基于三次諧波的晶閘管控制電抗器保護(hù).pdf

1、靜止無功補(bǔ)償器可以提高超高壓輸電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)備和響應(yīng)速度水平，增強(qiáng)其靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定性，因而在電力系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，晶閘管控制電抗器保護(hù)配置方案一般將差動(dòng)保護(hù)和基波電流不平衡保護(hù)作為裝置的主保護(hù)，過電流保護(hù)為其后備保護(hù)，此外還會(huì)配置防止相控電抗器過熱的非電量保護(hù)。然而，差動(dòng)保護(hù)通過提取晶閘管控制電抗器的兩個(gè)相電流和相應(yīng)的線電流判斷裝置內(nèi)部是否發(fā)生故障，可以對(duì)裝置的引線間短路起到保護(hù)作用，但并不適用于相控電抗器的

2、匝間短路;電流不平衡保護(hù)的動(dòng)作電流是晶閘管控制電抗器角內(nèi)的基波不平衡電流，可以對(duì)匝間短路起到保護(hù)作用，但由于基波不平衡電流隨晶閘管觸發(fā)角的增大急速減小，按正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最大不平衡電流整定時(shí)會(huì)導(dǎo)致保護(hù)死區(qū)很大;過電流保護(hù)通常按3-5倍的晶閘管控制電抗器額定電流選取，受觸發(fā)角的影響同樣很大。晶閘管控制電抗器傳統(tǒng)保護(hù)存在的這些問題，在某些情況下會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，嚴(yán)重影響了靜止無功補(bǔ)償裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至?xí)?duì)系統(tǒng)及其他元件造成損害

3、。因此，有必要研究新的晶閘管控制電抗器保護(hù)方法來解決此類問題。本文將解決傳統(tǒng)保護(hù)方法中存在的問題作為核心內(nèi)容展開深入研究，提出了利用三次諧波對(duì)晶閘管控制電抗器進(jìn)行保護(hù)的新思路，有效的克服了傳統(tǒng)保護(hù)方
　　法的缺陷。具體的研究工作主要有:
　　(1)提出了晶閘管控制電抗器接入交流系統(tǒng)準(zhǔn)靜態(tài)模型的概念，給出了計(jì)算中晶閘管控制電抗器可以采用準(zhǔn)靜態(tài)模型表示的條件，并說明了對(duì)于實(shí)際運(yùn)行晶閘管控制電抗器這些條件是滿足的。為后續(xù)進(jìn)行晶

4、閘管控制電抗器運(yùn)行特性和故障特征分析奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)在采用晶閘管控制電抗器準(zhǔn)靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上，分析了各觸發(fā)角下單相晶閘管控制電抗器運(yùn)行時(shí)的電流、晶閘管閥兩側(cè)電壓及相控電抗器兩側(cè)電壓，計(jì)算了晶閘管控制電抗器電流的各次諧波含量，并給出了各次諧波電流隨觸發(fā)角的變化曲線，得到了觸發(fā)角變化對(duì)基波電流的影響遠(yuǎn)大于對(duì)三次諧波電流影響的結(jié)論。
　　(3)在采用晶閘管控制電抗器準(zhǔn)靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上，分析了三相晶閘管控制電抗器的運(yùn)行情

5、況，此時(shí)三相晶閘管控制電抗器電流中的各次諧波滿足6k+1(k=0，1，2，3，…)次諧波為正序分量，6k+5(k=0，1，2，3，…)次諧波為負(fù)序分量，3k+3(k=0，1，2，3，…)次諧波為零序分量。由于晶閘管控制電抗器是角型連接的，正常運(yùn)行時(shí)三次諧波僅能在角內(nèi)流通，線電流中不會(huì)存在三次諧波。
　　(4)針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的晶閘管控制電抗器裝置，分析了其發(fā)生故障的各種原因及過程，并將該裝置運(yùn)行時(shí)可能發(fā)生的故障進(jìn)行了詳細(xì)的分類。為了

6、定量的描述其故障特征，提出了非特征三次諧波電流的概念，并給出了晶閘管控制電抗器內(nèi)部各種故障情況下非特征三次諧波電流的理論計(jì)算方法。
　　(5)在對(duì)各種故障下非特征三次諧波電流進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了非特征三次諧波電流保護(hù)方法，并給出了整定的原則及靈敏度的計(jì)算公式。該方法既可以保護(hù)晶閘管控制電抗器角內(nèi)的引線間短路及兩點(diǎn)接地短路，又可以保護(hù)匝間短路。雖然非特征三次諧波也受觸發(fā)角的影響，但與傳統(tǒng)的電流不平衡保護(hù)相比，非特征三次諧波電流

7、保護(hù)保護(hù)死區(qū)更小且具有更高的靈敏度。
　　(6)構(gòu)造了故障時(shí)晶閘管控制電抗器三次諧波恒流源模型，通過理論分析發(fā)現(xiàn):當(dāng)晶閘管控制電抗器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，加在晶閘管控制電抗器上的正序三次諧波電壓滯后其線電流中的正序三次諧波電流90°;而當(dāng)外部異常運(yùn)行或大容量電力電子裝置產(chǎn)生正序三次諧波電流時(shí)，加在晶閘管控制電抗器上的正序三次諧波電壓超前其線電流中正序三次諧波電流90°，據(jù)此提出了正序三次諧波方向保護(hù)判據(jù)。該方法利用正序三次諧波電壓與電

8、流相位關(guān)系判斷晶閘管控制電抗器內(nèi)部是否發(fā)生故障，無需加入延時(shí)即可解決外部異常運(yùn)行保護(hù)誤動(dòng)的問題，使其在保證選擇性的基礎(chǔ)上，具備保護(hù)的快速性。
　　(7)搭建了靜止無功補(bǔ)償系統(tǒng)低壓物理模型，開發(fā)了實(shí)現(xiàn)三次諧波保護(hù)方法的硬件系統(tǒng)和軟件程序，在此基礎(chǔ)上對(duì)非特征三次諧波電流保護(hù)和正序三次諧波方向保護(hù)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明了這兩種保護(hù)方法的有效性及可行性。
　　本文基于晶閘管控制電抗器運(yùn)行特性和故障特征提出的非特征三次諧波電