專利名稱：高壓直流輸電系統(tǒng)換流站絕緣配合設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓直流輸電系統(tǒng)分析方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的絕緣配合，就是綜合考慮電氣設(shè)備在系統(tǒng)中可能承受的各種作用電壓(包括工作電壓和過電壓)、保護裝置的特性和設(shè)備絕緣對各種工作電壓的耐受特性，合理選擇設(shè)備的絕緣水平，以使設(shè)備的造價、維護費用和設(shè)備絕緣故障所引起的事故損失，達到在經(jīng)濟上和安全運行上總體效益最高的目的。 電力系統(tǒng)的絕緣配合設(shè)計是要綜合考慮系統(tǒng)的過電壓特性、保護裝置的配置和性能、設(shè)備的絕緣耐受特性等因素的情況下合理的制定設(shè)備的絕緣耐受水平。在設(shè)計過程中不但涉及到系統(tǒng)的電磁暫態(tài)過程的模擬計算，而且還需要有經(jīng)驗的設(shè)計人員通過計算結(jié)果不斷調(diào)整保護配置和保護裝置的參數(shù)來最終確定系統(tǒng)的絕緣配合方案，因此絕緣配合設(shè)計是一項專業(yè)性和技術(shù)性很強的工作，需要設(shè)計人員有堅實的專業(yè)基礎(chǔ)和豐富的工程經(jīng)驗。特別是在高壓直流系統(tǒng)中為數(shù)眾多的設(shè)備、復(fù)雜的系統(tǒng)接線、多種運行方式、靈活的控制系統(tǒng)都給其絕緣配合設(shè)計帶來了更大的難度。 現(xiàn)有絕緣配合仿真計算軟件中，電力系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計軟件PSCAD(PowerSystems Computer Aided Design,加拿大馬尼托巴高壓直流研究中心推出的一款商業(yè)軟件)和電磁暫態(tài)仿真軟件ATP(TheAltemative Transients Program,雛形由美國能源部邦維爾電力局(BPA)主導(dǎo)開發(fā)的一款全球免費軟件)兩個電磁暫態(tài)仿真軟件廣泛應(yīng)用于高壓直流換流站的過電壓與絕緣配合的設(shè)計，然而這些軟件只是單純的系統(tǒng)分析軟件，只能在絕緣配合過電壓分析中提供計算幫助，而絕緣配合設(shè)計其它步驟如保護裝置的設(shè)置方式、參數(shù)選擇及它們的調(diào)整過程，還有絕緣裕度的選擇等方面都只能靠人工完成。而且這些仿真軟件并不是針對高壓直流換流站絕緣配合這一專門的工作而開發(fā)，它們還適用于其它有關(guān)于電磁暫態(tài)甚至是機電暫態(tài)的研究工作，有很強的通用性。正是這一特點使得這些輔助軟件在使用過程中需要復(fù)雜的建模過程和大量的人為干預(yù)過程，同時要求軟件使用者必須具備較強的絕緣配合知識背景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流站絕緣配合設(shè)計方法，目的在于簡化絕緣配合分析的計算工作量，避免用戶過多的人為干預(yù)因素；并通過向?qū)У姆绞街笇?dǎo)用戶高效的完成絕緣配合分析。 本發(fā)明的一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流站絕緣配合設(shè)計方法，包括避雷器配置步
驟、系統(tǒng)分析步驟和絕緣配合步驟； — .避雷器配置步驟，包括下述子步驟 1. 1選擇換流站的主接線用戶根據(jù)直流系統(tǒng)電壓等級選擇不同的主接線，主接線包括單極十二脈動橋和單極雙十二脈動橋，電壓等級為士500kV時選擇單極十二脈動橋；電壓等級為士800kV時選擇單極雙十二脈動橋； 1. 2輸入系統(tǒng)基本參數(shù)系統(tǒng)基本參數(shù)包括額定功率Pr、額定電壓Ur、額定電流Ir、設(shè)計觸發(fā)角a，設(shè)計關(guān)斷角P，線路長度l，線路最高運行電壓Ud。m、線路最高運行電流Id。m，
12次諧波電流含量Kd(12)，線路單位長度電阻值r(kl，換流變壓器的閥側(cè)電壓最大值1 ，換
相過沖系數(shù)& ; 1. 3配置避雷器位置與數(shù)量參考國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 605-1996《高壓直流轉(zhuǎn)流站絕緣配合導(dǎo)則》和國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW144-2006《士800kV特高壓直流換流站過電壓保護和絕緣配合導(dǎo)則》給出的避雷器配置位置，確定設(shè)計的避雷器位置、類型及數(shù) 1.4輸入荷電率、閥片型號用戶輸入系統(tǒng)初步設(shè)計中確定的避雷器荷電率以及避雷器伏安特性曲線的閥片文件； 1. 5計算CC0V、PC0V和U^，并生成避雷器文件結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)各點避雷器給定的計算公式計算避雷器的持續(xù)運行電壓CCOV和持續(xù)運行電壓峰值PC0V，同時計算閥的參考電壓Uref = PCOV/荷電率，并根據(jù)閥片文件，計算生成與相應(yīng)避雷器一一對應(yīng)的避雷器文件，以備后續(xù)步驟調(diào)用； 二 .系統(tǒng)分析步驟，包括下述子步驟 2. 1搭建仿真模型根據(jù)實際系統(tǒng)的接線方式，通過選用元件庫中對應(yīng)的元件，搭建與實際系統(tǒng)相同的仿真模型； 2. 2用戶添加避雷器用戶將元件庫中避雷器元件分別配置在仿真模型對應(yīng)的位置上，同時根據(jù)設(shè)計的避雷器類型調(diào)用對應(yīng)的避雷器文件； 2. 3進行仿真分析用戶依據(jù)系統(tǒng)絕緣配合分析需要，從相應(yīng)的DL/T605-1996導(dǎo)則和Q/GDW 144-2006標(biāo)準(zhǔn)中所給出的所有故障類型中，任意選擇待分析的故障類型，并對仿真模型進行仿真分析； 2.4提取避雷器特征值針對每種故障類型仿真分析結(jié)果，在故障發(fā)生的時間區(qū)域里，提取各個避雷器各自對應(yīng)的最大殘壓、最大電流和能量并保存，轉(zhuǎn)絕緣配合步驟；
三.絕緣配合步驟，包括下述子步驟 3. 1選擇最嚴(yán)重故障類型及避雷器特征值利用系統(tǒng)分析步驟中提取的各種故障類型下避雷器的最大殘壓、最大電流和能量特征值，選擇其中避雷器的最大殘壓、最大電流值最大的故障類型作為最嚴(yán)重故障類型，其對應(yīng)的避雷器的最大殘壓、最大電流和能量作為避雷器特征值； 3.2選擇配合電流用戶根據(jù)最嚴(yán)重故障類型下的避雷器特征值，確定避雷器的配合電流，其原則是所述配合電流大于避雷器特征值中的最大電流； 3. 3計算避雷器保護水平結(jié)合避雷器文件的伏安特性曲線，提取避雷器伏安特性曲線上配合電流對應(yīng)的電壓值，作為避雷器保護水平； 3. 4輸入比率RSIWV/SIPL、比率RLIWV/LIPL :按照設(shè)計要求，參照導(dǎo)則中規(guī)程給出的選用范圍，輸入要求操作耐受水平和額定操作耐受水平的比率RSIWV/SIPL;輸入要求雷電耐受水平和額定雷電耐受水平的比率RLIWV/LIPL ; 3. 5計算避雷器的操作保護水平和雷擊保護水平結(jié)合避雷器文件的伏安特性曲線，計算避雷器的操作保護水平SIPL和雷擊保護水平LIPL，操作保護水平SIPL =避雷器保護水平X比率RSIWV/SIPL ;雷擊保護水平LIPL =避雷器保護水平X比率RLIWV/LIPL ;
3. 6配置端對地、端對端絕緣水平根據(jù)避雷器的操作保護水平和雷擊保護水平，確定避雷器保護設(shè)備端對地、端對端的操作絕緣水平和雷電絕緣水平，完成系統(tǒng)絕緣配合. 其中，避雷器保護設(shè)備端對地、端對端的操作絕緣水平大于相應(yīng)避雷器的操作保護水平； 避雷器保護設(shè)備端對地、端對端的雷電絕緣水平大于相應(yīng)避雷器的雷擊保護水平。 所述的高壓直流輸電系統(tǒng)換流站絕緣配合設(shè)計方法，其特征在于 所述系統(tǒng)分析步驟中，所述元件庫包括下述元件 電阻電氣參數(shù)_電阻值，單位Q ; 電容電氣參數(shù)_電容值，單位ii F ; 電感電氣參數(shù)-電容值，單位mH; 接地?zé)o電氣參數(shù)； 開關(guān)分為時控開關(guān)和壓控開關(guān)，時控開關(guān)電氣參數(shù)_閉合時間/斷開時間，單位
S6C j 測量元件分為電壓和電流測量元件； 交流源分為單相和三相交流電壓源，內(nèi)阻抗等于零，電氣參數(shù)-電壓有效值，單位V;頻率，單位Hz ;初相角，單位deg;電壓上升時間，單位sec ; 變壓器為三相兩繞組變壓器，電氣參數(shù)-原邊電壓，單位kV;原邊電阻，單位Q ;
原邊電感，單位mH;副邊電壓，單位kV;副邊電阻，單位Q ;副邊電感，單位mH;勵磁電流，單
位A ;勵磁磁通，單位Wb ;勵磁電阻，單位Q ; 6脈動橋由6個晶閘管組成，包括觸發(fā)角a和熄弧角Y測量，觸發(fā)、閥閉鎖和閥解鎖控制海個晶閘管包含RC阻尼回路；電氣參數(shù)-晶閘管門檻電壓，單位V ;保持電流，單位A;阻尼電阻，單位Q ;阻尼電容，單位ilF; 鎖相環(huán)PLL :鎖相環(huán)的控制目標(biāo)是跟蹤母線正序基頻電壓的相位變化，為換流器的觸發(fā)提供和母線正序基頻電壓同步的相位；輸入三相交流母線電壓，輸出信號為整流測母線A相對地電壓同步的鋸齒波信號；電氣參數(shù)-鎖相環(huán)積分環(huán)節(jié)系數(shù)Ki ;鎖相環(huán)比例環(huán)節(jié)系數(shù)Kp ; 脈動閥觸發(fā)GFU :輸入觸發(fā)角a 、鎖相環(huán)輸出的控制信號和解鎖信號送入，產(chǎn)生6路觸發(fā)信號，對6個閥依次進行觸發(fā)； 極控制包括整流測定電流控制和定觸發(fā)角a^控制，逆變側(cè)定電流控制和關(guān)斷角Y?？刂?，兩者都配備有低壓限流環(huán)節(jié)；將測量到的整流測電流、逆變側(cè)電流和電壓、上一周期逆變測最小熄弧角Y作為輸入；逆變側(cè)兩種控制方式中在任何時刻都只有一個被選中，將兩個控制方式輸出的提前觸發(fā)角13取最大輸出；得到極控制元件最后的兩個輸出分別是整流側(cè)觸發(fā)角a和逆變側(cè)觸發(fā)角a ;電氣輸入-整定電流，單位p.u.;關(guān)斷角整定值，單位rad ; 傳輸線用于模擬輸電線走廊里架空線的基本特性，基于頻率相關(guān)的杰瑪特JMarti模型，計算任意結(jié)構(gòu)的架空線路的電阻、電感和電容矩陣；電氣參數(shù)_架空線單位長度電阻，單位Q *m ;架空線的長度，單位km ;導(dǎo)線及地線內(nèi)徑和外徑，單位cm ;導(dǎo)線及地線 直流電阻，單位Q ;水平位置、桿塔高度和檔距高度，單位m;分裂間距，單位cm;參考角，單 位deg ;導(dǎo)線根數(shù)； 避雷器模擬無間隙金屬氧化物避雷器模型，電氣參數(shù)-參考電壓，單位kV ;閃絡(luò) 電壓，單位kV ;需要關(guān)聯(lián)伏安特性I-V曲線； 高壓直流輸電保護模塊包括過電流保護、交流側(cè)過電壓保護、直流差分保護、直 流側(cè)低壓保護、緊急停運、逆變站開路保護、短路保護、閥組差分保護；電氣參數(shù)_保護動作 基準(zhǔn)值，單位電流kA，電壓kV ;動作延遲時間，單位sec。 本發(fā)明是一種將高壓直流輸電系統(tǒng)的運行特點、現(xiàn)有絕緣配合研究成果和設(shè)計人 員工作經(jīng)驗相結(jié)合的分析方法。 所述避雷器配置步驟，為了方便用戶進行配置避雷器，簡化用戶在避雷器參數(shù)選 擇中的計算工作量，設(shè)計利用自動引導(dǎo)式的方式，引導(dǎo)用戶正確完成配置避雷器及參數(shù)選
擇。同時結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)各點避雷器給定的計算公式，計算獲得避雷器的持續(xù)運行電壓 CC0V和持續(xù)運行電壓峰值PC0V ;結(jié)合荷電率，計算出閥的參考電壓；同時根據(jù)閥片文件，計 算生成避雷器文件，以備后續(xù)步驟可以直接調(diào)用，可以通過計算機自動上述計算，從而大大 的節(jié)省了用戶的計算量，也盡可能的避免了因為用戶手動計算及手動引用閥片文件到避雷 器過程中可能出現(xiàn)的各種錯誤，也在一定程度上降低了對用戶專業(yè)技術(shù)水平的要求。
所述系統(tǒng)分析步驟，用戶根據(jù)實際系統(tǒng)設(shè)計搭建仿真模型，可以直接調(diào)用避雷器 文件開展過電壓仿真分析。為了方便用戶從過電壓分析結(jié)果中，選取避雷器的最大殘壓、最 大電流和能量，對各種故障類型進行分別管理，針對每種故障類型仿真分析結(jié)果，提取用戶 指定故障時間區(qū)域內(nèi)仿真結(jié)果的特征值并保存，以備絕緣配合步驟分析用，從而簡化了用 戶從仿真計算結(jié)果龐大的數(shù)據(jù)中搜索所需避雷器特征值的工作量，大大提高了工作效率。 所述絕緣配合步驟，為了簡化系統(tǒng)絕緣配合分析中的計算工作量及系統(tǒng)絕緣配合 分析，可以通過計算機自動完成從多種故障類型對應(yīng)的特征值中尋找最嚴(yán)重故障類型及對 應(yīng)的避雷器特征值，降低了用戶的工作量，也避免了人為因素導(dǎo)致的低級錯誤。確定避雷器 保護水平后，計算機自動通過避雷器伏安特性曲線，計算避雷器的保護水平。同時設(shè)計將導(dǎo) 則中已給出了一些確定的保護水平和絕緣水平的具體計算公式植入到計算機程序中；并將 導(dǎo)則中推薦的RSIWV/SIPL比率及RLIWV/LIPL比率的值植入到計算機程序中，用默認值的 方式給用戶以提示；并利用引導(dǎo)式的方式引導(dǎo)用戶完成絕緣配合分析。從而縮減了用戶的 工作量的同時，指導(dǎo)用戶高效的完成避雷器絕緣配合流程，最大程度的降低了對用戶專業(yè) 水平的要求。 本發(fā)明極大簡化絕緣配合分析的計算工作量，避免用戶過多的人為干預(yù)因素；并 通過向?qū)У姆绞街笇?dǎo)用戶高效的完成絕緣配合分析。


圖1為本發(fā)明的整體流程框圖；
圖2為避雷器配置步驟的流程框圖；
圖3為系統(tǒng)分析步驟的流程框圖；
圖4為絕緣配合步驟的流程框圖。
各圖中，菱形框表示可用計算機完成的部分；方框表示需要用戶完成的部分；實 線箭頭表述操作流程；虛線箭頭表示在各步驟中交互的數(shù)據(jù)流向。
具體實施例方式
下面通過士500kV貴廣II高壓直流輸電工程為例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明進一步 說明。 用戶使用本發(fā)明對一個貴廣II高壓直流輸電工程換流站進行絕緣配合分析的計 算流程如圖l所示。 首先，進行避雷器配置步驟，如圖2所示 (1)用戶選擇換流站主接線由于貴廣II為士500kV直流系統(tǒng)，用戶選擇單極 十二脈動換流橋的主接線； (2)用戶輸入系統(tǒng)基本參數(shù)；貴廣II系統(tǒng)額定功率Pr = 3000麗、額定電壓^ = 500kV、額定電流^二3kA、設(shè)計觸發(fā)角a =15° ，關(guān)斷角P =17° ，直流線路長度1 = 1225km，直流線路最高運行電壓Ud。m = 515KV、電流Id = 3. 305kA， 12次諧波電流含量 Kd(12) = 0. 03，直流線路單位長度電阻值rdd = 13. 5Q ，換流變壓器閥側(cè)電壓最大值Uv隨= 213. 89kV，換相過沖系數(shù)& = 1. 17等； (3)用戶配置避雷器位置與數(shù)量根據(jù)工程設(shè)計配置以下避雷器換流變交流側(cè)1 柱"A"型交流避雷器；每個閥兩端并聯(lián)2柱"V"型避雷器；十二脈動橋旁并聯(lián)1柱"C"型避 雷器；平抗端及直流線路處分別并聯(lián)2柱"DB"、"DL"型直流線路避雷器；換流橋底部及中 性線處分別并聯(lián)4柱"E"、"EL"型避雷器。 (4)用戶輸入荷電率、閥片型號用戶輸入系統(tǒng)初步設(shè)計確定的避雷器荷電率以 及避雷器伏安特性曲線的閥片文件；以"DB"型直流線路避雷器和"V"型閥避雷器為例。 "DB"型避雷器的荷電率為0. 75，"V"型避雷器的荷電率0. 97 ;選擇貴廣II推薦的各避雷器 閥片文件。 (5)計算機計算CCOV/PCOV， Uref，并生成避雷器文件計算機計算避雷器CCOV/ PCOV，參考電壓及閥片文件。譬如"DB/DL"直流線路型避雷器CCOV = PCOV = Ud = 515kV，
參考電壓=PCOV/荷電率二 515/0. 75 = 686. 67kV ;"V"型閥避雷器CCOF = x [/嗎《
=x 213.89 = 302.45Ar ;尸COr =《xx R腿=U7 x 302.45 = 353.86A:F ;參考
電壓=352. 86/0. 97 = 363kV。結(jié)合避雷器并聯(lián)柱數(shù)，生成避雷器文件，以備后續(xù)的步驟中， 用戶可以直接調(diào)用； 其次，進行系統(tǒng)分析步驟，如圖3所示 (1)用戶搭建仿真模型用戶利用元件庫搭建貴廣II直流輸電系統(tǒng)。主要參數(shù)見 避雷器配置中輸入的基本參數(shù)。其中整流站和逆變站的變壓器為單相2線變壓器，額定電 壓比分別為525/209. 7和525/196. 5。額定容量分別為889. 7MVA和833. 7MVA。平波電抗 器300mH，集中布置在極線上?？刂葡到y(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的CIGRE控制系統(tǒng)。 (2)用戶添加避雷器分別在所搭建的貴廣II系統(tǒng)的相應(yīng)位置，掛設(shè)避雷器"A"型 交流避雷器；"V"型避雷器；"C"型避雷器"DB"/ "DL"型直流線路避雷器；"E"/ "EL"型 避雷器。并將生成的避雷器閥片文件與相應(yīng)的避雷器相關(guān)聯(lián)。 (3)進行仿真分析參考國家導(dǎo)則中規(guī)定的需要考核的故障類型，以操作電壓下的避雷器的絕緣配合為例，設(shè)置系統(tǒng)金屬回線運行方式下，換流站接地回線開路故障；換流 變閥側(cè)對地短路故障；直流線路出口處對地短路故障；換流站閥短路故障。進行仿真分析。
(4)提取避雷器特征值每種故障類型中，系統(tǒng)故障出現(xiàn)過電壓、過電流。避雷器 起保護作用，避雷器動作，將掛設(shè)點的位置的電位鉗住。避雷器在故障中將出現(xiàn)最大殘壓、 電流及能量。計算機將仿真結(jié)果中避雷器的最大殘壓、電流及能量特征值按照故障類型分 別提取并保存。以備絕緣配合步驟分析用。
最后，進行絕緣配合步驟，如圖4所示 (1)選擇最嚴(yán)重故障類型及避雷器特征值利用系統(tǒng)分析步驟中提取的各種故障 類型下避雷器的最大殘壓、最大電流和能量特征值，選擇最嚴(yán)重故障類型及相應(yīng)避雷器特 征值；例如，以直流線路避雷器DB/DL和閥避雷器V為例。通過計算機對比各避雷器在各種 故障類型條件下的最大殘壓、最大電流及能量，選擇最嚴(yán)重故障類型。直流線路避雷器DB/ DL對應(yīng)的最嚴(yán)重故障類型為換流變閥側(cè)對地短路故障，最大殘壓為534. 89kV，最大電流為
0. OOlkA，能量為0. 32kJ。閥避雷器V對應(yīng)的最嚴(yán)重故障類型為換流站閥短路故障，最大殘 壓454. 42kV，最大電流0. 03kA，能量3. 19kJ。 (2)用戶選擇配合電流確定避雷器配電電流及避雷器保護水平。直流線路避雷 器DB/DL的配合電流lkA(大于最嚴(yán)重故障類型下電流0. OOlkA)，閥避雷器V的配合電流
1. 3kA(大于最嚴(yán)重故障類型下0. 03kA)， (3)計算避雷器保護水平根據(jù)避雷器的伏安特性曲線，直流線路避雷器DB/DL的 配合電流為lkA的條件下，計算得到DB/DL對應(yīng)的避雷器保護水平為831kV ;閥避雷器V的 配合電流為1. 3kA的條件下，對應(yīng)的避雷器保護水平為505. 69kV。 (4)輸入比率RSIWV/SIPL、比率RLIWV/LIPL :輸入直流線路避雷器DB/DL要求操 作耐受水平和額定操作耐受水平的比率，即比率RSIWV/SIPL為1. 2 ;閥避雷器V要求操作 耐受水平和額定操作耐受水平的比率，即比率RSIWV/SIPL為1. 2。 (5)計算避雷器的操作保護水平和雷擊保護水平計算直流線路避雷器DB/DL的 操作保護水平SIPL =操作保護水平X比率RS歸SIPL = 836. 16X 1. 2 = 1003. 4kV ;計算 閥避雷器V的操作保護水平SIPL =操作保護水平X比率RSIWV/SIPL = 505. 69X 1. 2 = 606.83kV。 (6)配置端對地、端對端絕緣水平確定避雷器保護設(shè)備的操作絕緣水平。以直 流線路避雷器DB/DL及閥避雷器V直接保護的設(shè)備為例DB/DL的操作保護水平SIPL = 1003. 4kV，直流線路上避雷器保護設(shè)備的端對地操作絕緣水平選用為1175kV ;閥避雷器V 的操作保護水平SIPL == 606. 83kV，閥端對端絕緣水平選用為650kV。進而完成各避雷器 的絕緣配合，完成系統(tǒng)絕緣配合。
權(quán)利要求
一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流站絕緣配合設(shè)計方法，包括避雷器配置步驟、系統(tǒng)分析步驟和絕緣配合步驟；一.避雷器配置步驟，包括下述子步驟1.1選擇換流站的主接線用戶根據(jù)直流系統(tǒng)電壓等級選擇不同的主接線，主接線包括單極十二脈動橋和單極雙十二脈動橋，電壓等級為±500kV時選擇單極十二脈動橋；電壓等級為±800kV時選擇單極雙十二脈動橋；1.2輸入系統(tǒng)基本參數(shù)系統(tǒng)基本參數(shù)包括額定功率Pr、額定電壓Ur、額定電流Ir、設(shè)計觸發(fā)角α，設(shè)計關(guān)斷角β，線路長度l，線路最高運行電壓Udcm、線路最高運行電流Idcm，12次諧波電流含量kd(12)，線路單位長度電阻值rdcl，換流變壓器的閥側(cè)電壓最大值Uvmax，換相過沖系數(shù)K1；1.3配置避雷器位置與數(shù)量參考國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 605-1996《高壓直流轉(zhuǎn)流站絕緣配合導(dǎo)則》和國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW144-2006《±800kV特高壓直流換流站過電壓保護和絕緣配合導(dǎo)則》給出的避雷器配置位置，確定設(shè)計的避雷器位置、類型及數(shù)量；1.4輸入荷電率、閥片型號用戶輸入系統(tǒng)初步設(shè)計中確定的避雷器荷電率以及避雷器伏安特性曲線的閥片文件；1.5計算CCOV、PCOV和Uref，并生成避雷器文件結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)各點避雷器給定的計算公式計算避雷器的持續(xù)運行電壓CCOV和持續(xù)運行電壓峰值PCOV，同時計算閥的參考電壓Uref＝PCOV/荷電率，并根據(jù)閥片文件，計算生成與相應(yīng)避雷器一一對應(yīng)的避雷器文件，以備后續(xù)步驟調(diào)用；二.系統(tǒng)分析步驟，包括下述子步驟2.1搭建仿真模型根據(jù)實際系統(tǒng)的接線方式，通過選用元件庫中對應(yīng)的元件，搭建與實際系統(tǒng)相同的仿真模型；2.2用戶添加避雷器用戶將元件庫中避雷器元件分別配置在仿真模型對應(yīng)的位置上，同時根據(jù)設(shè)計的避雷器類型調(diào)用對應(yīng)的避雷器文件；2.3進行仿真分析用戶依據(jù)系統(tǒng)絕緣配合分析需要，從相應(yīng)的DL/T605-1996導(dǎo)則和Q/GDW 144-2006標(biāo)準(zhǔn)中給出的所有故障類型中，任意選擇待分析的故障類型，并對仿真模型進行仿真分析；2.4提取避雷器特征值針對每種故障類型仿真分析結(jié)果，在故障發(fā)生的時間區(qū)域里，提取各個避雷器各自對應(yīng)的最大殘壓、最大電流和能量并保存，轉(zhuǎn)絕緣配合步驟；三.絕緣配合步驟，包括下述子步驟3.1選擇最嚴(yán)重故障類型及避雷器特征值利用系統(tǒng)分析步驟中提取的各種故障類型下避雷器的最大殘壓、最大電流和能量特征值，選擇其中避雷器的最大殘壓、最大電流值最大的故障類型作為最嚴(yán)重故障類型，其對應(yīng)的避雷器的最大殘壓、最大電流和能量作為避雷器特征值；3.2選擇配合電流用戶根據(jù)最嚴(yán)重故障類型下的避雷器特征值，確定避雷器的配合電流，其原則是所述配合電流大于避雷器特征值中的最大電流；3.3計算避雷器保護水平結(jié)合避雷器文件的伏安特性曲線，提取避雷器伏安特性曲線上配合電流對應(yīng)的電壓值，作為避雷器保護水平；3.4輸入比率RSIWV/SIPL、比率RLIWV/LIPL按照設(shè)計要求，參照導(dǎo)則中給出的選用范圍，輸入要求操作耐受水平和額定操作耐受水平的比率RSIWV/SIPL；輸入要求雷電耐受水平和額定雷電耐受水平的比率RLIWV/LIPL；3.5計算避雷器的操作保護水平和雷擊保護水平結(jié)合避雷器文件的伏安特性曲線，計算避雷器的操作保護水平SIPL和雷擊保護水平LIPL，操作保護水平SIPL＝避雷器保護水平×比率RSIWV/SIPL；雷擊保護水平LIPL＝避雷器保護水平×比率RLIWV/LIPL；3.6配置端對地、端對端絕緣水平根據(jù)避雷器的操作保護水平和雷擊保護水平，確定避雷器保護設(shè)備端對地、端對端的操作絕緣水平和雷電絕緣水平，完成系統(tǒng)絕緣配合；其中，避雷器保護設(shè)備端對地、端對端的操作絕緣水平大于相應(yīng)避雷器的操作保護水平；避雷器保護設(shè)備端對地、端對端的雷電絕緣水平大于相應(yīng)避雷器的雷擊保護水平。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓直流輸電系統(tǒng)換流站絕緣配合設(shè)計方法，其特征在于所述系統(tǒng)分析步驟中，所述元件庫包括下述元件電阻電氣參數(shù)_電阻值，單位Q ;電容電氣參數(shù)_電容值，單位P F ;電感電氣參數(shù)_電容值，單位mH ;接地?zé)o電氣參數(shù)；開關(guān)分為時控開關(guān)和壓控開關(guān)，時控開關(guān)電氣參數(shù)_閉合時間/斷開時間，單位see ; 測量元件分為電壓和電流測量元件；交流源分為單相和三相交流電壓源，內(nèi)阻抗等于零，電氣參數(shù)_電壓有效值，單位V ;頻率，單位Hz ;初相角，單位deg ;電壓上升時間，單位see ;變壓器為三相兩繞組變壓器，電氣參數(shù)-原邊電壓，單位kV;原邊電阻，單位Q ;原邊 電感，單位mH ;副邊電壓，單位kV ;副邊電阻，單位Q ;副邊電感，單位mH ;勵磁電流，單位A ; 勵磁磁通，單位Wb ;勵磁電阻，單位Q ;6脈動橋由6個晶閘管組成，包括觸發(fā)角a和熄弧角Y測量，觸發(fā)、閥閉鎖和閥解鎖 控制；每個晶閘管包含RC阻尼回路；電氣參數(shù)-晶閘管門檻電壓，單位V ;保持電流，單位A ; 阻尼電阻，單位Q ;阻尼電容，單位ilF;鎖相環(huán)PLL :鎖相環(huán)的控制目標(biāo)是跟蹤母線正序基頻電壓的相位變化，為換流器的觸 發(fā)提供和母線正序基頻電壓同步的相位；輸入三相交流母線電壓，輸出信號為整流測母線 A相對地電壓同步的鋸齒波信號；電氣參數(shù)-鎖相環(huán)積分環(huán)節(jié)系數(shù)Ki ;鎖相環(huán)比例環(huán)節(jié)系 數(shù)Kp ;脈動閥觸發(fā)GFU :輸入觸發(fā)角a 、鎖相環(huán)輸出的控制信號和解鎖信號送入，產(chǎn)生6路觸 發(fā)信號，對6個閥依次進行觸發(fā)；極控制包括整流測定電流控制和定觸發(fā)角a^控制，逆變側(cè)定電流控制和關(guān)斷角Y。 控制，兩者都配備有低壓限流環(huán)節(jié)；將測量到的整流測電流、逆變側(cè)電流和電壓、上一周期 逆變測最小熄弧角Y作為輸入；逆變側(cè)兩種控制方式中在任何時刻都只有一個被選中，將 兩個控制方式輸出的提前觸發(fā)角13取最大輸出；得到極控制元件最后的兩個輸出分別是 整流側(cè)觸發(fā)角a和逆變側(cè)觸發(fā)角a ;電氣輸入-整定電流，單位p.u.;關(guān)斷角整定值，單位 rad ^傳輸線用于模擬輸電線走廊里架空線的基本特性，基于頻率相關(guān)的杰瑪特JMarti模型，計算任意結(jié)構(gòu)的架空線路的電阻、電感和電容矩陣；電氣參數(shù)-架空線單位長度電阻， 單位Q*m ;架空線的長度，單位km ;導(dǎo)線及地線內(nèi)徑和外徑，單位cm ;導(dǎo)線及地線直流電 阻，單位Q ;水平位置、桿塔高度和檔距高度，單位m;分裂間距，單位cm;參考角，單位deg; 導(dǎo)線根數(shù)；避雷器模擬無間隙金屬氧化物避雷器模型，電氣參數(shù)-參考電壓，單位kV ;閃絡(luò)電壓， 單位kV ;需要關(guān)聯(lián)伏安特性I-V曲線；高壓直流輸電保護模塊包括過電流保護、交流側(cè)過電壓保護、直流差分保護、直流側(cè) 低壓保護、緊急停運、逆變站開路保護、短路保護、閥組差分保護；電氣參數(shù)_保護動作基準(zhǔn)值，單位電流kA，電壓kV ;動作延遲時間，單位sec。
全文摘要
高壓直流輸電系統(tǒng)換流站絕緣配合設(shè)計方法，屬于高壓直流輸電系統(tǒng)分析方法，目的在于簡化計算工作量，避免過多人為干預(yù)，指導(dǎo)用戶高效完成絕緣配合分析。本發(fā)明包括避雷器配置步驟、系統(tǒng)分析步驟和絕緣配合步驟。本發(fā)明極大簡化絕緣配合分析的計算工作量，避免用戶過多的人為干預(yù)因素；并通過向?qū)У姆绞街笇?dǎo)用戶高效的完成絕緣配合分析。
文檔編號H02J1/00GK101694939SQ200910272428
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者何俊佳, 劉映尚, 呂金壯, 張丹丹, 董曼玲, 許樹楷, 許瀾, 謝施君, 謝耀恒, 賀恒鑫, 黃瑩, 黎小林 申請人:南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心;華中科技大學(xué);