[發明專利]高壓直流輸電系統換流站絕緣配合設計方法

有效

• 申請號: 200910272428.0
• 申請日: 2009-10-16
• 公開（公告）號: CN101694939A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發明（設計）人: 黃瑩;劉映尚;何俊佳;黎小林;張丹丹;呂金壯;賀恒鑫;許樹楷;董曼玲;謝施君;謝耀恒;許瀾
• 申請（專利權）人: 南方電網技術研究中心;華中科技大學
• 主分類號: H02J1/00
• 分類號: H02J1/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 方放

1.一種高壓直流輸電系統換流站絕緣配合設計方法，包括避雷器配置步驟、系統分析步驟和絕緣配合步驟；

一.避雷器配置步驟，包括下述子步驟：

1.1選擇換流站的主接線：用戶根據直流系統電壓等級選擇不同的主接線，主接線包括單極十二脈動橋和單極雙十二脈動橋，電壓等級為±500kV時選擇單極十二脈動橋；電壓等級為±800kV時選擇單極雙十二脈動橋；

1.2輸入系統基本參數：系統基本參數包括額定功率P_r、額定電壓U_r、額定電流I_r、設計觸發角α，設計關斷角β，線路長度l，線路最高運行電壓U_dcm、線路最高運行電流I_dcm，12次諧波電流含量K_d(12)，線路單位長度電阻值r_dcl，換流變壓器的閥側電壓最大值U_vmax，換相過沖系數K₁；

1.3配置避雷器位置與數量：參考國家電力行業標準DL/T?605-1996《高壓直流轉流站絕緣配合導則》和國家電網公司企業標準Q/GDW144-2006《±800kV特高壓直流換流站過電壓保護和絕緣配合導則》給出的避雷器配置位置，確定設計的避雷器位置、類型及數量；

1.4輸入荷電率、閥片型號：用戶輸入系統初步設計中確定的避雷器荷電率以及避雷器伏安特性曲線的閥片文件；

1.5計算CCOV、PCOV和U_ref，并生成避雷器文件：結合系統參數，根據各點避雷器給定的計算公式計算避雷器的持續運行電壓CCOV和持續運行電壓峰值PCOV，同時計算閥的參考電壓U_ref＝PCOV/荷電率，并根據閥片文件，計算生成與相應避雷器一一對應的避雷器文件，以備后續步驟調用；

二.系統分析步驟，包括下述子步驟：

2.1搭建仿真模型：根據實際系統的接線方式，通過選用元件庫中對應的元件，搭建與實際系統相同的仿真模型；

2.2用戶添加避雷器：用戶將元件庫中避雷器元件分別配置在仿真模型對應的位置上，同時根據設計的避雷器類型調用對應的避雷器文件；

2.3進行仿真分析：用戶依據系統絕緣配合分析需要，從相應的DL/T605-1996導則和Q/GDW?144-2006標準中給出的所有故障類型中，任意選擇待分析的故障類型，并對仿真模型進行仿真分析；

2.4提取避雷器特征值：針對每種故障類型仿真分析結果，在故障發生的時間區域里，提取各個避雷器各自對應的最大殘壓、最大電流和能量并保存，轉絕緣配合步驟；

三.絕緣配合步驟，包括下述子步驟：

3.1選擇最嚴重故障類型及避雷器特征值：利用系統分析步驟中提取的各種故障類型下避雷器的最大殘壓、最大電流和能量特征值，選擇其中避雷器的最大殘壓、最大電流值最大的故障類型作為最嚴重故障類型，其對應的避雷器的最大殘壓、最大電流和能量作為避雷器特征值；

3.2選擇配合電流：用戶根據最嚴重故障類型下的避雷器特征值，確定避雷器的配合電流，其原則是：所述配合電流大于避雷器特征值中的最大電流；

3.3計算避雷器保護水平：結合避雷器文件的伏安特性曲線，提取避雷器伏安特性曲線上配合電流對應的電壓值，作為避雷器保護水平；

3.4輸入比率RSIWV/SIPL、比率RLIWV/LIPL：按照設計要求，參照DL/T?605-1996導則和Q/GDW?144-2006導則中給出的選用范圍，輸入要求操作耐受水平和額定操作耐受水平的比率RSIWV/SIPL；輸入要求雷電耐受水平和額定雷電耐受水平的比率RLIWV/LIPL；

3.5計算避雷器的操作保護水平和雷擊保護水平：結合避雷器文件的伏安特性曲線，計算避雷器的操作保護水平SIPL和雷擊保護水平LIPL，操作保護水平SIPL＝避雷器保護水平×比率RSIWV/SIPL；雷擊保護水平LIPL＝避雷器保護水平×比率RLIWV/LIPL；

3.6配置端對地、端對端絕緣水平：根據避雷器的操作保護水平和雷擊保護水平，確定避雷器保護設備端對地、端對端的操作絕緣水平和雷電絕緣水平，完成系統絕緣配合；

其中，避雷器保護設備端對地、端對端的操作絕緣水平大于相應避雷器的操作保護水平；

避雷器保護設備端對地、端對端的雷電絕緣水平大于相應避雷器的雷擊保護水平。

2.如權利要求1所述的高壓直流輸電系統換流站絕緣配合設計方法，其特征在于：

所述系統分析步驟中，所述元件庫包括下述元件：

電阻：電氣參數-電阻值，單位Ω；

電容：電氣參數-電容值，單位μF；

電感：電氣參數-電感值，單位mH；

接地：無電氣參數；

開關：分為時控開關和壓控開關，時控開關電氣參數-閉合時間/斷開時間，單位sec；

測量元件：分為電壓和電流測量元件；

交流源：分為單相和三相交流電壓源，內阻抗等于零，電氣參數-電壓有效值，單位V；頻率，單位Hz；初相角，單位deg；電壓上升時間，單位sec；

變壓器：為三相兩繞組變壓器，電氣參數-原邊電壓，單位kV；原邊電阻，單位Ω；原邊電感，單位mH；副邊電壓，單位kV；副邊電阻，單位Ω；副邊電感，單位mH；勵磁電流，單位A；勵磁磁通，單位Wb；勵磁電阻，單位Ω；

6脈動橋：由6個晶閘管組成，包括觸發角α和熄弧角γ測量，觸發、閥閉鎖和閥解鎖控制；每個晶閘管包含RC阻尼回路；電氣參數-晶閘管門檻電壓，單位V；保持電流，單位A；阻尼電阻，單位Ω；阻尼電容，單位μF；

鎖相環PLL：鎖相環的控制目標是跟蹤母線正序基頻電壓的相位變化，為換流器的觸發提供和母線正序基頻電壓同步的相位；輸入三相交流母線電壓，輸出信號為整流測母線A相對地電壓同步的鋸齒波信號；電氣參數-鎖相環積分環節系數Ki；鎖相環比例環節系數Kp；

脈動閥觸發GFU：輸入觸發角α、鎖相環輸出的控制信號和解鎖信號送入，產生6路觸發信號，對6個閥依次進行觸發；

極控制：包括整流測定電流控制和定觸發角α_min控制，逆變側定電流控制和關斷角γ₀控制，兩者都配備有低壓限流環節；將測量到的整流測電流、逆變側電流和電壓、上一周期逆變測最小熄弧角γ作為輸入；逆變側兩種控制方式中在任何時刻都只有一個被選中，將兩個控制方式輸出的提前觸發角β取最大輸出；得到極控制元件最后的兩個輸出分別是整流側觸發角α和逆變側觸發角α；電氣輸入-整定電流，單位p.u；關斷角整定值，單位rad；

傳輸線：用于模擬輸電線走廊里架空線的基本特性，基于頻率相關的杰瑪特JMarti模型，計算任意結構的架空線路的電阻、電感和電容矩陣；電氣參數-架空線單位長度電阻，單位Ω*m；架空線的長度，單位km；導線及地線內徑和外徑，單位cm；導線及地線直流電阻，單位Ω；水平位置、桿塔高度和檔距高度，單位m；分裂間距，單位cm；參考角，單位deg；導線根數；

避雷器：模擬無間隙金屬氧化物避雷器模型，電氣參數-參考電壓，單位kV；閃絡電壓，單位kV；需要關聯伏安特性I-V曲線；

高壓直流輸電保護模塊：包括過電流保護、交流側過電壓保護、直流差分保護、直流側低壓保護、緊急停運、逆變站開路保護、短路保護、閥組差分保護；電氣參數-保護動作基準值，單位電流kA，電壓kV；動作延遲時間，單位sec。