Analysis and Protection of Single-phase-to-ground Fault on Valve Side of Interface Transformer in VSC-HVDC System with Symmetrical Monopolar Configuration

Nian MEI; Bin YUAN; Bo YUE; Zhao CHEN; Tan LI

doi:10.7500/AEPS20200209004

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Analysis and Protection of Single-phase-to-ground Fault on Valve Side of Interface Transformer in VSC-HVDC System with Symmetrical Monopolar Configuration

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Analysis and Protection of Single-phase-to-ground Fault on Valve Side of Interface Transformer in VSC-HVDC System with Symmetrical Monopolar Configuration
- Automation of Electric Power Systems Vol. 44, Issue 21, Pages: 116-122(2020)
- 作者机构：
  
  国网经济技术研究院有限公司，北京市 102209
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China;State Grid Cooperation of China
- DOI：10.7500/AEPS20200209004
  CLC：
- Received：09 February 2020，
  
  Revised：2020-07-10，
  
  Published Online：27 August 2020，
  
  Published：10 November 2020
- 稿件说明：
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梅念,苑宾,乐波等.对称单极接线柔直系统联结变阀侧单相接地故障分析及保护[J].电力系统自动化,2020,44(21):116-122.

MEI Nian,YUAN Bin,YUE Bo,et al.Analysis and Protection of Single-phase-to-ground Fault on Valve Side of Interface Transformer in VSC-HVDC System with Symmetrical Monopolar Configuration[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(21):116-122.
梅念,苑宾,乐波等.对称单极接线柔直系统联结变阀侧单相接地故障分析及保护[J].电力系统自动化,2020,44(21):116-122. DOI： 10.7500/AEPS20200209004.

MEI Nian,YUAN Bin,YUE Bo,et al.Analysis and Protection of Single-phase-to-ground Fault on Valve Side of Interface Transformer in VSC-HVDC System with Symmetrical Monopolar Configuration[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(21):116-122. DOI： 10.7500/AEPS20200209004.

摘要

近年来柔性直流工程正朝着高压大容量方向发展，而相关主设备的耐压、耐流水平却难以线性提升，亟须开展故障机理的解析分析并通过故障和保护的精准配合降低主设备的暂态应力要求。以联结变压器(联结变)阀侧单相接地故障为例，给出了故障发生后对称单极接线柔性直流系统典型测点位置电压、电流序分量以及电压、电流实测值的解析表达式，并给出了故障机理分析。在此基础上，指出了差动保护用于判别对称单极接线柔性直流系统联结变阀侧单相接地故障存在的问题，提出根据联结变接线形式采用联结变阀侧零序过压保护或联结变阀侧中性点过流保护作为联结变阀侧单相接地故障对应主保护的建议。通过实际柔性直流工程的电磁暂态仿真，验证了故障机理解析分析的正确性及建议保护的适应性。

Abstract

Voltage source converter based high voltage direct current (VSC-HVDC) project is developed towards high voltage and large capacity in recent years. However

the withstand voltage and current levels of the corresponding main equipment cannot rise linearly. Thus

it is urgent to carry out analytical analysis on the fault mechanism and reduce the transient stress requirements of the main equipment through the accurate coordination of the faults and protections. Taking the single-phase-to-ground (SPG) fault on the valve side of the interface transformer as an example

the analytical expressions of sequence components of the voltage/current and the measured values of the voltage/current at typical measurement locations in VSC-HVDC system after the fault are given

followed by the analysis on the fault mechanism. On this basis

the problems of the differential protection applied to detect the SPG fault on the valve side of the interface transformer in VSC-HVDC system with symmetrical monopolar configuration are presented. According to the configuration modes of the interface transformers

the zero-sequence overvoltage protection and the neutral-point overcurrent protection on the valve side of the interface transformer are suggested as the main protections to detect the SPG fault. With the electromagnetic transient simulation of a real VSC-HVDC project

the validity of the fault mechanism analytical studies and the adaptability of the protections are verified.

关键词

Keywords

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