[实用新型]高压换流站中性母线可控释能装置

说明书

技术领域

本实用新型属于高压直流输电技术领域，涉及高压直流换流站中性母线过电压抑制技术。

背景技术

近年来，高压直流换流站的中性母线过电压故障频发，严重威胁了直流输电系统的安全、稳定运行。

现阶段，避雷器是释放中性母线过电压故障能量的唯一途径；然而，这种释能方式存在以下问题：(1)避雷器通流能力和释能能力有限，一旦超过其限值，容易造成避雷器自身损坏、爆炸；(2)通过多柱避雷器并联方式，虽然可以提高其通流能力和释能能力，但是搭建和维护成本较高；(3)避雷器容易受潮，从而导致避雷器泄漏电流增大、红外图谱异常、绝缘电阻下降，引起避雷器电气性能明显下降甚至受损报废，且避雷器性能检测和运行维护操作复杂，进一步增加了维护成本；(4)避雷器的导通和关断取决于过电压的情况，无法实现可控、主动退出等。

并联间隙(参考专利ZL201410716488.8、ZL201510011498.6等)作为避雷器的备选释能装置，可以弥补避雷器的上述不足。然而，常规并联间隙无法用作直流输电系统中性母线避雷器的备选释能装置，主要原因在于常规并联间隙不具备主动灭弧功能，在中性母线的过电压释能过程中，并联间隙将长时间通过大幅值直流电流，最终造成并联间隙烧毁。

专利号为ZL201210389771.5提出的喷气式灭弧并联间隙装置，虽然能快速产生作用于电弧的高速高压气流，从而抑制电弧形成和发展，让其熄灭在暂态阶段。但这种具有灭弧功能的并联间隙仍不适用于直流输电系统中性母线避雷器的备选释能装置，其原因在于：(1)该并联间隙采用高速气流结合灭弧粉进行灭弧，对小幅值的交流电弧、或者起始阶段的交流电弧灭弧效果较好，但是难以切断直流输电系统中性母线释能过程中高达数千安培直流电弧电流；(2)该并联间隙需要设置灭弧粉储藏室，并需要进行定期维护和补充，这无疑增加了并联间隙的制造成本和后期维护成本，并不经济实用；(3)由于该并联间隙靠气流灭弧，气流的灭弧时间分散性较大，且容易受电弧电流、背景环境、气流自身等多个因素的影响，因此该并联间隙灭弧动作时间不完全可控，动作时间分散性较大。

此外，上述并联间隙仅提供单一能量泄放通道，一旦在过电压故障后短时间内强行切断该唯一的能量泄放通道，反而将导致中性母线电压再次升高，无法逐渐平缓释放中性母线过电压和能量。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在，针对现有技术中高压直流换流站中性母线过电压抑制保护方面的技术缺陷，提供一种适用于高压直流换流站的中性母线可控释能装置，可作为直流输电系统中性母线避雷器的备选释能装置，具有过电压抑制效果好、泄放能量大、可靠性强、可控性高等优势。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型提供了一种高压换流站中性母线可控释能装置，其特征在于包括空气间隙、可控关断单元；所述空气间隙包括高压电极和低压电极；所述可控关断单元主要由两条及两条以上的释能支路并联接地构成，所述释能支路由限流电阻和直流断路器串联构成，限流电阻与低压电极电连接，直流断路器与时序控制单元电连接。

上述高压换流站中性母线可控释能装置，所述空气间隙高压电极与中性母线连接。当装置处于正常工作状态时，空气间隙承受中性母线与大地之间的电压。所述空气间隙尺寸由连接于中性母线避雷器50％-90％标称放电电流对应的残压值通以下公式确定：

其中Lg为空气间隙尺寸，单位mm；Ur为中性母线避雷器50％-90％标称放电电流对应的残压值，单位kV。中性母线上设置避雷器可以参考本领域已经披露的常规设计方案。

上述高压换流站中性母线可控释能装置，所述时序控制单元信号输入端与各个释能支路直流断路器电流测量信号输出端连接，信号输出端与各个释能支路直流断路器动作控制信号端口连接，时序控制单元获得直流断路器的电流，以判断直流断路器的工作状态，然后根据工作状态以及内置的控制逻辑输出信号，控制各个释能支路直流断路器的动作，从而实现时序控制单元对释能支路的直流断路器断开和闭合的控制。

上述高压换流站中性母线可控释能装置，限流电阻的作用为防止释能支路的电流过大，以降低对直流断路器的开断性能指标要求。本实用新型通过加装限流电阻，释能间隙导通时的故障电流可以大幅降低，从而在选取直流断路器时，可以选择开断电流较低的直流断路器，极大降低直流断路器的成本。限流电阻的选取原则是保证直流断路器断开所需电流值不高于10kA。