一种直流换流站分压器二次侧过电压保护系统及方法与流程

本发明涉及换流站过电压保护领域，并且更具体地，涉及一种直流换流站分压器二次侧过电压保护系统及方法。

背景技术：

换流站是直流电力系统中枢纽，一旦发生雷击损坏事故，有可能造成大面积停电，影响十分严重。所以，换流站要求有可靠的防雷保护措施。换流站的雷害来自两个方面，一是雷直接击到换流站上而造成站内设备的损坏，简称直击雷；二是雷击到输电线路的杆塔和避雷线上，造成绝缘子闪络(反击)，或者直接击到导线上(绕击)产生的雷电波，波沿输电线路传递到换流站而在换流站设备上产生雷电过电压引起设备绝缘损坏，此简称侵入波。换流站若遭受直击雷或近区雷击产生的雷电侵入波，均可能导致站内接地网电压抬高，造成站内设备二次侧保护动作，影响系统安全运行。下面以一起真实事故为例，进行说明。

2015年09月19日21:58:00:206，锦苏直流锦屏站ows报“线路故障欠压保护initdown”，21:58:00:233，极ⅰ直流线路保护在启动逻辑跳闸，21:58:00:247，极ⅱ直流线路保护再启动逻辑跳闸，极ⅰ、极ⅱ相继闭锁。故障检查表明极控制故障录波显示极ⅰ、极ⅱ直流电压瞬时降为0，约4ms后低压限流功能使α角增大，直流电流减小，持续约80ms后直流欠压保护动作；直流故障定位装置有启动但无测距结果。初步分析结果为故障发生时锦屏站内持续雷电暴雨天气，直流电压发生突变时直流电流并没有发生明显变化，可以判定直流线路及直流一次设备没有发生故障，经检查极ⅰ和极ⅱ直流分压器没有公共链接部分，仅有接地系统存在公共部分。因此，分析判断为雷电导致站内接地网电压抬高，同时造成极ⅰ、极ⅱ直流分压器分压回路间隙过压保护击穿，且未能熄弧，致使直流电压始终无法建立，进而引起直流线路欠压保护动作，造成极ⅰ、极ⅱ双极闭锁。

为此，需要针对换流站内直流分压器遭受过电压情况及过电压作用下保护器件的动作特性开展研究分析，设计一种换流站分直流分压器过电压保护系统，以解决换流站不能可靠运行的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种直流换流站分压器二次侧过电压保护系统，以解决换流站不能可靠运行的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种直流换流站分压器二次侧过电压保护系统，所述系统包括：阻容分压单元、气体放电管和压敏电阻，

所述阻容分压单元，用于根据分压比将高电压分压为低电压，所述阻容分压单元包括：第一电阻和第一电容并联组成的高压臂端以及第二电阻和第二电容并联组成的低压臂端，所述高压臂端和低压臂端串联连接；

所述气体放电管，与所述压敏电阻串联后与所述低压臂端并联组成低压回路，用于在系统正常工作运行时，与所述压敏电阻共同传输系统在直流分压器二次侧的低电压；用于在暂态情况下气体放电管两端的过电压超过所述气体放电管的放电电压，间隙击穿时，为回路提供泄流通道；

所述压敏电阻，用于在系统正常工作运行时，与所述气体放电管共同传输系统在直流分压器二次侧的低电压；用于在暂态情况下气体放电管两端的过电压超过所述气体放电管的放电电压，间隙击穿时，产生残压压降，保证低压回路的电压值大于等于直流分压器二次回路侧的最低工作电压。

优选地，其中所述最低工作电压为35v。

优选地，其中选择残压压降值与所述直流分压器二次回路侧的最低工作电压的差值的绝对值不小于预设阈值的压敏电阻与所述气体放电管串联。

优选地，其中所述预设阈值最小为1v。

优选地，其中所述系统还包括：低压电压测量单元和保护触发单元，

所述低压测量单元，与所述气体放电管和压敏电阻串联后的支路并联，用于对直流分压器分压后的低电压进行测量，获取低电压测量值；

所述保护触发单元，与所述低压测量单元相连接，用于当所述低电压测量值小于所述直流分压器二次回路侧的最低工作电压时，触发系统的欠压保护动作。

根据本发明的另一个方面，提供了一种直流换流站分压器二次侧过电压保护方法，所述方法包括：

直流分压器二次回路侧的输入端接收高电压；

直流分压器根据分压比将所述高电压分压为低电压；

在系统正常工作运行时，气体放电管与压敏电阻共同传输系统在直流分压器二次侧的低电压；在暂态情况下气体放电管两端的过电压超过所述气体放电管的放电电压，间隙击穿时，气体放电管为回路提供泄流通道，利用压敏电阻上产生的残压压降，保证低压回路的电压值大于等于直流分压器二次回路侧的最低工作电压。

优选地，其中所述最低工作电压为35v。

优选地，其中选择残压压降值与所述直流分压器二次回路侧的最低工作电压的差值的绝对值不小于预设阈值的压敏电阻与所述气体放电管串联。

优选地，其中所述预设阈值最小为1v。

优选地，其中所述方法还包括：

对直流分压器分压后的低电压进行测量，获取低电压测量值；

根据所述低电压测量值判断是否触发系统的欠压保护动作，若所述低电压测量值小于所述直流分压器二次回路侧的最低工作电压，则触发系统的欠压保护动作；反之，不触发。

本发明的有益效果在于：

本发明在气体放电管所在的支路串联压敏电阻，在暂态情况下，当气体放电管两端的过电压超过其放电电压，间隙击穿时，能够在压敏电阻上产生一定的残压压降，气体放电管加压敏电阻支路的电压不会降为0，因此不会造成直流线路欠压保护动作，能够有效的避免双极闭锁事故的发生；同时，有效实现直流分压器二次侧遭受同极性过电压作用时过电压的快速释放和回路电压的快速恢复，保证直流分压器的稳定运行。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为现有的直流分压器二次侧气体放电管连接的结构示意图；

图2为根据本发明实施方式的直流分压器二次侧过电压保护系统的结构示意图；以及

图3为根据本发明实施方式的实施方式的直流分压器二次侧过电压保护方法300的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

直流换流站由于近区雷击导致双极同时闭锁停运的事故时有发生，分析结果为站内地网电压抬高，同时造成极1、极2直流分压器二次保护间隙，即气体放电管被击穿，且未能熄弧，致使直流电压始终无法建立，进而引起直流线路欠压保护动作，造成极ⅰ、极ⅱ双极闭锁。图1为现有的直流分压器二次侧气体放电管连接的结构示意图。如图1所示，当换流站中的直流分压器遭受过电压情况时，所示气体放电管(即保护间隙)会被击穿，其不能熄弧，使得直流电压始终无法建立，进而引起直流线路欠压保护动作。基于此，针对换流站中直流分压器遭受过电压情况，及过电压作用下保护器件的动作特性开展研究分析，提出了直流分压器采用气体放电管加压敏电阻的新型保护措施。

图2为根据本发明实施方式的直流分压器二次侧过电压保护系统的结构示意图。如图2所示，所述直流分压器二次侧过电压保护系统用于对直流分压器的二次侧电压回路进行保护，在系统正常运行时，直流分压器二次侧电压由气体放电管和压敏电阻共同承受，但由于电流很小，压敏电阻呈现高阻特性，压敏电阻承受的电压很小，电压几乎都施加在气体放电管上；在暂态情况下，当气体放电管两端的过电压超过其放电电压，间隙击穿时，有电流流过，在压敏电阻上产生一定的残压压降，气体放电管加压敏电阻支路的电压不会小于所述直流分压器二次回路侧的最低工作电压0，因此不会造成直流线路欠压保护动作，可有效避免双极闭锁事故的发生。通过气体放电管加压敏电阻的新型保护措施可有效实现直流分压器二次侧遭受同极性过电压作用时过电压的快速释放和回路电压的快速恢复，保证直流分压器稳定运行。同时，在对换流站中直流分压器二次侧保护时，可保证换流站遭受过电压作用时其中一极直流分压器二次侧电压可快速恢复到正常电压值，避免因保护误动作造成的双极闭锁事故发生，对保障换流站可靠运行具有重要意义。所述直流分压器二次侧过电压保护系统包括：阻容分压单元、气体放电管和压敏电阻。

优选地，所述阻容分压单元，用于根据分压比将高电压分压为低电压，所述阻容分压单元包括：第一电阻和第一电容并联组成的高压臂端以及第二电阻和第二电容并联组成的低压臂端，所述高压臂端和低压臂端串联连接。

优选地，所述气体放电管与所述压敏电阻串联后与所述低压臂端并联组成低压回路，用于在系统正常工作运行时，与所述压敏电阻共同传输系统在直流分压器二次侧的低电压；用于在暂态情况下气体放电管两端的过电压超过所述气体放电管的放电电压，间隙击穿时，为回路提供泄流通道。其中，在系统正常运行时，分压器二次侧电压几乎都施加在该气体放电管上，以免压敏电阻因承受长期运行电压而加速老化。

优选地，所述压敏电阻用于在系统正常工作运行时，与所述气体放电管共同传输系统在直流分压器二次侧的低电压；用于在暂态情况下气体放电管两端的过电压超过所述气体放电管的放电电压，间隙击穿时，产生残压压降，保证低压回路的电压值大于等于直流分压器二次回路侧的最低工作电压。优选地，其中所述最低工作电压为35v。优选地，其中选择残压压降值与所述直流分压器二次回路侧的最低工作电压的差值的绝对值不小于预设阈值的压敏电阻与所述气体放电管串联。优选地，其中所述预设阈值最小为1v。在系统正常运行时，电压几乎都施加在气体放电管上，压敏电阻呈现高阻特性，承受的电压很小。暂态情况下，间隙击穿，有电流流过，在压敏电阻上产生一定的残压压降，气体放电管加压敏电阻支路的电压不会小于所述直流分压器二次回路侧的最低工作电压，因此不会造成直流线路欠压保护动作，可有效避免双极闭锁事故的发生。考虑到直流系统单阀组运行方式，直流分压器二次回路正常最低工作电压为35v，压敏电阻宜与之匹配，选择残压值大于35v的元件与保护间隙，即气体放电管串联安装。

优选地，其中所述系统还包括：低压电压测量单元和保护触发单元，

所述低压测量单元，与所述气体放电管和压敏电阻串联后的支路并联，用于对直流分压器分压后的低电压进行测量，获取低电压测量值；所述保护触发单元，与所述低压测量单元相连接，用于当所述低电压测量值小于所述直流分压器二次回路侧的最低工作电压时，触发系统的欠压保护动作。

图3为根据本发明实施方式的实施方式的直流分压器二次侧过电压保护方法300的流程图。如图3所示，所述直流分压器二次侧过电压保护方法300用于对直流分压器二次侧出现过电压时对系统进行保护，所述方法300从步骤301处开始，在步骤301直流分压器二次回路侧的输入端接收高电压。

优选地，在步骤302直流分压器根据分压比将所述高电压分压为低电压。

优选地，在步骤303在系统正常工作运行时，气体放电管与压敏电阻共同传输系统在直流分压器二次侧的低电压；在暂态情况下气体放电管两端的过电压超过所述气体放电管的放电电压，间隙击穿时，气体放电管为回路提供泄流通道，利用压敏电阻上产生的残压压降，保证低压回路的电压值大于等于直流分压器二次回路侧的最低工作电压。优选地，其中选择残压压降值与所述直流分压器二次回路侧的最低工作电压的差值的绝对值不小于预设阈值的压敏电阻与所述气体放电管串联。优选地，其中所述预设阈值最小为1v。优选地，其中所述最低工作电压为35v。

优选地，其中所述方法还包括：对直流分压器分压后的低电压进行测量，获取低电压测量值；根据所述低电压测量值判断是否触发系统的欠压保护动作，若所述低电压测量值小于所述直流分压器二次回路侧的最低工作电压，则触发系统的欠压保护动作；反之，不触发。

本发明的实施例的直流分压器二次侧过电压保护系统200与本发明的另一个实施例的直流分压器二次侧过电压保护方法300相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。