CN116169658B - 一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置及其使用方法 - Google Patents

一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置及其使用方法，包括多组相互并联的氧化锌电阻片柱，所述氧化锌电阻片柱的两端分别与直流输电***换流站直流侧的两极相连接，所述氧化锌电阻片柱由固定元件和受控元件串联而成，所述固定元件与受控元件的连接点电性连接有分支开关的一端，且所述分支开关的另一端与控制开关的上端相连接，所述控制开关的下端与受控元件的下端电性连接；本发明实现了具有保护柔直换流阀的功能，且通过实时荷电率检测还能及时发现并切除异常电阻片柱，避免了消能投入后发生整柱击穿等事故，保障了装置的可靠性，适合被广泛推广和使用。

Description

一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及高压直流输电技术领域，特别涉及一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置及其使用方法。
背景技术
柔性直流输电具有控制灵活和无需无功补偿等优点，是新型电力***中大规模新能源输送的重要方式。但交流侧故障时容易发生直流侧功率盈余，需要及时闭锁柔直换流阀，导致较长时间供电中断。超特高压柔直***的交流故障穿越问题始终未能得到有效解决，影响供电可靠性。安装消能装置是解决柔直交流故障穿越问题的重要技术手段。
目前，国内外工程大多采用电阻作为消能元件，但采用斩波等控制方式存在投切过程电压波动大、谐波含量高以及占地面积大等问题；因此，需要设计一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置及其使用方法。
发明内容
本发明的主要目的是解决目前国内外工程由于大多采用电阻作为消能元件，但采用斩波等控制方式存在投切过程电压波动大、谐波含量高以及占地面积大等问题；本发明提供了一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置及其使用方法，其实现了该装置具有保护柔直换流阀的功能，且通过实时荷电率检测还能及时发现并切除异常电阻片柱，避免了消能投入后发生整柱击穿等事故，保障了装置的可靠性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置及其使用方法，包括多组相互并联的氧化锌电阻片柱，所述氧化锌电阻片柱的两端分别与直流输电***换流站直流侧的两极相连接，所述氧化锌电阻片柱由固定元件和受控元件串联而成，所述固定元件与受控元件的连接点电性连接有分支开关的一端，且所述分支开关的另一端与控制开关的上端相连接，所述控制开关的下端与受控元件的下端电性连接。
前述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置，所述固定元件和受控元件均采用氧化锌电阻片串联构成，且所述固定元件和受控元件内部所含的氧化锌电阻片均为多个。
前述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置，所述氧化锌电阻片柱和分支开关的数目均为多个，且多个所述分支开关均与控制开关的上端相连接。
前述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置，所述固定元件内部的氧化锌电阻片数目限定条件为固定元件在直流1mA参考电压指标的下限值为直流线路正常运行时的最高电压以及固定元件在5kA下的残压指标上限值为直流线路连接的各类设备过电压最高水平。
前述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置，所述受控元件内部的氧化锌电阻片数目限定条件为受控元件在直流1mA参考电压指标的下限值为直流线路连接的各类设备过电压最高水平减去固定元件的直流1mA参考电压指标。
前述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置，所述氧化锌电阻片柱的数目限定条件是各氧化锌电阻片柱吸收能力之和的下限为满功率输送情况下交流瞬时故障期间直流线路的累积能量。
一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一，接入消能装置，并将各分支开关闭合，再将控制开关跳开；
步骤二，对每个电阻片柱按固定时间间隔对每节电阻片柱进行荷电率监测，并将荷电率超过90%的电阻片柱标记为荷电率异常电阻片柱；
步骤三，将荷电率异常且持续时间超过固定时间间隔的电阻片柱标记为荷电率超标电阻片柱，并将对应的分支开关跳开；
步骤四，检查荷电率正常的电阻片柱数量，再确认数量是否满足消能投入状态的最低要求，即荷电率正常的电阻片柱吸收能力之和的下限为满功率输送情况下交流瞬时故障期间直流线路的累积能量；
步骤五，检查消能装置的工作状态信号，如为退出，则转回步骤二，如为投入，则执行步骤六；
步骤六，投入控制开关，分支开关闭合的电阻片柱相应的受控元件短路，消能则通过相应固定元件进行消能；
步骤七，检查消能装置的工作状态信号，如为退出，则跳开主开关，转回步骤一，如消能装置达到消能极限，进入步骤八；
步骤八，跳开控制开关，跳开分支开关，消能装置整体退出作业。
前述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置的使用方法，步骤二中的固定时间间隔为1分钟，而荷电率监测的具体计算方法如公式（1）所示，
Figure SMS_1
（1）
其中，
Figure SMS_2
为该节电阻片持续运行电压的峰值，/>
Figure SMS_3
为直流1mA参考电压，/>
Figure SMS_4
为荷电率。
前述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置的使用方法，步骤三中的固定时间间隔为24小时。
前述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置的使用方法，步骤四中的最低要求是荷电率正常的电阻片柱吸收能力之和的下限为满功率输送情况下交流瞬时故障期间直流线路的累积能量。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过在柔性直流输电***直流侧并联可控氧化锌电阻片柱，若在交流侧发生故障时，则将正常工作的氧化锌电阻片柱受控元件短路，这样就使得氧化锌电阻片柱固定元件完全承受直流电压进入低阻抗区，并吸收盈余功率，有效的实现了该装置具有保护柔直换流阀的功能，且通过实时荷电率检测还能及时发现并切除异常电阻片柱，避免了消能投入后发生整柱击穿等事故，保障了装置的可靠性。
附图说明
图1为本发明的消能装置运用结构示意图；
图2为本发明的消能装置内部结构示意图；
图3为本发明的电阻表片柱内部结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-3所示，一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置及其使用方法，包括多组相互并联的氧化锌电阻片柱，所述氧化锌电阻片柱的两端分别与直流输电***换流站直流侧的两极相连接，所述氧化锌电阻片柱由固定元件和受控元件串联而成，所述固定元件与受控元件的连接点电性连接有分支开关的一端，且所述分支开关的另一端与控制开关的上端相连接，所述控制开关的下端与受控元件的下端电性连接，通过设置有的分支开关能及时切断固定元件与控制开关之间的电性连接。
具体地，所述固定元件和受控元件均采用氧化锌电阻片串联构成，且所述固定元件和受控元件内部所含的氧化锌电阻片均为多个，通过固定元件和受控元件均采用氧化锌电阻片串联构成使得固定元件和受控元件均能实现其设计功能。
具体地，所述氧化锌电阻片柱和分支开关的数目均为多个，且多个所述分支开关均与控制开关的上端相连接，通过氧化锌电阻片柱和分支开关的数目均为多个使得一个控制开关能控制多个电阻片柱受控元件的短路情况。
具体地，所述固定元件内部的氧化锌电阻片数目限定条件为固定元件在直流1mA参考电压指标的下限值为直流线路正常运行时的最高电压以及固定元件在5kA下的残压指标上限值为直流线路连接的各类设备过电压最高水平，通过固定元件内部的氧化锌电阻片数目限定条件能计算出固定元件所包含的氧化锌电阻片数目。
具体地，所述受控元件内部的氧化锌电阻片数目限定条件为受控元件在直流1mA参考电压指标的下限值为直流线路连接的各类设备过电压最高水平减去固定元件的直流1mA参考电压指标，通过受控元件内部的氧化锌电阻片数目限定条件能计算出受控元件所包含的氧化锌电阻片数目。
具体地，所述氧化锌电阻片柱的数目限定条件是各氧化锌电阻片柱吸收能力之和的下限为满功率输送情况下交流瞬时故障期间直流线路的累积能量，通过氧化锌电阻片柱的数目限定条件能计算出该装置所需的氧化锌电阻片柱并联数目。
一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一，接入消能装置，并将各分支开关闭合，再将控制开关跳开，即使得该消能装置能够进行荷电率监测；
步骤二，对每个电阻片柱按固定时间间隔对每节电阻片柱进行荷电率监测，并将荷电率超过90%的电阻片柱标记为荷电率异常电阻片柱，即使得该消能装置具有检测出荷电率异常电阻片柱的功能；
其中，固定时间间隔为1分钟，而荷电率监测的具体计算方法如公式（1）所示，
Figure SMS_5
（1）
其中，
Figure SMS_6
为该节电阻片持续运行电压的峰值，/>
Figure SMS_7
为直流1mA参考电压，/>
Figure SMS_8
为荷电率；荷电率高，电阻片数量少，残压降低，保护水平低，泄漏电流增大，有功损耗增加，结果缩短了避雷器的使用寿命；荷电率低，避雷器残压高，保护水平高，损耗小，寿命长。
步骤三，将荷电率异常且持续时间超过固定时间间隔的电阻片柱标记为荷电率超标电阻片柱，并将对应的分支开关跳开，即使得该消能装置具有及时切除荷电率异常电阻片柱的功能；
其中，固定时间间隔为24小时。
步骤四，检查荷电率正常的电阻片柱数量，再确认数量是否满足消能投入状态的最低要求，即荷电率正常的电阻片柱吸收能力之和的下限为满功率输送情况下交流瞬时故障期间直流线路的累积能量，即使得该消能装置具有消能的基础条件；
其中，最低要求是荷电率正常的电阻片柱吸收能力之和的下限为满功率输送情况下交流瞬时故障期间直流线路的累积能量。
步骤五，检查消能装置的工作状态信号，如为退出，则转回步骤二，如为投入，则执行步骤六，即使得该消能装置具有重复使用的功能；
步骤六，投入控制开关，分支开关闭合的电阻片柱相应的受控元件短路，消能则通过相应固定元件进行消能，即使得该消能装置具有消能的的设计功能；
步骤七，检查消能装置的工作状态信号，如为退出，则跳开主开关，转回步骤一，如消能装置达到消能极限，进入步骤八，即使得该消能装置能实时根据消能情况发出相应的工作状态并响应；
步骤八，跳开控制开关，跳开分支开关，消能装置整体退出作业，即使得该消能装置具有达到消能极限后及时退出的功能。
为进一步阐述本发明的使用效果，下面介绍本发明的一个具体实施例；
针对±400kV、4000MW真双极柔性直流工程，在换流阀的直流侧+400kV和接地极之间以及-400kV和接地极之间分别接入一组本发明消能装置，该装置能对柔直换流阀换流阀交流侧故障实施保护，具体安装如图1所示。两组消能装置的结构相同，下面以+400kV和接地极之间接入的消能装置为例进行说明。
（1）确定消能装置每个电阻片柱内固定元件和受控元件分别串联的电阻片数量以及消能装置电阻片柱的总柱数；由于电压等级需求，电阻片每柱设置120片电阻片串联，其中固定元件部分设置4节，每节23片，每柱共92片，固定部分的直流1mA参考电压不低于440kV，5kA下的残压不高于500kV；受控元件部分20片，受控元件部分的直流1mA参考电压不低于60kV。典型交流故障下需要吸收能量320MJ，按典型厂家型号需112柱并联以满足消能能量需求，由于冗余量20%，整体设置136柱电阻片柱。
（2）将136柱氧化锌电阻片柱整体并联，固定元件端与柔直换流阀+400kV侧相连接，受控元件端和接地极相连接。电阻片柱的固定元件与受控元件之间的连接点分别与该柱对应的分支开关相连接。各柱分支开关的另一端并联后与控制开关一端相连，控制开关另一端与多组并联电阻片柱的受控元件部分所在端相连。
（3）正常工作过程中，监测电路每分钟对各电阻片柱每节的荷电率监测。当某一节出现荷电率超标，且持续超标时间大于24小时，及时切断相应电阻片柱的分支开关；荷电率处于正常范围内的电阻片柱所对应的分支开关保持投入状态。
（4）当消能装置收到投入消能的信号时，投入控制开关，分支开关保持投入状态的电阻片柱的受控元件部分短路，该柱的固定元件部分承受的直流电压上升，直流输电电流流过固定元件，直流输电功率从换流阀转移至固定元件中消耗。
（5）达到消能装置的能量吸收极限或者收到消能装置退出的信号后，跳开控制开关，直流电压重新施加于固定元件和受控元件整体，电阻片柱整体只流过毫安级的泄漏电流，直流输电电流回流至换流阀。
综上所述，本发明通过在柔性直流输电***直流侧并联可控氧化锌电阻片柱，若在交流侧发生故障时，则将正常工作的氧化锌电阻片柱受控元件短路，这样就使得氧化锌电阻片柱固定元件完全承受直流电压进入低阻抗区，并吸收盈余功率，有效的实现了该装置具有保护柔直换流阀的功能，且通过实时荷电率检测还能及时发现并切除异常电阻片柱，避免了消能投入后发生整柱击穿等事故，保障了装置的可靠性。
本发明所使用的电子部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置，包括多组相互并联的氧化锌电阻片柱，其特征在于：所述氧化锌电阻片柱的两端分别与直流输电***换流站直流侧的两极相连接，所述氧化锌电阻片柱由固定元件和受控元件串联而成，所述固定元件与受控元件的连接点电性连接有分支开关的一端，且所述分支开关的另一端与控制开关的上端相连接，所述控制开关的下端与受控元件的下端电性连接；
所述氧化锌电阻片柱和分支开关的数目均为多个，且多个所述分支开关均与控制开关的上端相连接，使得一个控制开关能控制多个电阻片柱受控元件的短路情况。
2.根据权利要求1所述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置，其特征在于：所述固定元件和受控元件均采用氧化锌电阻片串联构成，且所述固定元件和受控元件内部所含的氧化锌电阻片均为多个。
3.根据权利要求2所述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置，其特征在于：所述固定元件内部的氧化锌电阻片数目限定条件为固定元件在直流1mA参考电压指标的下限值为直流线路正常运行时的最高电压以及固定元件在5kA下的残压指标上限值为直流线路连接的各类设备过电压最高水平。
4.根据权利要求3所述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置，其特征在于：所述受控元件内部的氧化锌电阻片数目限定条件为受控元件在直流1mA参考电压指标的下限值为直流线路连接的各类设备过电压最高水平减去固定元件的直流1mA参考电压指标。
5.根据权利要求1所述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置，其特征在于：所述氧化锌电阻片柱的数目限定条件是各氧化锌电阻片柱吸收能力之和的下限为满功率输送情况下交流瞬时故障期间直流线路的累积能量。
6.基于权利要求1-5任一项所述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，接入消能装置，并将各分支开关闭合，再将控制开关跳开；
步骤二，对每个电阻片柱按固定时间间隔对每节电阻片柱进行荷电率监测，并将荷电率超过90%的电阻片柱标记为荷电率异常电阻片柱；
步骤三，将荷电率异常且持续时间超过固定时间间隔的电阻片柱标记为荷电率超标电阻片柱，并将对应的分支开关跳开；
步骤四，检查荷电率正常的电阻片柱数量，再确认数量是否满足消能投入状态的最低要求；
步骤五，检查消能装置的工作状态信号，如为退出，则转回步骤二，如为投入，则执行步骤六；
步骤六，投入控制开关，分支开关闭合的电阻片柱相应的受控元件短路，消能则通过相应固定元件进行消能；
步骤七，检查消能装置的工作状态信号，如为退出，则跳开主开关，转回步骤一，如消能装置达到消能极限，进入步骤八；
步骤八，跳开控制开关，跳开分支开关，消能装置整体退出作业。
7.根据权利要求6所述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置的使用方法，其特征在于：步骤二中的固定时间间隔为1分钟，而荷电率监测的具体计算方法如公式（1）所示，
Figure QLYQS_1
（1）
其中，
Figure QLYQS_2
为该节电阻片持续运行电压的峰值，/>
Figure QLYQS_3
为直流1mA参考电压，/>
Figure QLYQS_4
为荷电率。
8.根据权利要求6所述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置的使用方法，其特征在于：步骤三中的固定时间间隔为24小时。
9.根据权利要求6所述的一种含多组并联氧化锌电阻片柱的消能装置的使用方法，其特征在于：步骤四中的最低要求是荷电率正常的电阻片柱吸收能力之和的下限为满功率输送情况下交流瞬时故障期间直流线路的累积能量。
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