第14章直流系统过电压

1、高电压工程基础高电压工程基础高电压工程基础高电压工程基础施围 邱毓昌 张乔根（西安交通大学）编著 王倩（西安理工大学）制作高电压工程基础高电压工程基础第第14章章 直流系统过电压直流系统过电压 14.1 来自换流站交流侧的过电压来自换流站交流侧的过电压 14.2 来自换流站直流侧的过电压来自换流站直流侧的过电压 14.3 陡波过电压陡波过电压 14.4 换流站的过电压防护换流站的过电压防护高电压工程基础2高电压工程基础高电压工程基础3换流站换流站高电压工程基础高电压工程基础高电压工程基础 依据过电压的来源换流站交流侧过电压依据过电压的来源换流站交流侧过电压, ,直流侧过电压直流侧过电压 依据过

2、电压的特点依据过电压的特点: :暂时过电压、操作过电压和雷电过电压暂时过电压、操作过电压和雷电过电压直流系统的电压、电流、功率都可以通过调整整流站和逆变站换流直流系统的电压、电流、功率都可以通过调整整流站和逆变站换流阀的触发角和关断角来进行调节和控制。因此直流系统对故障的响阀的触发角和关断角来进行调节和控制。因此直流系统对故障的响应要比交流系统来的快，通过直流系统自身的调控对过电压有很好应要比交流系统来的快，通过直流系统自身的调控对过电压有很好的抑制作用。故而直流系统的过电压水平一般情况比交流系统的过的抑制作用。故而直流系统的过电压水平一般情况比交流系统的过电压水平要低。电压水平要低。4高电压

3、工程基础高电压工程基础14.1 来自换流站交流侧的过电压来自换流站交流侧的过电压高电压工程基础5高电压工程基础高电压工程基础14.1.1 暂时过电压暂时过电压高电压工程基础 最典型的暂时过电压发生在换流站交流母线，直接影响着交流母线避雷器，并通过换流变压器传至阀侧，影响阀避雷器。 在换流站交流母线上产生的暂时过电压主要有以下三种类型： 甩负荷过电压、 变压器投入时引起的饱和过电压 清除故障引起的饱和过电压6高电压工程基础高电压工程基础高电压工程基础14.1.2 操作过电压操作过电压 交流母线操作过电压是由于交流侧操作和故障引起的，交流母线操作过电压是由于交流侧操作和故障引起的，有较大幅值的操作

4、过电压一般只维持半个周波。有较大幅值的操作过电压一般只维持半个周波。 除影响交流母线设备绝缘水平和交流侧避雷器能量外，除影响交流母线设备绝缘水平和交流侧避雷器能量外，还可以通过换流变压器传导至换流阀侧，而成为阀内还可以通过换流变压器传导至换流阀侧，而成为阀内故障的初始条件。故障的初始条件。 引起操作过电压的操作和故障有引起操作过电压的操作和故障有线路合闸和重合闸、线路合闸和重合闸、投切交流滤波器或并联电容器、对地故障以及清除故投切交流滤波器或并联电容器、对地故障以及清除故障障而引起的。其基本特征与交流系统类似。而引起的。其基本特征与交流系统类似。7高电压工程基础高电压工程基础14.1.3 雷击

5、过电压雷击过电压高电压工程基础 换流站交流侧母线产生雷电过电压的原因有交流线路换流站交流侧母线产生雷电过电压的原因有交流线路侵入波和换流站直击雷两类。侵入波和换流站直击雷两类。 雷电过电压的情况一般没有常规变电所严重。雷电过电压的情况一般没有常规变电所严重。 由于换流变压器的屏蔽作用，雷电波不能侵入换流阀由于换流变压器的屏蔽作用，雷电波不能侵入换流阀侧，故通常情况下雷电过电压不作为换流站交流过电侧，故通常情况下雷电过电压不作为换流站交流过电压研究和绝缘配合的重点。压研究和绝缘配合的重点。8高电压工程基础高电压工程基础高电压工程基础14.2 来自换流站直流侧的过电压来自换流站直流侧的过电压14.

6、1.1 暂时过电压暂时过电压(1) (1) 交流侧传递暂时过电压交流侧传递暂时过电压 当换流器运行时，因各种原因在换流站交流母线上产生的暂时当换流器运行时，因各种原因在换流站交流母线上产生的暂时过电压能够传导至直流侧，将主要引起阀避雷器通过较大的能量。过电压能够传导至直流侧，将主要引起阀避雷器通过较大的能量。(2) (2) 换流器故障换流器故障 换流器故障能够引起交流基波电压侵入直流侧。如果直流侧主换流器故障能够引起交流基波电压侵入直流侧。如果直流侧主参数配置不当，存在工频附近的谐振频率，则由于谐振的放大作参数配置不当，存在工频附近的谐振频率，则由于谐振的放大作用，将在直流侧引起较长期的过电压

7、。用，将在直流侧引起较长期的过电压。9高电压工程基础高电压工程基础高电压工程基础800kV直流系统为例，双极全压运行方式下逆变站交流侧在不同相位（故障起始时刻分别取0.40.405，间隔0.01ms）失去交流电流后各设备节点的过电压直流母线电压波形直流母线电压波形直流母线电流波形直流母线电流波形交流母线电压波形交流母线电压波形10高电压工程基础高电压工程基础14.2.2 操作过电压操作过电压(1) (1) 交流侧传递操作过电压交流侧传递操作过电压 交流侧操作过电压可以通过换流变压器传导到换流器。由于交交流侧操作过电压可以通过换流变压器传导到换流器。由于交流母线避雷器的保护作用，传导到直流侧的过

8、电压通常不对直流流母线避雷器的保护作用，传导到直流侧的过电压通常不对直流设备产生过大的应力。设备产生过大的应力。(2) (2) 短路故障短路故障 换流器内部发生短路故障时，由于直流滤波电容器的放电和交换流器内部发生短路故障时，由于直流滤波电容器的放电和交流电流的涌入，通常会在换流器本身和直流中性点等设备上产生流电流的涌入，通常会在换流器本身和直流中性点等设备上产生操作过电压。操作过电压。11高电压工程基础高电压工程基础当n2时n相电路的对称分量法分解为零序、正序两个系统，其中零序系统包含大地返回线，主要为地模；正序系统为不包括大地返回线的对称的系统，主要为线模极线接地极线接地12高电压工程基础

9、高电压工程基础零序电压um0和正序电压um1gmmmdcmmRZZZUu210010gmmmdcmmRZZZUu210111800kV直流系统中点故障时，健全极线20%、50%和90%处的电压波形极线接地极线接地13高电压工程基础高电压工程基础阀顶接地阀顶接地整流站换流器顶端短时接地20ms时整流站直流母线电压波形与电流波形 换流器顶端发生接地时，故障点流换流器顶端发生接地时，故障点流过较大的电流。接地故障瞬间恢复过较大的电流。接地故障瞬间恢复后，若没有装设避雷器，各个设备后，若没有装设避雷器，各个设备上将产生很高的过电压。上将产生很高的过电压。 接地故障时间越短，系统中未释放接地故障时间越短

10、，系统中未释放的能量越多，引起的过电压幅值也的能量越多，引起的过电压幅值也越高。越高。 故障发生在整流站时，引起的过电故障发生在整流站时，引起的过电压更为严重。压更为严重。14高电压工程基础高电压工程基础(3) (3) 开路故障开路故障系统在双极全压运行方式下未加装避雷器时整流侧和逆变侧中性母系统在双极全压运行方式下未加装避雷器时整流侧和逆变侧中性母线开路故障后同样会引起过电压。线开路故障后同样会引起过电压。15高电压工程基础高电压工程基础14.2.3 雷电过电压雷电过电压16高电压工程基础高电压工程基础14.2.3 雷电过电压雷电过电压雷击过电压主要有雷直击杆塔或避雷线造雷击过电压主要有雷直

11、击杆塔或避雷线造成的反击个避雷线屏蔽失效造成的绕击形成的反击个避雷线屏蔽失效造成的绕击形成的过电压。然而反击跳闸率与绕击跳闸成的过电压。然而反击跳闸率与绕击跳闸率与交流系统相比有以下特点：率与交流系统相比有以下特点： 反击造成绝缘子串闪络时一般需要考反击造成绝缘子串闪络时一般需要考虑极线的工作电压；虑极线的工作电压； 正极线的绕击跳闸率远高于负极线的正极线的绕击跳闸率远高于负极线的绕击跳闸率。绕击跳闸率。耐张塔J1跳线400013496420021001500010900110001100010900直线塔Z1909300110003000340050034004900113006000909

12、30011000跳线导线导线119001140020001400014000480005700017高电压工程基础高电压工程基础由于换流变压器及平波电抗器由于换流变压器及平波电抗器的屏蔽作用，因此在一般设计的屏蔽作用，因此在一般设计中可不考虑雷击引起的过电压。中可不考虑雷击引起的过电压。但当换流器内部发生短路故障但当换流器内部发生短路故障时，充电的极电容和直流滤波时，充电的极电容和直流滤波器电容通过平波电抗器向未短器电容通过平波电抗器向未短接的部分放电，如果回路自然接的部分放电，如果回路自然频率为雷电波频率，则会在这频率为雷电波频率，则会在这些设备上将产生雷电过电压。些设备上将产生雷电过电压。

13、雷电波入侵的时候在直流极线、平波雷电波入侵的时候在直流极线、平波电抗以及阀顶产生的过电压波形电抗以及阀顶产生的过电压波形18高电压工程基础高电压工程基础14.3 陡波过电压陡波过电压以下两种原因会在换流器中产生陡波过电压：以下两种原因会在换流器中产生陡波过电压：(1)(1)对地短路对地短路(2) (2) 部分换流器中换流阀全部导通或误投旁通部分换流器中换流阀全部导通或误投旁通19高电压工程基础高电压工程基础14.4 换流站的过电压防护换流站的过电压防护14.4.1 换流站直流线路的防护换流站直流线路的防护采用直流母线避雷器采用直流母线避雷器(DB) (DB) 直流线路避雷器直流线路避雷器(DL

14、)(DL)用于保护与直流极用于保护与直流极线相连接的直流开关场的设备免受过电压的损坏。由于距离效应，线相连接的直流开关场的设备免受过电压的损坏。由于距离效应，通常要安装多只避雷器。线路入口处的避雷器称为直流线路避雷器。通常要安装多只避雷器。线路入口处的避雷器称为直流线路避雷器。换流站直流侧，包括晶闸管换流阀、换流变压器阀侧绕组、平波电换流站直流侧，包括晶闸管换流阀、换流变压器阀侧绕组、平波电抗器、直流滤波器和中性母线。抗器、直流滤波器和中性母线。对于换流站直流侧，避雷器按其安装位置和持续运行电压的不同划对于换流站直流侧，避雷器按其安装位置和持续运行电压的不同划分为四组分为四组14.4.2 换流

15、站直流侧的防护换流站直流侧的防护20高电压工程基础高电压工程基础1) 1) 跨接在阀两端和跨接在跨接在阀两端和跨接在6 6（或（或1212）脉动换流器两端或跨）脉动换流器两端或跨接在换流器的高压直流母线到接在换流器的高压直流母线到换流站接地网之间的避雷器换流站接地网之间的避雷器(V(V、B B、C C、CBCB和和M)M)；2) 2) 在直流母线与换流站接地网在直流母线与换流站接地网之间连接的避雷器之间连接的避雷器(DB)(DB)；3) 3) 中性线避雷器中性线避雷器(E(E和和DR)DR)；4) 4) 跨接直流滤波器的一部分，跨接直流滤波器的一部分，但要承受显著持续运行电压的但要承受显著持续

16、运行电压的避雷器避雷器(FD)(FD)。一般换流站一般换流站21高电压工程基础高电压工程基础背靠背背靠背对于背靠背高压直流换流站，对于背靠背高压直流换流站，直流侧通常只需要阀避雷器直流侧通常只需要阀避雷器(V)(V)，但有时还需配备换流器避雷器但有时还需配备换流器避雷器(C)(C)或换流桥避雷器或换流桥避雷器(B)(B)22高电压工程基础高电压工程基础（1) 1) 晶闸管换流阀保护晶闸管换流阀保护阀避雷器（阀避雷器（V V）用于限制晶闸管阀上出现的过高的过电压。阀避雷器和）用于限制晶闸管阀上出现的过高的过电压。阀避雷器和晶闸管正向保护触发构成阀的过电压保护。晶闸管正向保护触发构成阀的过电压保护

17、。（2) 2) 换流器保护换流器保护直流中点母线避雷器直流中点母线避雷器(M)(M)用于保护用于保护1212脉动换流器下部脉动换流器下部6 6脉动换流器免受脉动换流器免受高幅值过电压的损坏。阀避雷器和直流中点母线避雷器一起决定上部高幅值过电压的损坏。阀避雷器和直流中点母线避雷器一起决定上部6 6脉动换流器所对应的换流变压器阀侧绕组所需的对地绝缘水平，该点脉动换流器所对应的换流变压器阀侧绕组所需的对地绝缘水平，该点的保护水平为这两种避雷器保护水平之和。的保护水平为这两种避雷器保护水平之和。23高电压工程基础高电压工程基础（3) 3) 换流桥保护换流桥保护换流桥避雷器换流桥避雷器(B)(B)用于保

18、护所跨接的用于保护所跨接的6 6脉动换流器免受高幅值过电压的损脉动换流器免受高幅值过电压的损坏。坏。（4) 4) 平波电抗器换流器侧设备保护平波电抗器换流器侧设备保护换流器直流母线避雷器换流器直流母线避雷器(CB)(CB)用于保护平波电抗器换流器侧高压直流极线用于保护平波电抗器换流器侧高压直流极线上连接的设备免受高幅值过电压的损坏。上连接的设备免受高幅值过电压的损坏。（5) 5) 阀厅换流器保护阀厅换流器保护换流器避雷器（换流器避雷器（C C）用于限制侵入到阀厅的雷电过电压幅值。对于较低）用于限制侵入到阀厅的雷电过电压幅值。对于较低电压的换流器，或没有雷电侵入阀厅的危险，可不安装该避雷器。电压的换流器，或没有雷电侵入阀厅的危险，可不安装该避雷器。2