如何保护换流变压器

换流变压器是超高压直流输电工程中至关重要的关键设备，是交、直流输电系统中的换流、逆变两端接口的核心设备。它的投入和安全运行是工程取得发电效益的关键和重要保证。换流变压器的关键作用，要求其具有高可靠性和高技术性能。因为有交、直流电场、磁场的共同作用，所以换流变压器的结构特殊、复杂，对于保护措施的要求较高。
       一、换流变压器保护配置
       原则：可靠、安全。每台换流变压器保护装设两台保护装置，每台保护装置的电源、输入独立，每台装置的输出都可以到达断路器的两个跳闸线圈以及直流控制的两个系统。每台装置采取措施防止自身误动作，而靠两装置的或出口防止故障情况下的拒动作。
       目的：避免换流站特有的谐波对保护的影响，保护装置应从硬件和软件上采取措施，使保护只针对工频分量。
 
       二、换流变压器保护措施
       1、稳态比率差动保护
       由于变比和联接组的不同，电力变压器在运行时，各侧电流大小及相位也不同。在构成继电器前必须消除这些影响。换流变压器的TA一般装在各侧绕组上，因此原、副边绕组电流相位相同，因此只需要对变比的影响进行补偿。以下的叙述的前提均为已消除了变压器各侧幅值和相位的差异。
稳态比例差动保护用来区分感受到的差流是由于内部故障还是不平衡输出（特别是外部故障时）引起。装置采用初始带制动的变斜率比率制动特性，稳态比率 差动元件由低值比率差动（灵敏）和高值比率差动（不灵敏）两个元件构成[2]。为了保证区内故障的快速切除，只有低值比率差动元件（灵敏）设有TA饱和判 据，高值比率差动元件（不灵敏）不设TA饱和判据。
对于换流变压器分接头调整造成的差动电流不平衡，可用三种方法来解决：一是通过整定值躲开；二是利用浮动门槛自适应调整；三是利用分接头位置来调整。方法一、二简单实用，三实现起来复杂。
       2、后备保护
       后备保护包括过流、零序过流、过电压、零序过压、饱和保护。
       过流保护，主要作为换流变压器各种故障的后备保护。由于只需与直流系统的大过负荷能力配合，灵敏度容易满足要求，因此不需采用复合电压闭锁与方向闭锁。
       零序过流保护，主要作为换流变压器接地故障后备保护。为防止变压器和应涌流对零序过流保护的影响，应具有二次谐波制动闭锁措施。当二次谐波含量超过一定比例时，闭锁零序过流保护。
       零序过压保护为针对工况i的保护。因为换流变压器副边不接地运行，保护主要在阀解锁前检测阀侧交流连线的零序电压来判断是否有接地故障。阀解锁后保护要被闭锁，因阀解锁后会测得零序电压，此电压不是接地故障造成的。
       饱和保护为针对工况的保护。由于TA无法传变直流电流，因此只能间接的测量直流电流的大小。测量的原理如下：直流引起的铁心饱和造成原边绕 组零序电流中含有三次谐波，通过检测零序电流中三次谐波峰值，可以等效出流过换流变压器的直流电流。保护特性为根据变压器的参数定义的反时限。
       3、工频变化量比率差动保护
       装置中依次按相判别，当满足一定条件时，工频变化量比率差动动作。工频变化量比率差动保护经过涌流判别元件、过激磁闭锁元件闭锁后出口。
       由于工频变化量比率差动的制动系数可取较高的数值，其本身的特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和能力较强。工频变化量比率差动元件提高了装置在变 压器正常运行时内部发生轻微匝间故障的灵敏度。且工频变化量比率差动保护不会受换流变压器分接头调整造成的差动电流不平衡的影响。
       为了更好的保护换流变压器，应当尽量采取以上保护措施，以提高其使用效率，保证电网的正常运行以及企业、居民生产生活用电的供给。