四隔离刀闸，其中，所述电压源换流器与所述阀组第二旁通开关并联连接，并联连接后的两端分别连接所述阀组第三隔离刀闸和所述阀组第四隔离刀闸的一端，所述阀组第二旁通刀闸的两端分别连接所述阀组第三隔离刀闸和所述阀组第四隔离刀闸的另一端。

8.如权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，

所述换流器母线隔离刀闸的另一端连接换流器第一母线，所述换流器母线隔离开关的另一端连接换流器第二母线；

所述换流器第一母线为高压母线，所述换流器第二母线为低压母线；或

所述换流器第一母线为低压母线，所述换流器第二母线为高压母线。

9.如权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述换流器旁通开关包括机械开关，所述换流器旁通刀闸包括机械开关、刀闸的至少一种，所述换流器母线隔离刀闸包括机械开关、刀闸的至少一种，所述换流器母线隔离开关包括具有分断直流电流能力的机械开关。

10.如权利要求9所述的隔离电路，其特征在于，所述具有分断直流电流能力的机械开关包括直流转换开关，所述直流转换开关包括三个并联分支：SF6断续器分支、电感线圈和电容器串联分支和非线性电阻器分支。

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