关键词：特高压换流变故障性涌流机理；差动保护；
在逆变侧，由于直流系统的非线性导致直流系统对换流变阀侧故障的响应具有时间和空间离散性，故障位于不同电压等级换流桥以及发生在不同时刻均会引起换流阀通断情况的差异，并可能引发换相失败，同时会引起故障电流特征的变化，进而对差动保护造成不同程度的影响，目前国内外对该现象尚未开展针对性的研究。
一、故障特征
逆变侧换流变阀侧单相接地故障可能导致换流阀发生换相失败，阀侧单相接地故障特征与整流侧有所区别。从磁链变化的角度分析了整流侧换流变阀侧单相故障时故障电流特征及故障性涌流的产生机理。而对于逆变侧，由于故障可能导致换流阀发生换相失败，阀侧单相接地故障特征与整流侧有所区别。对于共阳极阀，由于共阴极阀在故障后迅速关断，则由共阳极阀构成的电流回路阻抗减小，流经共阳极阀的电流增大，此时阀能否维持正常通断取决于换相期间直流电流的大小以及阀电流转移速度的快慢。故障后共阴极阀迅速断流关断并一直维持，因此故障后换流变阀侧电流特征完全取决于共阳极阀的通断状态。在新增电流回路中，换流变阀侧A相绕组电流的方向为流入换流变方向，与由共阳极阀提供的短路电流方向相反，即该电流使得共阳极阀提供的短路电流直流分量减小。因此与第一类故障相比，第二类故障情况下换流变阀侧电流直流分量较小，且电流正负半波对称性较好。综上所述，逆变侧换流变阀侧接地故障的电流特征如下。（1）第一类故障情况下故障相阀侧电流含有较大的直流分量，正负半波不对称，且换相失败导致与非故障相相连的共阳极阀导通时间越长，直流分量越大。（2）第二类故障情况下的故障阀侧电流直流分量比第一类的小，正负半波对称性较好。此外，故障点所处换流器的电压等级越高，故障回路电抗越小，故障后对应换流变阀侧电流的幅值越大，阀侧电流直流含量越高。
二、故障性涌流产生机理
当换流变阀侧发生接地故障，以A相接地故障为例，根据理论分析，A相阀侧电流呈现严重的正负半波不对称现象，直流分量较大。直流分量会导致换流变铁芯产生偏置磁通，可能导致铁芯进入饱和区域，进而产生励磁涌流，为与普通的励磁涌流相区别，将该励磁涌流现象称为故障性涌流。正常运行时，换流变铁芯工作在线性区域，励磁电流幅值较小，且为上下对称的正弦波；在换流变阀侧发生接地故障后，铁芯工作点发生偏移，进入饱和区域，励磁电流波形发生畸变，产生故障性涌流。与故障相相连的共阳极阀导通时短路电流并不流经换流变阀侧绕组，只有与非故障相相连的共阳极阀导通时短路电流才会流出换流变，由于阀的单向导通性，短路电流偏于时间轴一侧，出现较大的直流分量。阴极阀都会承受反向电压，故障后共阴极阀将迅速断流关断并一直维持，进而导致桥及低压阀组都将断流关断。此外，由于铁芯磁通不能突变，在阀侧电流直流分量的影响下，换流变铁芯磁通发生偏置，并逐渐达到饱和，在这一过程中，铁芯磁通的变化会在换流变网侧感应出一定大小的直流电流，由于网侧系统电阻的存在，直流电流将导致换流变端电压产生非周期偏移，从而缩短铁芯进入饱和区的时间，使故障性涌流产生的时间缩短。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆，故障所处换流桥的电压等级越高，且与非故障相相连的共阳极阀导通时间越长，则换流变故障相阀侧电流的幅值越大，直流分量越大。考虑到直流系统的非线性导致直流系统对换流变阀侧故障的响应具有时间离散性，不同时刻故障可能引起换流阀通断情况的差异。当故障发生于与故障相相连的共阳极阀导通期间并造成换相失败时，换流变故障相阀侧电流直流含量最小，对换流变铁芯磁通的影响较小。
三、故障性涌流对换流变差动保护的影响分析
1.换流变阀侧区外故障。当换流变阀侧发生区外单相故障时，短路电流流经换流阀，阀的单向导通性使故障相网侧电流和阀侧电流出现严重的正负半波不对称现象，而网侧电流的正负半波不对称容易导致换流变铁芯半周饱和，继而产生故障性涌流。此时换流变差动电流即为故障性涌流，初始阶段的差动电流较小，随着故障性涌流的产生和发展，差动电流逐渐增大，但由于故障性涌流的二次谐波含量较大，差动保护能够可靠闭锁。
2．换流变阀侧区内故障。当换流变阀侧发生区内单相故障时，由于短路电流流通路径与发生阀侧区外故障时相同，网侧电流和阀侧电流同样会出现正负半波不对称现象，继而产生故障性涌流。由于故障性涌流初始阶段的幅值较小，因此在区内故障发生后，差动电流主要取决于区内故障电流，受故障性涌流影响较小，差动电流谐波含量相对较低，保护能够正常动作。
3.换流变阀侧区外转区内故障。换流变阀侧发生转换性故障，即故障由区外转移至区内。在发生区外故障且产生故障性涌流后，差动电流呈现故障性涌流特征; 当故障由区外转移至区内时，此时的差动电流为区内故障电流叠加故障性涌流，由于故障性涌流幅值较大且含有大量的二次谐波，差动保护误闭锁，导致差动保护延时动作甚至拒动。
4.差动保护误闭锁的解决方案。据此，区别于第一类故障，第二类故障增加了一条由短路点、换流变阀侧绕组、共阴极阀、接地中性线构成的短路电流回路
研究表明当换流变阀侧发生区外转区内单相接地故障时，换流阀的单向导通性使得换流变产生故障性涌流，差动电流的二次谐波含量增大，进而可能引起换流变差动保护误闭锁。根据区外故障发生后，但转换为区内故障前，差动电流为故障性涌流，由于故障性涌流方向与网侧电流方向相反，因此差动电流的方向与换流变网侧电流相反，即差动电流位于时间轴下方，此时差动电流的直流分量为负值; 当故障由区外转到区内时，此时差动电流由网侧电流和阀侧电流共同决定，差动电流波形偏向时间轴上方，差动电流直流分量为正值并一直保持。据此，本文利用转换性故障发生后差动电流电流直流分量出现“由负变正”极性反转的特征，在二次谐波制动原理的基础上，提出适用于换流变阀侧区外转区内故障的改进差动保护。
结束语：本文提出了特高压换流变阀侧单相故障时故障性涌流的产生机理和变化特点，同时指出故障性涌流在换流变在区外转区内故障情况下引起差动保护闭锁的原因，对差动保护闭锁方案进行改进，能够有效识别因故障性涌流造成的保护误闭锁，确保差动保护的可靠性。
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论文作者:丁多峡
论文发表刊物:《当代电力文化》2020年1期
论文发表时间:2020/5/6