[实用新型]短路保护装置、接地装置、换流站及直流输电系统

说明书

技术领域

本公开的实施方式涉及直流输电系统，尤其是高压直流输电系统(HVDC)，以及该直流输电系统中的短路保护装置、接地装置和换流站。

背景技术

高压直流(HVDC)输电技术是一种重要并且优越的电力传输技术。高压直流(HVDC)输电技术通过换流站将来自交流电网的交流电转换为直流电，然后将转换后的直流电通过直流输电线进行远距离传输，并在受电处再通过换流站将直流电转换为交流电以供使用。换流站中包括转换器(或称为转换阀)。转换器利用半导体开关器件(晶闸管或晶体管(诸如绝缘栅双极晶体管，即IGBT))与二极管的组合来将交流电整流为直流电或将直流电逆变为交流电。

在高压直流输电系统中，可能在换流站内或直流输电线中的任何位置发生相接地短路故障。在发生相接地短路故障后，需要尽快地将交流断路器断开以将换流站与交流电网隔离，以保护换流站。然而，在一些情况中，相接地短路故障产生的故障电流可能含有相当大的直流分量，这会造成在通过交流断路器的故障电流过零之前的相对长的延迟，而在该延迟时间期间交流断路器无法实现断开从而不能迅速中断故障电流。这种情况一般是不期望的并且可以被称为延迟过零。延迟过零可能是交流断路器断开困难甚至无法断开，并可能导致交流断路器的劣化甚至失灵。

在高压直流输电系统中，通常在换流站的转换器上设置有中性极，该中性极连接到大地。相接地短路故障产生的故障电流会通过大地和接地的中性极与故障发生点形成回路，使得故障电流都将流经与中性极连接的换流站中的电气设备。另一方面，为了降低发生短路故障时相当大的故障电流的上升速率以保护电气设备，通常在直流极或中性极安装有大容量的电抗器以缓冲故障电流。而大容量的电抗器的大感抗也导致故障电流的衰减变得非常慢，这导致大的故障电流将相对长时间地流经与中性极连接的换流站中的电气设备，尤其是转换器中的二极管(阀二极管)。这从而对这些电气设备(尤其是转换器中的二极管)提出了对浪涌电流承受能力的高要求，尤其是在直流断路器无法断开故障电流时。在一些情况下，可能难以满足对二极管的这种浪涌电流承受能力的高要求。

目前存在一种方案，即将缓冲电阻器安装于换流站中的转换器中。但是，这将改变转换器单元的物理设计，从而导致需要重新设计、测试新的转换器单元并且需要为现有的输电系统更换新的转换器单元。而且，在转换器单元内部安装缓冲电阻器还可能带来潜在的损坏风险，也即，缓冲电阻器在消耗故障电流时在电路中产生的高温可能烧坏转换器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一系列方案，以至少部分解决上述问题。

本公开的各实施方式基于以下的认识：当在高压直流输电系统中发生相接地短路故障时，由于在高压直流输电系统中通常具有连接到大地的接地极，不论该短路故障发生在高压直流输电系统的交流侧还是发生在直流输电线路上，短路产生的故障电流都会通过大地从高压直流输电系统的接地点处经由接地极返回到故障点处，由此形成短路闭合回路，如图1中的箭头所示。也就是说，高压直流输电系统的接地点是故障电流的必经之路。

鉴于以上认识，本公开提出将短路保护装置安装在直流输电系统的接地点位置，使得短路保护装置位于故障电流的电流路径中以便于通过短路保护装置中的电阻器来快速衰减故障电流，同时该短路保护装置又不在直流输电系统的正常电流路径中，从而避免对直流输电系统的正常电流路径中的相关电气设备的重新设计和替换，以及避免由于短路保护装置在衰减故障电流时产生的高温对正常电流路径中的电气设备的损坏风险。

根据本实用新型的实施方式，提供一种短路保护装置，其被配置为与直流输电系统耦合。所述直流输电系统包括至少一个换流站，所述换流站被配置为执行交流电力与直流电力之间的转换。所述短路保护装置包括：主电阻器单元，所述主电阻器单元包括至少一个电阻器；其中所述主电阻器单元能够耦合在至少一个所述换流站的接地极与所述直流输电系统的接地点之间，以消耗在所述直流输电系统的短路故障中出现在所述至少一个换流站的接地极上的故障电流。

根据本实用新型的实施方式，所述换流站为双极换流站，其包括正极、负极和耦合到所述正极和负极的中性极，所述中性极作为所述换流站的接地极。

根据本实用新型的实施方式，所述换流站为单极换流站，其包括正极或负极，并包括接地极。