首先考察换流站2与换流站4之间的直流线路发生单极接地短路故障。设仿真开始时(t=0s)测试系统已进入稳态运行。t=10ms时在正极直流开关B24线路侧发生单极接地短路。图6给出了流过8个直流断路器的电流Idc12—Idc43的波形,可以看到,故障线路两侧的断路器B24和B42分别在故障后1.6ms和8.8ms达到其动作值并动作,在断路器B24和B42动作后,流过其他断路器的电流开始下降,因而其他断路器不会动作。
然后对测试系统中的4条直流线路进行逐条故障扫描,故障点分别设为直流断路器线路侧和线路中点,考察就地检测就地保护策略的快速性和选择性。仿真结果如表4所示。由表4可以看出,就地检测就地保护的故障处理策略具有极高的快速性和选择性。下面以正极直流开关B24线路侧发生单极接地故障为例给出就地检测就地保护故障处理策略具有极高的快速性和选择性的理论解释。显然,B24线路侧发生故障后,最靠近故障点的断路器是B24和B21,因此按就地检测就地保护的故障处理原则,B24和B21应该是最先动作的断路器。但B24动作属于正确动作,而B21动作则属于误动作。下面说明为什么B21不会动作。实际上这等价于说明B24会比B21快2ms动作。这是容易解释的,因为流过B21的故障电流是由换流站1提供的,由于换流站1平波电抗器和换流站1、2之间线路的作用,流过B21的故障电流会比B24迟2ms以上达到动作电流值。而B24一旦动作,对B21来说,故障点已消失,因此就不会动作了。
为了展示策略2的完整特性并与策略1相比较,下面仍然以正极直流开关B24线路侧发生单极接地短路为例,给出相关物理量的波形图。图7给出了混合型直流断路器B24的响应特性。图8给出了混合型直流断路器B42的响应特性。图9给出了换流站的响应特性:其中(a)是流过换流站1—4平波电抗器的电流Idc1—Idc4的波形图;(b)是换流站1—4端口直流电压Udc1—Udc4的波形图;(c)是换流站1—4内部桥臂电流最大值Ich1—Ich4的波形图。
从图7可以看出,对于短路点近处的断路器B24,负载转移开关动作时的电流值为6.0kA,主断路器动作时的电流为12.6kA,主断路器断开后瞬间承受的电压为890.6kV,是直流电网额定电压的1.78倍。从图8可以看出,对于短路点远处的断路器B42,负载转移开关动作时的电流值为6.0kA,主断路器动作时的电流为7.1kA,主断路器断开后瞬间承受的电压为831.9kV,是直流电网额定电压的1.66倍。从图7和图8可以看出,流过故障线路的电流需要经过约10ms才衰减到0。
从图9可以看出,对于离短路点较近的换流站2和1,流过平波电抗器的电流分别达到6.6kA和4.6kA,桥臂电流未超过其额定电流的2倍,换流站2和1无需闭锁;B24和B42的主断路器开断瞬间全网过电压达到峰值,其中换流站3出口电压达到1054.0kV,超过其额定电压的2倍(峰值并不是出现在断路器断开瞬间)。
针对正极直流开关B24线路侧发生单极接地短路故障,表5给出了2种故障处理策略的性能比较。
5、结论
本文提出了针对直流电网的就地检测故障就地保护策略,与常规由继电保护系统主导的故障处理策略相比,就地检测故障就地保护策略有如下优势:
1)该策略具有很好的保护选择性,解决了直流电网的故障点检测难题。
2)该策略具有极佳的快速性,可以快速隔离故障线路,大大降低故障对直流系统的冲击。
3)该策略大大降低了直流断路器需要开断的故障电流水平,从而大大降低了直流断路器的成本,十分有利于直流电网的发展。
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