关于特高压直流控制保护系统研究

孙潇

摘要：近年来，我国电网建设发展迅速，在建设与正常使用的直流输电工程项目数量快速增加，同时工作水平也开始向传送电压更大、容量更大、传输距离更长方向发展，并且同时也在我国很多重要电力输送工程中发挥了有效作用。再此背景下，特高压直流在中国很多换流站得到了很大的普及，与高压直流相比，特高压直流的运行方式更加灵活，容量比高压要高，传输距离更远，不仅如此，其损耗比高压直流更低，对于中国现如今的国情来说，特高压直流无疑是符合当前的能源优化配置的目标的。对于特高压直流输出工程来说，控制保护系统是换流站的大脑，对于特高压换流站的正常运行具有重要作用。我国特高压直流换流站发展迅速，但是还面临着一些问题，所以增强特高压直流控制保护系统是最重要的环节。本文从特高压直流换流站面临的问题和特高压直流的特点出发，分别介绍了特高压直流控制系统的功能配置和特高压直流保护系统的功能配置。

关键词：特高压直流;保护;控制;配置

一、特高压直流换流站面临的问题

（一）对相应的配套设备的质量要求以及专业要求高

特高压直流与高压直流的差别就是因为电压等级的过高，导致对换流变压器的制造材料的绝缘作用就相应地要求更高。受这一情况影响，在系统设置当中使用的绝缘材料量较大。在±800kv换流变压器，阀侧引线绝缘件设计与研制过程中需要进行一系列实验，阀绕绝缘、匝绝缘在设计与试验是设备研制中需要得到解决的难点问题。

（二）直流场的吸污特性导致的事故

直流场具有吸污的特性，特别是对于特高压直流，这一问题更为严重。当换流站的污秽积累到一定程度时，就会造成直流场设备的绝缘，从而导致直流场的污闪事故。这是一个十分严重而又十分普遍的问题。我国近些年来，工业化发展十分迅速，污染问题也随之越来越严重，尤其是大气污染对直流设备的影响十分严重，很多特高压直流换流站的污染程度已经达到了很严重的程度。解决换流站的污染问题，提高换流站的耐污能力是现在很多电网公司的重点研究的项目，以确保特高压直流换流站的稳定运行。

（三）输送容量大，设备难以承受

特高压直流输电容量大，但与此同时换流变压器的体积以及重量也随之增加。这就给运输条件带来很大的影响。在一些特殊地区收技术条件限制，无法进行大型设备的运输任务。针对这一问题，我国很多电网公司在特高压直流输电工程建设中，根据实际情况进行规划，以期能够解决大件设备的运输问题，使特高压换流站稳定运行。

二、特高压直流控制与保护系统

在±800 kV的特高压直流换流站控制及保护系统设计当中，所遵循的基本原则和±500 kV的常规直流换流站基本相同。在±800 kV特高压直流换流站工程当中，极需要由串联换流单元构成，在每个单元当中，都需要独立配备独立旁通断路与隔离开关设备，才能保证换流单元实现自动投退功能，所以在控制措施设计、保护系统设计和设备配置设计当中，需要要保证每个换流单元都能得到有效的控制和保护，同时在设备当中其功能应保持相对独立，在能够实现正常运行的基础上，能够满足技术性要求与功能要求，同时还要为设备的运行操控、设备维护提供便捷。但是因为特高压直流换流站的特殊性，导致相对应的特高压直流控制保护系统的特殊性，其功能相对于常规的直流换流站也有很大的不同。特高压直流控制保护系统能够预防很多特高压直流出现问题时引发的事故，能够促进特高压直流系统合理稳定地运行。

三、直流控制系统的功能配置

在特高压直流控制系统当中，采取的控制方式为双极控制、极控制和换流单元控制，控制之间存在串联关系，同时在双极控制、极控制之间，极控制、换流器控制之间具备特定控制网络进行数据的交互。

1、双极控制层

双极控制层能够控制两极之间电流的平衡，能够对两极之间的功率大小进行控制，还能够实现两极之间功率的转移，能够对两极之间串联或者是闭合进行控制。这些功能能够实现对正在运行的设备进行有效的控制，能够在命令下发时及时做出反应，对突发事件也能够及时做出调整。

2、极控制层

极控制层能够实现对极的开启和停止的控制，也能够像双极控制层一样对两极之间的功率大小进行控制以及对两极之间串联或者是闭合进行控制，能够对极的顺序进行控制，能够控制分接头，使之能够合理而迅速地运行。另外，当故障发生时，还能够对故障进行及时的处理，控制专门处理故障的设备，减少故障引发的损失。极控制层还能对极与极之间的站内通信与极间通信进行控制，以便信息及时的传递。

3、换流单元控制层

在换流单元控制当中，可以进行换流单元阀组的开关，同时也能满足对换流单元阀组开启与关闭需求，进行换流单元阀组投入操作与退出操作，能够对换流单元顺序进行灵活把握，实现联锁控制，还能对阀组是否超过负荷进行实时的监控。

四、特高压直流保护功能配置

1、换流器保护

换流器主要是在设备发生故障时对设备进行及时的保护。主要方法有电动差动保护、过流保护以及换流器触发保护等。为保护特高压直流系统的安全，换流器会在设备出现一些故障时，及时保护阀短路，以免故障造成的过应力对设备造成影响。在故障发生后，换流器可以实现交流电网扰动情况测定与异常现象的检测功能，同时还会检测换流器保护情况，对接地故障进行判断，从而保证直流系统设备安全性。同时，使用换流器还能够实现故障当中的内部保护，防止造成换流设备遭受电流损坏。换流器还会对触发异常进行及时的检测和排除，以保证设备的正常运行。

2、换流变保护

换流变的保护设置可以实现换流变压器设备的保护。实现换流变保护的主要方式为，通过实现对换流变差保护、过流保护和变压器保护，继而实现对换流变的有效保护。换流变差动的保护方式为防止换流变压器发生绕组问题，使设在故障出现时也不会发生损坏。过流保护主要能够实现对电流的保护，检测换流变压器当中电流，保护换流器换流变区域内的故障。换流变压器不平衡保护主要是对换流变饱和保护，保护的目的是防止直流电进入换流变压器引起换流变压器饱和而导致的问题。

3、直流线路故障保护系统

当直流线路出现故障时，极易触发接地故障，将会对换流站造成很大的事故以及损失，所以，直流线路故障保护系统的重要性很大。直流线路故障保护系统主要分为直流线路行波保护、微分欠压保护以及直流线路纵差保护。

4、直流滤波器保护

使用直流滤波器设备可以实现直流滤波电抗器过载保护功能，在直流滤波电容器不平衡状态下进行游有效保护，同时实现直流滤波器差保護。直流滤波器的基本功能是避免电容单元发生故障，同时对保护范围内的接地故障进行分析。

结语：综上所述，对于特高压直流输出工程来说，控制保护系统对于特高压换流站的正常运行具有重要作用。我国特高压直流换流站发展迅速，但是还面临着一些问题，所以增强特高压直流控制保护系统是最重要的环节。直流输电控制系统与直流输电保护系统有密切的联系，只有将直流输电保护系统与控制系统结合起来才能有效地排除故障，保证换流站的设备正常运行。与此同时，还应该加强科技的投入，完善特高压直流控制保护系统，使之不断与时俱进，促进特高压直流输电工程的发展。

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