[00117781]换流站开关操作的电磁干扰特性及防范措施研究(换流站交流开关操作对直流保护影响机理和防范措施的研究)

1.立项背景 2007年7月6日和7月7日，兴安直流极2在解锁状态以金属回线方式运行输送1500MW的情况下，兴仁站交流侧刀闸50412拉开操作时，极2三套直流差动保护(87DCM)动作，跳闸前在换流阀高压侧电流(IdH)中出现明显干扰量。之后在现场进行的一系列试验表明，交流侧刀闸操作对电流测量信号换流阀高压侧电流(IdH)、换流阀低压侧电流(IdN)和中性母线电流(IdE)都产生明显的干扰，该干扰可能会造成直流差动保护87DCM动作。 换流站交、直流场开关数量很多，研究表明，开关操作产生的暂态过程会产生高幅值、高频率电磁噪声，影响控制、保护等敏感设备的正常运行，是最重要的暂态骚扰源。开关产生的电磁兼容问题（特别是抗干扰措施的设计）是直流工程设计、建设和运行过程中的关键课题之一，开关操作产生电磁骚扰特性及对直流控制保护的影响是这一课题的核心。 云广特高压直流输电工程是世界上第一个±800kV特高压直流输电工程，为了进一步提高电能输送容量和距离，我国规划建设多个±800kV特高压直流输电工程。作为尚无运行实例的全新电压等级换流站，其开关产生的电磁骚扰特性是一个值得研究的问题。 目前换流站电磁干扰相关研究成果主要针对稳态工作电磁干扰的影响，缺乏对开关操作产生的电磁干扰机理和计算方法的系统研究；之前的直流工程调试中虽然也出现过类似问题，但在该课题以前，还没有针对换流站开关操作对二次系统电磁干扰开展系统研究的成果。 因此换流站交流开关操作对直流保护影响机理和防范措施研究均具有重要的理论价值和现实意义，对云广特高压直流输电系统的建设、调试、运行和维护也有重要的现实意义。 2.详细科学技术内容 本项目通过理论分析、试验研究和仿真计算三种方法结合完成相关内容的研究，总结骚扰源的普遍特性和传播的一般规律，通过理论分析确定产生和传播的一般机理。 (1)研究高压换流站交流侧和直流侧开关操作产生的传导和辐射电磁骚扰特性，分析运行方式对骚扰特性的影响规律，提取换流站传导和辐射电磁骚扰特征参数。在±500kV换流站开展试验研究，在不同运行状况、开关和刀闸不同操作方式下，测量换流站开关场电场和磁场、主回路特定位置瞬态电压电流。 (2)研究换流站主要设备的宽频暂态特性，获取关键设备的阻抗特性和传输特性。为明确直流电流测量系统的宽频特性，采用扫频法对换流变压器、平波电抗器、换流阀、分流器的阻抗特性进行测量，并对分流器和光电传输系统一次电流回路与二次电压引线间的传递关系进行时域和频域测量。 (3)建立可用于高压换流站全波暂态和电磁骚扰分析的宽频暂态模型，研究电磁骚扰的预测和评估方法。结合测量结果，研究了电磁骚扰的预测和评估方法，建立了用于高压换流站全波暂态和电磁骚扰分析的换流变压器、平波电抗器、直流互感器等关键设备的宽频物理模型，模拟宽频噪声在交流和直流系统间传播时产生的衰减作用。 (4)基于宽频暂态分析方法开展仿真计算，揭示换流站交流开关操作对直流保护影响机理。基于PSCAD/EMTDC开展仿真计算，对骚扰传播规律、影响因素及对二次设备产生的影响进行分析，确定了一次回路传导为主要的传播途径。 (5)在特高压直流工程±800kV换流站开展试验研究，在不同运行状况、开关和刀闸不同操作方式下，测量换流站开关场电场和磁场、主回路特定位置瞬态电压电流，全面掌握了±800kV云广特高压直流工程的电磁干扰水平。 (6)在仿真计算的基础上分析骚扰传播过程和在二次设备上产生的干扰量，提出有效的电磁干扰抑制措施，总结现有各工程预防该类问题的反措，提出了换流站电磁干扰的控制措施设计原则。 3.关键技术与创新点： (1)系统完成了换流站交流开关操作对直流保护影响机理和防范措施的研究，揭示了开关操作对直流控制保护系统电磁干扰机理，明确了一次回路传导为主要的传播途径，获得了高压和特高压换流站开关操作电磁骚扰特征参数，填补了国内外全面系统研究换流站电磁干扰特性的空白。 (2)首次建立了适用于开关操作电磁干扰分析的换流站关键设备宽频分析模型，并提出了相应的计算方法，对骚扰传播规律、影响因素及对二次设备产生的影响进行了分析，其结论对今后换流站设备选型、设备布置等具有指导意义。 (3)提出了换流站二次设备的电磁兼容设计和选型原则，提出的电磁干扰抑制措施已在相关的直流工程中得到应用。 (4)在（特高压）换流站开展大量试验研究，获得电磁干扰特性的第一手资料和试验方法，对电磁干扰传播机理和宽频模型的研究具有突出理论意义；提出的换流站开关操作电磁干扰分析方法可广泛应用于直流系统电磁干扰设计和分析，工程意义突出。 (1)本项目提出的有关直流保护的解决措施已在兴安直流中予以验证，并在后续直流工程中得以改进和完善，可直接应用于后续直流保护软件设计中。 (2)本项目所研究的试验方法已经过多个直流工程系统调试应用的验证，可以直接推广应用于今后直流工程的系统调试中。 (3)建立的用于高压换流站全波暂态和电磁骚扰分析的换流变压器、平波电抗器、直流互感器等关键设备的宽频物理模型，可作为类似研究的借鉴。