[发明专利]一种具备短路故障能量吸收能力的直流线路故障二次检测装置

说明书

本发明公开了一种具备短路故障能量吸收能力的直流线路故障二次检测装置，属于发电、变电或配电的技术领域。该装置由吸收电容、全控型开关管和二极管等构成，并联于正极线路和负极线路之间。该装置可以有效吸收模块化多电平换流器直流侧发生双极短路故障后限流电抗器和直流线路上的故障能量，减小直流断路器耗能支路需要吸收的能量；同时通过控制开关管开断可以对故障进行二次检测，实现故障性质的判别和故障的准确定位，避免直流系统重合于永久性故障，实现自适应重合闸。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术，具体涉及一种具备短路故障能量吸收能力的直流线路故障二次检测装置，属于测量、测试的技术领域。

背景技术

随着模块化多电平换流器(MMC，Modular Multilevel Converter)技术的发展，具有有功和无功独立控制、不存在换相失败、谐波水平低等特点的基于电压源换流器技术的高压直流输电(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current，VSC-HVDC)逐渐取代了传统的基于晶闸管技术的高压直流输电(Line Commutated ConverterBased High Voltage Direct Current，LCC-HVDC)。随着输电电压等级的提高、输电容量的增大以及远距离输电需求的增加，柔性直流输电将越来越多地采用架空线输电的方式，这极大地增大了直流线路遭受故障的概率。

在发生直流侧短路故障时，基于MMC的柔性直流系统由于控制方式和自身拓扑结构的特殊性具有惯量小、故障电流上升速度极快、幅值极高的特点，往往在几个毫秒内故障电流就超过器件的耐受能力，因此必须依赖直流断路器快速隔离故障。直流断路器一方面需要承受因MMC迅速放电带来的巨大电压、电流应力，另一方面需要吸收极大的故障能量，故障能量包括储存于限流电抗器和系统等效电感中的磁场能量以及电源提供的能量，这对于直流断路器的耐压、耐流性能以及耗能支路的设计提出了挑战。同时，在故障隔离后，为了减小输电中断带来的损失，需要尽快重合直流断路器，恢复系统运行。由于直流系统的“低阻尼”特点，直流断路器一旦重合于永久性故障，将使得直流系统短时间内遭受故障二次冲击，对系统的安全和器件的使用寿命都将造成不利影响。因此，有必要对故障进行二次检测从而判断故障性质，以避免系统重合于永久性故障。

目前，现有的故障隔离后的重启/重合方法均通过直流断路器直接重合或改造直流断路器进行分布投入实现，一旦检测到故障仍然存在，再立刻断开直流断路器。现有方法只能尽可能地减小重合于永久性故障时带来的二次冲击，而无法避免二次冲击问题，且均需要改造直流断路器。而现有故障能量吸收方法多为串联型吸收方法和换流器侧吸收方法。串联型吸收方法通过混合式直流断路器串联金属氧化物避雷器(Metal OxideArrester，MOA)耗能支路或电阻型故障限流器实现。然而，MOA单体吸收能量十分有限；电阻型故障限流器需要配置复杂的水冷系统，正常工作时损耗较大，不适用于工程。换流器侧吸收方法需要对MMC的子模块进行改造，应用拓扑局限性较大。因此，研究一种实现故障二次检测且能够吸收短路故障能量的直流线路故障二次检测装置具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种具备短路故障能量吸收能力的直流线路故障二次检测装置，不但能够降低对直流断路器耗能支路吸收容量的要求，而且能够缩短直流断路器承受极大电压应力的时间，在正常工作时没有增加任何损耗，吸收的故障能量可以用来对故障进行二次检测，实现故障性质的判别与故障定位功能，避免系统重合于永久性故障，解决了现有故障能量吸收方法吸收能量有限、正常工作损耗大、应用拓扑局限性大的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：