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【摘 要】近些年来，我国电力系统得到较大的发展，并且电力资源的分布不能使电力的需求得到较好的满足，超高压电网逐渐呈现其局限性。因此，特高压电网的发展成为电网发展的大势所趋，其中特高压直流输电术能够使区域电能分布不均、输送不便的问题得到有效的解决。本文首先简单介绍特高压直流输电换流变压器的保护工作，提出系统变压器保护的一些设计及措施，并且也提出充电试验测试系统调试的设计，以供参考。
【关键词】特高压直流输电;变压器;充电试验
1 引言
换流变压器对直流输电而言十分重要，能够对系统运行的稳定性及安全性起到一定的保护作用，因此需要对其给予足够的重视。在换流站建设过程中，变压器的投资占据较大的比例。然而，存在较多因素会对变压器产生影响，从而导致变压器运行安全遭受威胁。所以，在直流输电系统运行中，必须重视变压器运行安全的保护。
2 换流变压器的基本特点
（1）存在直流偏磁问题：直流偏磁不仅导致铁心周期性的饱和，并发出低频噪声，而且也将使得变压器的损耗和温升大幅增加。
（2）需要更高的绝缘裕度：换流变压器在运行中既要承受交流电应力作用，又要承受较大分量的直流电应力作用，要求变压器绝缘尤其是阀侧绝缘对运行中的工作场强有足够的耐受裕度，其绝缘问题非常突出。换流变压器阀侧除应承受一般交流电压外，还要承受叠加的直流电压，在系统输送能量反向时，还有阀侧绕组的直流极性反转以及冲击试验电压等。换流变压器在运行中的绝缘事故在全部事故所占比例为50%左右。
（3）谐波问题：换流变压器在运行中会流过特征谐波和非特征谐波电流。这些谐波作用于变压器漏磁使得变压器杂散损耗增大，有时还会使一些金属部件和油箱产生局部过热。数值较大的谐波磁通会引起磁滞伸缩噪音，且处于声觉敏感频段，必须采取有效的隔音手段。
3 特高压直流输电换流变压器保护分析
（一）换流变压器保护的配置原则
（1）可靠性：保护装置完全冗余或三取二配置，每套冗余配置的保护完全一样，有自己独立的硬件设施。（2）靈敏性：保护的配置应该能够检测到所有可能的、致使换流变压器及相关设备处于危险情况的的故障和异常运行情况，因此换流变压器保护应采用分区重叠且无保护死区。（3）选择性：保护装置应能在对系统影响可能最小的处所，实现断路器的控制操作，以终止换流变压器故障或系统事故的发展。（4）快速性：应当能够充分利用直流输电控制系统，以尽可能快的速度隔离故障系统，保障系统和设备的安全。（5）安全性：保护应既不能拒动，也不能误动。
（二）差动保护
换流变压器差动保护和交流系统变压器差动保护原理基本相同，都是反应的工频分量，也都是建立在变压器功率平衡的原理之上。但是换流变压器中正常情况下就流过较大的谐波电流，这些谐波电流对励磁涌流判据和TA饱和判据会产生较大的影响;同时由于换流变压器的短路阻抗较大，内部故障情况下差电流较小，在设计保护方案和整定定值时都要充分考虑到换流变压器的这些特点为了提高交流绕组靠近中性点处发生接地故障时差动保护的灵敏度，可以配置交流绕组的零序差动保护（包括绕组差动保护）。由于该差动保护与变压器的磁平衡没有直接关系，可以不受励磁涌流判据的闭锁，因此大大提高了变压器差动保护的灵敏度和动作速度。此外，由于阀侧单相接地故障情况下是不接地系统的两相故障和直流短路的反复切换，导致差电流中含有大量的谐波含量和直流电流（直流电流不能被保护反应）;同时，差电流出现间断，极端情况下可能导致该相电流基本消失（直流系统换相失败），导致变压器差动保护有可能在此情况下不能出口，此情况下如果条件允许，可增设阀侧绕组差动保护，以提高这种故障下差动保护的灵敏度。
（三）后备保护
后备保护主要包括过流、零序过流、零序过压、过电压、饱和保护等。
（1）过流保护主要作为换流变压器各种故障的后备保护。由于只需与直流系统的最大过负荷能力配合，灵敏度容易满足要求，因此不需采用复合电压闭锁与方向闭锁。
（2）零序过流保护主要作为换流变压器接地故障后备保护。为防止变压器和应涌流对零序过流保护的影响，应具有二次谐波制动闭锁措施。当二次谐波含量超过一定比例时，闭锁零序过流保护。
（3）零序过压保护为针对在阀未解锁前，当阀侧交流连线存在接地故障的保护。因为换流变压器副边不接地运行，保护主要在阀解锁前检测阀侧交流连线的零序电压来判断是否有接地故障。阀解锁后保护要被闭锁，因为阀解锁后会测得零序电压，但是该零序电压不是接地故障造成的。
（4）饱和保护为针对直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流人大地，如双极不平衡运行、单极大地回线方式等，使地电位发生变化，造成直流电流流入变压器原边绕组，使换流变压器发生直流偏磁，工作点偏移。如果此直流电流过大，会导致换流变压器铁心饱和，同时，损耗和温升也将增加。因此，要配置饱和保护防止这种情况下对换流变压器造成的损坏。由于TA无法传变直流电流，因此只能间接测量直流电流的大小。测量的基本原理如下：直流引起的铁心饱和造成原边绕组零序电流中含有3次谐波，通过检测零序电流中3次谐波峰值，可以等效出流过换流变压器的直流电流。
4 换流变压器的充电试验
总共进行三次充电试验，后两次通过开路试验进行。（1）通过手动来控制换流变压器分接开关，把换流变压器二次侧电压设置为最低;（2）闭合断路器，首次给极I 低端换流变压器充电;（3）再次手动控制换流变压器分接开关，设置为空载档位;（4）将换流变压器分接开关控制的手动换成自动;（5）换流变压器首次充电后，使其运行1h;（6）在换流变压器带电运行过程中，检查并记录数据;（7）切断断路器，停止给换流变压器充电;（8）过5min，再次闭合断路器，再次给换流变压器充电;完成换流变压器充电后，继续使之运行15min;与此同时，对换流变压器、交流母线和阀厅进行检测，检测是否会出现电晕放电等其它事故出现，并给与记录;（9）断开断路器，换流变压器再次断电;（10）过5min，闭合断路器，第三次给换流变压器充电;同上步骤，充电之后继续保持运行15min;重复步骤（9）;（11）断开断路器，换流变压器最后一次断电;最后将断路器转冷备用，结束极I 低端换流变压器带换流器投切及带电试验。
5 结语
综上所述，特高压直流输电技术以其特有的特点与技术优势将在我国未来的经济建设、社会发展等方面担负起重要作用。从我国实际情况来看，发展特高压直流输电工程，是落实科学发展观，贯彻国家能源政策，确保电力工业全面、协调、可持续发展的重大举措，有利于实现更大范围的资源优化配置，满足未来我国经济社会发展的用电需求，具有重大的政治意义、经济意义和技术创新意义。
参考文献：
[1] 张杰，胡媛媛，刘飞，姚翔宇，姚俊.高压直流互感器现场校验关键技术[J].高电压技术，2016，（09）：3003-3010.
[2] 吴谦，周立龙，王新宇.特高压直流输电换流变压器保护及充电试验研究[J].低碳世界，2016，（06）：61-62.
（作者单位：国网山西省电力公司检修分公司）
【关键词】特高压直流输电;变压器;充电试验
1 引言
换流变压器对直流输电而言十分重要，能够对系统运行的稳定性及安全性起到一定的保护作用，因此需要对其给予足够的重视。在换流站建设过程中，变压器的投资占据较大的比例。然而，存在较多因素会对变压器产生影响，从而导致变压器运行安全遭受威胁。所以，在直流输电系统运行中，必须重视变压器运行安全的保护。
2 换流变压器的基本特点
（1）存在直流偏磁问题：直流偏磁不仅导致铁心周期性的饱和，并发出低频噪声，而且也将使得变压器的损耗和温升大幅增加。
（2）需要更高的绝缘裕度：换流变压器在运行中既要承受交流电应力作用，又要承受较大分量的直流电应力作用，要求变压器绝缘尤其是阀侧绝缘对运行中的工作场强有足够的耐受裕度，其绝缘问题非常突出。换流变压器阀侧除应承受一般交流电压外，还要承受叠加的直流电压，在系统输送能量反向时，还有阀侧绕组的直流极性反转以及冲击试验电压等。换流变压器在运行中的绝缘事故在全部事故所占比例为50%左右。
（3）谐波问题：换流变压器在运行中会流过特征谐波和非特征谐波电流。这些谐波作用于变压器漏磁使得变压器杂散损耗增大，有时还会使一些金属部件和油箱产生局部过热。数值较大的谐波磁通会引起磁滞伸缩噪音，且处于声觉敏感频段，必须采取有效的隔音手段。
3 特高压直流输电换流变压器保护分析
（一）换流变压器保护的配置原则
（1）可靠性：保护装置完全冗余或三取二配置，每套冗余配置的保护完全一样，有自己独立的硬件设施。（2）靈敏性：保护的配置应该能够检测到所有可能的、致使换流变压器及相关设备处于危险情况的的故障和异常运行情况，因此换流变压器保护应采用分区重叠且无保护死区。（3）选择性：保护装置应能在对系统影响可能最小的处所，实现断路器的控制操作，以终止换流变压器故障或系统事故的发展。（4）快速性：应当能够充分利用直流输电控制系统，以尽可能快的速度隔离故障系统，保障系统和设备的安全。（5）安全性：保护应既不能拒动，也不能误动。
（二）差动保护
换流变压器差动保护和交流系统变压器差动保护原理基本相同，都是反应的工频分量，也都是建立在变压器功率平衡的原理之上。但是换流变压器中正常情况下就流过较大的谐波电流，这些谐波电流对励磁涌流判据和TA饱和判据会产生较大的影响;同时由于换流变压器的短路阻抗较大，内部故障情况下差电流较小，在设计保护方案和整定定值时都要充分考虑到换流变压器的这些特点为了提高交流绕组靠近中性点处发生接地故障时差动保护的灵敏度，可以配置交流绕组的零序差动保护（包括绕组差动保护）。由于该差动保护与变压器的磁平衡没有直接关系，可以不受励磁涌流判据的闭锁，因此大大提高了变压器差动保护的灵敏度和动作速度。此外，由于阀侧单相接地故障情况下是不接地系统的两相故障和直流短路的反复切换，导致差电流中含有大量的谐波含量和直流电流（直流电流不能被保护反应）;同时，差电流出现间断，极端情况下可能导致该相电流基本消失（直流系统换相失败），导致变压器差动保护有可能在此情况下不能出口，此情况下如果条件允许，可增设阀侧绕组差动保护，以提高这种故障下差动保护的灵敏度。
（三）后备保护
后备保护主要包括过流、零序过流、零序过压、过电压、饱和保护等。
（1）过流保护主要作为换流变压器各种故障的后备保护。由于只需与直流系统的最大过负荷能力配合，灵敏度容易满足要求，因此不需采用复合电压闭锁与方向闭锁。
（2）零序过流保护主要作为换流变压器接地故障后备保护。为防止变压器和应涌流对零序过流保护的影响，应具有二次谐波制动闭锁措施。当二次谐波含量超过一定比例时，闭锁零序过流保护。
（3）零序过压保护为针对在阀未解锁前，当阀侧交流连线存在接地故障的保护。因为换流变压器副边不接地运行，保护主要在阀解锁前检测阀侧交流连线的零序电压来判断是否有接地故障。阀解锁后保护要被闭锁，因为阀解锁后会测得零序电压，但是该零序电压不是接地故障造成的。
（4）饱和保护为针对直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流人大地，如双极不平衡运行、单极大地回线方式等，使地电位发生变化，造成直流电流流入变压器原边绕组，使换流变压器发生直流偏磁，工作点偏移。如果此直流电流过大，会导致换流变压器铁心饱和，同时，损耗和温升也将增加。因此，要配置饱和保护防止这种情况下对换流变压器造成的损坏。由于TA无法传变直流电流，因此只能间接测量直流电流的大小。测量的基本原理如下：直流引起的铁心饱和造成原边绕组零序电流中含有3次谐波，通过检测零序电流中3次谐波峰值，可以等效出流过换流变压器的直流电流。
4 换流变压器的充电试验
总共进行三次充电试验，后两次通过开路试验进行。（1）通过手动来控制换流变压器分接开关，把换流变压器二次侧电压设置为最低;（2）闭合断路器，首次给极I 低端换流变压器充电;（3）再次手动控制换流变压器分接开关，设置为空载档位;（4）将换流变压器分接开关控制的手动换成自动;（5）换流变压器首次充电后，使其运行1h;（6）在换流变压器带电运行过程中，检查并记录数据;（7）切断断路器，停止给换流变压器充电;（8）过5min，再次闭合断路器，再次给换流变压器充电;完成换流变压器充电后，继续使之运行15min;与此同时，对换流变压器、交流母线和阀厅进行检测，检测是否会出现电晕放电等其它事故出现，并给与记录;（9）断开断路器，换流变压器再次断电;（10）过5min，闭合断路器，第三次给换流变压器充电;同上步骤，充电之后继续保持运行15min;重复步骤（9）;（11）断开断路器，换流变压器最后一次断电;最后将断路器转冷备用，结束极I 低端换流变压器带换流器投切及带电试验。
5 结语
综上所述，特高压直流输电技术以其特有的特点与技术优势将在我国未来的经济建设、社会发展等方面担负起重要作用。从我国实际情况来看，发展特高压直流输电工程，是落实科学发展观，贯彻国家能源政策，确保电力工业全面、协调、可持续发展的重大举措，有利于实现更大范围的资源优化配置，满足未来我国经济社会发展的用电需求，具有重大的政治意义、经济意义和技术创新意义。
参考文献：
[1] 张杰，胡媛媛，刘飞，姚翔宇，姚俊.高压直流互感器现场校验关键技术[J].高电压技术，2016，（09）：3003-3010.
[2] 吴谦，周立龙，王新宇.特高压直流输电换流变压器保护及充电试验研究[J].低碳世界，2016，（06）：61-62.
（作者单位：国网山西省电力公司检修分公司）