基于三次諧波的晶閘管控制電抗器保護.pdf

1、靜止無功補償器可以提高超高壓輸電系統(tǒng)動態(tài)無功儲備和響應速度水平，增強其靜態(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)中獲得了廣泛的應用。當前，晶閘管控制電抗器保護配置方案一般將差動保護和基波電流不平衡保護作為裝置的主保護，過電流保護為其后備保護，此外還會配置防止相控電抗器過熱的非電量保護。然而，差動保護通過提取晶閘管控制電抗器的兩個相電流和相應的線電流判斷裝置內(nèi)部是否發(fā)生故障，可以對裝置的引線間短路起到保護作用，但并不適用于相控電抗器的

2、匝間短路;電流不平衡保護的動作電流是晶閘管控制電抗器角內(nèi)的基波不平衡電流，可以對匝間短路起到保護作用，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，按正常運行時可能出現(xiàn)的最大不平衡電流整定時會導致保護死區(qū)很大;過電流保護通常按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)保護存在的這些問題，在某些情況下會導致保護誤動或拒動，嚴重影響了靜止無功補償裝置的安全穩(wěn)定運行，甚至會對系統(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方法來解決此類問題。本文將解決傳統(tǒng)保護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晶閘管控制電抗器進行保護的新思路，有效的克服了傳統(tǒng)保護方
　　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)準靜態(tài)模型的概念，給出了計算中晶閘管控制電抗器可以采用準靜態(tài)模型表示的條件，并說明了對于實際運行晶閘管控制電抗器這些條件是滿足的。為后續(xù)進行晶

4、閘管控制電抗器運行特性和故障特征分析奠定了基礎。
　　(2)在采用晶閘管控制電抗器準靜態(tài)模型的基礎上，分析了各觸發(fā)角下單相晶閘管控制電抗器運行時的電流、晶閘管閥兩側(cè)電壓及相控電抗器兩側(cè)電壓，計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)角變化對基波電流的影響遠大于對三次諧波電流影響的結論。
　　(3)在采用晶閘管控制電抗器準靜態(tài)模型的基礎上，分析了三相晶閘管控制電抗器的運行情

5、況，此時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，正常運行時三次諧波僅能在角內(nèi)流通，線電流中不會存在三次諧波。
　　(4)針對實際應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，并將該裝置運行時可能發(fā)生的故障進行了詳細的分類。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算方法。
　　(5)在對各種故障下非特征三次諧波電流進行分析的基礎上，提出了非特征三次諧波電流保護方法，并給出了整定的原則及靈敏度的計算公式。該方法既可以保護晶閘管控制電抗器角內(nèi)的引線間短路及兩點接地短路，又可以保護匝間短路。雖然非特征三次諧波也受觸發(fā)角的影響，但與傳統(tǒng)的電流不平衡保護相比，非特征三次諧波電流

7、保護保護死區(qū)更小且具有更高的靈敏度。
　　(6)構造了故障時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):當晶閘管控制電抗器內(nèi)部發(fā)生故障時，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°;而當外部異常運行或大容量電力電子裝置產(chǎn)生正序三次諧波電流時，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判據(jù)。該方法利用正序三次諧波電壓與電

8、流相位關系判斷晶閘管控制電抗器內(nèi)部是否發(fā)生故障，無需加入延時即可解決外部異常運行保護誤動的問題，使其在保證選擇性的基礎上，具備保護的快速性。
　　(7)搭建了靜止無功補償系統(tǒng)低壓物理模型，開發(fā)了實現(xiàn)三次諧波保護方法的硬件系統(tǒng)和軟件程序，在此基礎上對非特征三次諧波電流保護和正序三次諧波方向保護進行了試驗驗證，試驗結果表明了這兩種保護方法的有效性及可行性。
　　本文基于晶閘管控制電抗器運行特性和故障特征提出的非特征三次諧波電