云广直流特高压换流变压器短路阻抗的选择（可编辑）

云广直流特高压换流变压器短路阻抗的选择（可编辑） 云广直流特高压换流变压器短路阻抗的选择 第 32 卷 第 9 期 高 电 压 技 术 Vol 32 No 9 ?100 ? 2006 年 9 月 High Volt age Engineering Sep 2006 云广直流特高压换流变压器短路阻抗的选择 刘艳华 广东省电力研究院 广州 5 10600 摘 要 由于 ?800kV 云广特高压直流输电工程电压高 容量大 且设备缺乏实际制造和运行经验 为合理选择换 流变短路阻抗以限制最大可能短路电流在阀的承受水平又不使无功损 耗增加和换相压降过大 分析了目前晶闸管 的制造水平与性能参数及不同故障时换流阀能承受的最大可能短路电 流 以云广特高压工程逆变侧穗东换流站为 例 计算得出换流变压器的短路阻抗为 16,18 关键词 特高压直流 换流变压器 短路阻抗 换 流阀 短路电流 中图分类号 TM42 文献标识码 A 文章编 号 10036520 2006 090 10003 Design of Converter Transformer Short Circuit Impedance in Yunguang UHVDC Project L IU Yanhua Guan gdo ng elect ric p ower de sign in stit ut e Guan gzhou 5 10600 China Abstract Ult ra high volt age direct current U HVDC power t ran smi ssion sy st em s are u sed in many count ries in re cent year s U ntil now t he highest volt age in commercial syst em s i s 600 kV However it i s a t rend to increa se t he volt age level to 800 kV in t he U HVDC power sy st ems for lar ger amount of power and longer di st ance t ran smi ssion The design of Yunguang U HVDC p roj ect f rom Yuanan to Guangdong Province will be t he fir st p ractical 800 kV U HVDC sy st em in China and even in t he world Therefore it i s short of t he manufact ure and op erational exp erience of t hi s kind of U HVDC equip ment In t hi s p ap er t he con sideration s in det ermining t he short circuit imp edance of a convert er t ran sformer are roughly int roduced t hat i s a comp romi se on limiting t he fault current in t he valves and de crea sing t he var lo ss in t he convert er The convert er valves adop t ed in some ot her Chinese HVDC p roj ect s and t he ones in Yunguang p roj ect are briefly mentioned Then wit h an analysi s of t he imum endurable fault current in t he convert er valves during different fault s such as t he bridge shortcircuit fault DC bu s fault commut ation fail ure fault t urnon and fail to t urnon t he imum po ssible fault current t hrough t he convert er t ran sformer i s ob t ained Based on t he manufact ure t echnology and t he p erformance p aramet er s of t hese mo dern t hyri story valves to get her wit h t he derived imum fault current t he short circuit react ance could be calculat ed Finally t aking t he invert er side of t he Huidong convert er st ation a s an example t he short circuit imp edance of it s convert er t ran sformer i s comp ut ed and t he final result i s obt ained involving cert ain mar gin Key words U HVDC convert er t ran sformer shortcircuit imp edance convert er valve shortcircuit current 每极 2 个 12 脉动阀组串联接线 电压为 ? 400 0 序 言 400 kV 并采用单相双绕组换流变压器 每极 12 南方 5 省东西部能源资源和经济发展很不均 台[9 ] 目前已有不少文献对该系统的不同方面进行 衡 经济发达的广东省电量严重不足 而云南贵州拥 了一些研究和探讨[ 1013 ] 本文根据以上系统 有 5 省区 90 的能源储备 故实施大容量西电东 ?800 kV 云广特高压直流工程换 主接线方式 介绍 送 促进资源优化配置是南方区域能源发展的必由 流变短路阻抗的选择 之路 也是南方电网公司的重要战略[ 1 ] 1 换 流变压器短路阻抗选择需考虑的问题 特高压直流输电是长距离大容量输电的较佳方 案[ 17 ] 为此 中国南方电网将建设世界上第一个 ? 直流系统短路故障时 为防止过大短路电流通 800 kV 云广特高压直流输电工程 它是南方电网特 过当时导通的健全阀而损坏元件 换流变的漏电抗 高压输电网络规划方案在十一五的实施 是南方 应足够大 以限制短路电流 换流变短路阻抗增大 电网十一五云电送粤主要输电通道 主要输送云 还会减小谐波电流幅值 但它也增加运行时消耗的 南小湾 金安桥水电站的电力到广东的负荷中心 同时也增大 无功 从而加大无功补偿设备的容量 此工程双极输送容量 5 GW 直流线路长约 换相压降 1500 km 是世界上 目前规模最大的直流工程 无实 因此换流变压器短路阻抗应保证限制最严重的 际的设备制造和运行经验 在考虑大件设备运输 故障下流过阀的短路电流在其承受的水平之内 同 投资等因素[ 8 ] 的情况下 两端换流站直流侧均采用 时又不宜过大 引起不必要的无功损耗 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved httpcom 2006 年 9 月 高 电 压 技 术 第 32 卷第 9 期 ?10 1 ? 求得 i1 的极大值 i1 - 2 299 I s3 当 ωt 2 阀的介绍 265 7?时 i5 达到最大值 i5 1 863 I s3 自1954 年世界上第一条商用 HVDC 输电线应 用以来 换流阀的制造和性能方面都取得了很大发 展[ 14 ] 选取换流变短路阻抗 需先确定换流阀能够 承受的最大 电流 我国近几年建设了多条 ?500 kV 远距离大容量直流输电工程 包括三峡 常州 三峡 广东 贵州 广东 I 回及建设中的贵州 广 东 II 回 双极输送容量均为 3 GW 晶闸管阀的额定 图 1 换流桥等值电路 直流电流为 3 kA 是世界上单回直流电流较大的工 Fig 1 Equivalent circuit of a converter bridge 程 其中有 ABB 和 SIEM EN S 技术的设备 故桥臂短路时 交流侧交替发生两相短路和三 相短路从而使 阀承受比正常运行大得多的电流[ 16 ] 三常工程 ABB 技术 采用 5 英寸晶闸管 换流 2 直流 母线短路 这种故障也会使换流变压器 阀能承受通态浪涌 非重复 电流峰值 36 kA 贵广 桥侧短路 它在 许多方面和桥臂短路类似 但两者 I 回 SIEM EN S 技术 采用 5 英寸晶闸管 换流阀能 根本差别在于 前者故障时 6 个桥臂仍保持正向导 承受通态浪涌 非重复 电流峰值 38 kA 云广直流 输电工程额定直流电压 ?800 kV 双极额定输送功 电后者故障时一故障臂从单相导电性变为双向均 [ 16 ] 率 5 GW 额定直流 电流 3 125 kA ABB SIE 可导电 经短路故障过程分析得 M EN S A R EV A 及国内西整公司等认为 在 ?500 i3 i4 1 866 I s3 i2 i5 I s3 kV 晶闸管换流阀设计 制造的基础上 针对 ?800 3 换相失败 误开通 不开通故障 换相失败故 kV 3 125 kA 晶闸管换流阀 采用优化后 5 英寸晶 障时 最大短路电流出现在换相失败后约 20 m s 时 闸管元件技术上可行 故初步确定采用 5 英寸晶闸 电流约为 2 倍额定电流 据以往工程经验 直流侧 管[ 15 ] 本文根据 5 英寸晶闸管能承受的通态浪涌 误开通和不开通故障过程和一次换相失败类似 只 电流峰值来计算换流变的短路阻抗 要加以控制 能够使其恢复正常[ 17 ] 分析可知 桥臂短路时 故障阀流过的短路电流 3 直流输电系统的故障分析 最大 为三相短路电流的2 299 倍 直流系统常见故障可分为桥臂短路 换流桥直 4 换流变短路阻抗的选择 流母线故障换相失败 误开通及不开通等 不同故 障情况下阀可能承受的最大短路电流如下 以逆变侧穗东换流站 见图2 为例 1 桥臂短路 一 6 脉动换流桥 见图 1 中 阀 V 1 和 V2 导通 V 1 向 V3 的换相过程相当于两相短 路的过程 如换相结束后立即发生阀 V 1 的桥臂短 路 接着阀V2 向V4 换相 因阀V 1 V3 V2 V4 同时 导通 a b c 3 点处在同一电位 则形成三相短路 阀 图2 系统等值网络 V2 向V4 换相结束后 V2 关断 则为两相短路直到 Fig 2 Equivalent circuit of the system 阀V3 向V5 换相 V5 导通后又转入三相短路状态 SB K X s X c 3 UB I s3 此时流过阀V 1 V3 V5 V4 的电流分别为 π X U S S K U U S 3 9 U I U c k B N B VN N dioN dN VN i1 Id - i3 - i5 γ UdioN 1 35 UdioN UdNR - RdN IdN 4 co s N - ω i3 - I s3 co s t 30? A 5 U 2 其中 基准电 S U 为选取的系统基准容量 k B B α ω i5 I s3 co s 30? - co s t - 90? 压 X ′为变压 器短路阻抗折算到高压侧的标幺值 U c k i4 Id 为变压器短路 阻抗 SN 为一组换流变压器的容量 α γ α 式中A 5 I s2 co s co s 90? - co s 120? UVN 为换流变 压器阀侧交流额定电压 UdioN 为一个 6 - I s3 0 5 co s 120? γ - co s 150? α i1 i3 脉 动换流器的额定理想空载电压 UdNR 为整流侧额定 i4 i5 分别为对应阀流过的电流 I s2 I s3 分别为两相 直 流电压 RdN 为输电线路的额定电阻 IdN 为额定直 α γ [ 17] 三相短路电流幅值 为触发角 为换相角 流电流 γ 为逆变侧的额定关断角 系统的短路阻 N ω α γ 按 d i d t 0 和 0 0 可求得 i 的极大 3 3 抗为 X s 0 001748 Ik 为流过阀的电流 ω α γ 值 i 1 432 I 按 d i d t 0 和 0 0 可 3 s3 1 根据前面 晶 闸管换流 阀的参数分析 Ik ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved httpcom ?102 ? Sep 2006 High Volt age Engineering Vol 32 No 9 i1 - 2 299 I s3 i1 2 299 I s3 36 kA at volt age s above 600 kV [ C ] Proc of IEEE P ES Tran smi ssion and Di s t ribution Conference Exhibition A sia and Pacific Dalian China 得 I 15 659 kA 取 γ 18? U 800 kV s3 N dN R 2005 17 IdN 3 125 kA 根据以上各式可求得换流变的短 [6 ] 袁清云 特高压直流输电技术现状及在我国的应用前景[J ] 电网技术 15 02 路阻抗 Uk 2005 29 14 13 [7 ] 李立浧 特高压直流输电的技术特点和工程应用 [J ] 电力系统 自动化 5 结 语 2005 29 24 56 [ 8 ] 戴熙杰 直流输电基础[M ] 北京 水利电力出版社 1990 基于 目前晶闸管的制造水平和运行经验 在 ? [9 ] 梁沛权 王 燕 朱海华 等 ?800 kV 穗东换流站可行性研究 云 广特 高压直流输电工程可行性研究报告第四卷第三册[ R ] 广 州 广东省电力 800 kV 云广特高压直流输电工程换流变短路阻抗 设计研究院 2005 的选择时根据计算结果并考虑适量的裕度 逆变侧 燕 王建平 ?800 kV 穗东换流站直流阀组接线的初步研究 [J ] [ 10 ] 王 武汉大学学报 理学版 2005 5 1 S2 102104 换流变短路阻抗初步定为 16 ,18 短路阻抗 [ 11 ] 张劲松 特高压直流平波电抗器的选择 [J ] 广东电力 2006 19 5 的选择是一个不断优化的过程 它会直接对变压器 3638 45 的重量 尺寸和费用 绕组接线等方面产生一定影 [ 12 ] 范建斌 于永清 刘泽洪 等 ?800 kV 特高压直流输电体系 的建 立[J ] 电网技术 2006 30 14 16 响目前世界上只有 日本 俄罗斯两 国拥有 1000 [ 13 ] 伍文城 李 新 丁 君 等 云广 ?800 kV 直流输电工程输电容 量探 kV 特高压交流 电网 且都是短距离输 电 ?800 讨[J ] 电力设备 2006 17 5 2730 kV 直流输电技术国际上尚无运行经验 关键技术 [ 14 ] L e scale V F Mo dern HVDC St at e of t he art and develop ment t rends [ C ] Proc of International Conference on Power Sy stem Technolo gy 和设备有待进一步研究开发 Beij ing Elect ric Power Re search In stit ute 1998 446450 [ 15 ] 中国电力工程顾问集团公司 西南电力设计院 中南电力设计院 广东省 参 考 文 献 电力设计研究院 ?800kV 换流站直流主设备选择研究 云广特高压直 流输电工程可行性研究换流站专题研究之四[ R ] 广州 广 东省电力设 1] 尚 春 特高压输 电技术在南方电网的发展和应用 [J ] [ 高电压技术 计研究院 2005 2006 32 1 3537 [ 16 ] 浙江大学发电教研组直流输电科研组 直流输电[ M ] 北京 中国电力 [2 ] 周远翔 关志成 特 超高压输变 电技术发展动态 [J ] 高 电压技术 出版社 1982 200 1 27 2 4749 [ 17 ] 赵婉君 高压直流输电工程技术[M ] 北京 中国电力出版社 2004 [3 ] 舒印彪 中国直流输电的现状及展望[J ] 高电压技术 2004 30 11 1 2 20 刘艳华 1978 女 硕士生 从事电力设计工作 Email liuyanhua gedi [4 ] 曾南超 高压直流输 电在我 国电网发展 中的应用 [J ] 高 电压技术 com cn 2004 30 11 1112 收稿 日期 20060209 编辑 陈 蔓 [5 ] st rm U Weimer s L L e scale V et al Power t ran smi ssion wit h HVDC 上接第 87 页 [5 ] 曾连生 高压直流输电陆地接地极电气设计[J ] 华中电力 1993 6 6 2734 5 结 语 [6 ] 中国南方电网超高压输 电公司广州局 肇庆换流站运行规程 第二版 [M ] 广州 中国南方电网超高压输电公司广州局 2006 通过分析可知 影响接地极母线差动保护动作 [ 7 ] Siemen s GuiGuang HVDC t ran smi ssion p roj ect DC Prot ection EC335 1A Z [M ] Germany Siemen s 2004 正确性的关键因素是直流系统运行状态的正确识 [ 8 ] 李家干 肇庆 500kV 换流站电气部分综述 [J ] 广东输 电与 变 电技术 别 由于直流站控系统在直流结线转换过程中系统 2004 06 711 状态不定义的固有特征 保护系统引入了极控系统 [ 9 ] Siemen s GuiGuang HVDC t ran smi ssion p roj ect Pole Cont rol EC334 1A Z [M ] Germany Siemen s 2004 以及现场刀闸位置接点作为辅助判据 直流保护系 [ 10 ] Siemen s GuiGuang HVDC t ran smi ssion p roj ect DC St ation Cont rol 统中除接地极母线差动保护外 其它保护也需要依 EC332 1A Z [M ] Germany Siemen s 2004 [ 11 ] Siemen s GuiGuang HVDC t ran smi ssion p roj ect SimadynD Equip ment 靠现场运行方式的识别作为动作判据 正确协调各 EB4300_04_30A Z[ M ] Germany Siemen s 1999 状态信号之间的关系对接地极母线差动保护乃至整 [ 12 ] Siemen s GuiGuang HVDC t ran smi ssion p roj ect Simatic S5 Equip ment 个直流保护系统具有重大意义 EB4300_05_0 1A Z[ M ] Germany Siemen s 1999 [ 13 ] Siemen s GuiGuang HVDC t ran smi ssion p roj ect SIMA TIC STEP 5 本文方法 200606 在贵广直流输电系统中运行 ST V7 1 Manual EB4300_05_0 1A Z[M ] Germany Siemen s 1999 至今未见异常 可供同型保护参考 [ 14 ] 赵中原 方 志 邱毓昌 等 高压直流换流站技术现状与发展[J ] 中国 电力 2002 35 3 485 1 参 考 文 献 [ 15 ] 周 健 代保明 高压直流输电新技术在天广直流工程中的应用 [J ] 广 东电力 1997 5 59 [ 1] 丁 钊 韩伟强 天广直流输电系统双极运行情况[J ] 电网技术 [ 16 ] 陶 瑜 龙 英 韩 伟 高压直流输电控制保 护技术的发展与现状 [J ] 2003 27 9 4954 高电压技术 2004 30 11 810 [2 ] 陈红军 高压直流输电系统故障及控制策略[J ] 华中 电力 200 1 14 5 58 郭卫明 1980 男 学士 助工 从事高压直流输 电系统运行维护工作 E [3 ] 浙江大学直流输电编写组 直流输电[M ] 北京 中国电力出版社 1982 mail guoweiming sp sc com cn [4 ] 赵畹君 高压直流输电工程技术[M ] 北京 中国电力出版社 2004 收稿 日期 2006073 1 编辑 卫李静 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved httpcom