高壓直流輸電工程解鎖邏輯分析及改進(jìn)措施

楊建文，何燁勇，朱　博

(中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州 510405)

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高壓直流輸電工程解鎖邏輯分析及改進(jìn)措施

楊建文，何燁勇，朱博

(中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州 510405)

摘要:高壓直流輸電工程通常采用先建立完備的直流回路通路，再進(jìn)行換流變壓器充電解鎖的操作時序，減少了帶電誤操作的風(fēng)險。但是，在解鎖操作過程中不能監(jiān)測換流器閥組的通斷狀態(tài)。文中結(jié)合天廣直流輸電工程解鎖時換流器閥組誤導(dǎo)通的運(yùn)行實(shí)例，利用RTDS實(shí)時數(shù)字仿真系統(tǒng)對其可能造成的后果進(jìn)行了仿真分析，探究現(xiàn)行解鎖步驟的不足。并在原有解鎖方案的基礎(chǔ)上提出了一種新的優(yōu)化操作方案，有利于確保故障點(diǎn)的有效隔離，提高直流輸電系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：高壓直流；控制保護(hù)；閉鎖

0　引　言

高壓直流輸電(HVDC)技術(shù)具有輸送容量大、輸送距離遠(yuǎn)、調(diào)節(jié)迅速、運(yùn)行靈活等優(yōu)點(diǎn)，是電力系統(tǒng)中具有重要經(jīng)濟(jì)和技術(shù)價值的輸電形式[1，2]。在“西電東送、南北水火互濟(jì)”戰(zhàn)略中，采用高壓直流輸電技術(shù)有利于加大輸電規(guī)模、節(jié)約大量的輸電走廊資源，解決我國在可持續(xù)發(fā)展中因能源基地與負(fù)荷中心分離形成的效益短板及生態(tài)壓力[3，4]。

天廣直流做為連接我國東西部地區(qū)的首條直流輸電工程，為珠三角地區(qū)的發(fā)展提供了電力保障。天廣直流輸電工程投運(yùn)至今，晶閘管閥一直采用電觸發(fā)晶閘管ETT。該觸發(fā)方式比較復(fù)雜，故障率也比較高[5]，換流器閥組存在誤導(dǎo)通的風(fēng)險。本文基于天廣直流輸電工程解鎖操作時發(fā)生的一次閥組誤導(dǎo)通實(shí)例，利用RTDS實(shí)時數(shù)字仿真系統(tǒng)對其可能造成的后果進(jìn)行了仿真分析，探究現(xiàn)今直流輸電工程普遍采用的解鎖邏輯的不足，并提出了改進(jìn)建議。

1　解鎖異常實(shí)例分析

2014年天廣直流輸電系統(tǒng)極Ⅱ單極大地回線方式運(yùn)行，極Ⅰ正在進(jìn)行復(fù)電操作。雙端換流站將極Ⅰ操作至備用、極接入以及直流線路接入后，天生橋站進(jìn)行備用到閉鎖操作時，極Ⅰ交/直流過流保護(hù)、換流器橋差保護(hù)、閥組差動保護(hù)先后動作，天生橋側(cè)極Ⅰ退至備用狀態(tài)；同時極Ⅱ接地極母線差動保護(hù)告警啟動。

1.1　保護(hù)原理介紹

天廣直流輸電工程中，交/直流過流保護(hù)、換流器橋差保護(hù)和換流器閥組差動保護(hù)用于檢測換流閥的接地、短路故障以及極母線接地故障和逆變側(cè)長時間投旁通對的情況，避免換流變壓器和換流器閥組遭受過應(yīng)力。

接地極母線差動保護(hù)用于檢測接地極母線區(qū)的接地故障。正常情況下，流經(jīng)接地極線路和站內(nèi)接地網(wǎng)的電流與雙極中性線電流差值相等，如果接地極出現(xiàn)接地故障或任一中性線電流異常將就會產(chǎn)生差流。

1.2　動作原因分析

分析雙端換流站的保護(hù)動作報表，發(fā)現(xiàn)故障時刻雙端換流站換流器未解鎖，控制系統(tǒng)均未發(fā)出換流閥觸發(fā)脈沖；然而，天生橋側(cè)換流變充電后雙端換流器閥組同時誤導(dǎo)通，天生橋側(cè)交流系統(tǒng)的能量通過兩側(cè)換流閥和直流線路形成了短路通道，導(dǎo)致兩站保護(hù)動作。短路電流通路如圖1所示。

2　仿真分析

為了探究高壓直流輸電系統(tǒng)在解鎖過程中閥組誤

圖1 短路電流通路

導(dǎo)通對換流站設(shè)備產(chǎn)生的危害以及對運(yùn)行極的影響，本文依托天廣直流輸電工程，利用RTDS實(shí)時數(shù)字仿真系統(tǒng)，模擬逆變側(cè)旁通對投入的故障現(xiàn)象，全面、系統(tǒng)分析故障時刻交直流系統(tǒng)各電壓、電流量的變化情況。

2.1　仿真試驗(yàn)

系統(tǒng)運(yùn)行方式：雙極大地回線方式900 MW運(yùn)行。

雙端直流場狀態(tài)：直流線路、直流極和接地極在接入狀態(tài)。

在RTDS仿真平臺設(shè)置故障使廣州側(cè)極Ⅰ換流器閥組短路，模擬旁通對投入的情況。故障時刻天生橋側(cè)和廣州側(cè)的電壓電流波形如圖2和圖3所示。

圖2 天生橋側(cè)故障錄波

圖3 廣州側(cè)端故障錄波

仿真結(jié)果分析：故障時刻，天生橋側(cè)所有換流閥均有正負(fù)電流，其等效直流電流高達(dá)5 000 A，遠(yuǎn)高于額定值1 800 A，嚴(yán)重威脅換流器閥片、TE板和換流變壓器等設(shè)備的安全。同時，短路直流電流維持在較高的水平，也會對直流線路、直流開關(guān)場設(shè)備帶來危害。

2.2　對運(yùn)行極的影響

故障時刻Ⅱ單極大地運(yùn)行，極Ⅰ中性線電流值不納入接地極母差保護(hù)判據(jù)，此時保護(hù)判據(jù)取極Ⅱ中性線電流與入地電流的差值。由仿真試驗(yàn)知故障時刻極Ⅰ中性線有電流，此時接地極母差保護(hù)的差流等于極Ⅰ中性線電流5 000 A，滿足保護(hù)判據(jù)。若故障時刻極Ⅰ的過流保護(hù)不能及時動作切除故障，極Ⅱ接地極母線差動保護(hù)將會經(jīng)過一定延時后動作緊急停運(yùn)。

3　直流解鎖邏輯分析

3.1　現(xiàn)行邏輯分析

天廣直流輸電工程直流開關(guān)場接線包括極的接入與隔離、直流線路的接入與隔離、接地極線路的接入與隔離，極的狀態(tài)包括解鎖、閉鎖、備用、停運(yùn)和接地。目前采用的解鎖邏輯是兩端換流站將極操作至備用，同時接入直流線路、接地極線路和直流極，再分別將極操作至閉鎖狀態(tài)，最后由主控站起動極送電。解鎖邏輯如圖4所示。

圖4 現(xiàn)行解鎖邏輯框圖

3.2　暴露的問題

高壓直流輸電系統(tǒng)若按如圖5所示的解鎖邏輯必然出現(xiàn)如下情況：某一端換流站首先進(jìn)行閉鎖操作之前，雙端直流系統(tǒng)接線方式完備，電流回路構(gòu)成，若在備用轉(zhuǎn)為閉鎖時換流器閥組誤開通，則交流電源進(jìn)入直流系統(tǒng)，形成直流短路電流，損壞一次設(shè)備，威脅運(yùn)行極的安全穩(wěn)定運(yùn)行，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖5 優(yōu)化的解鎖邏輯框圖

4　改進(jìn)建議

針對暴露出來的問題，提出如下改進(jìn)措施：對高壓直流解鎖邏輯進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，調(diào)整復(fù)電操作順序，確保在換流器閥組誤開通時及時終止操作，避免損壞一次設(shè)備，保證運(yùn)行極的安全穩(wěn)定運(yùn)行。優(yōu)化的解鎖邏輯如圖5所示。

(1)雙端換流站將極操作至備用狀態(tài)后，A站將直流線路、接地極線路和直流極接入系統(tǒng)；B站將直流線路和接地極線路接入系統(tǒng)，合上直流高、低壓母線刀閘。

(2)A站先行閉鎖操作。閉鎖完成后檢查換流器閥組有無導(dǎo)通現(xiàn)象，若閥組異常導(dǎo)通，則停止復(fù)電操作，將極操作至接地狀態(tài)進(jìn)行檢查；若檢查無異常，則B站合上直流低壓母線開關(guān)，再將直流系統(tǒng)由備用操作至閉鎖狀態(tài)。

(3)最后由主控站聯(lián)合起動極送電。

5　結(jié)束語

高壓直流輸電是我國“西電東送”的重要手段，但

是目前投運(yùn)的直流工程大都采用如天廣直流工程的解鎖邏輯，給直流輸電帶來巨大的隱患。本文提出了一種僅需改變解鎖步驟的新方案，通過調(diào)整直流回路的接入順序，在極閉鎖正常的條件下再繼續(xù)操作，能很好地消除因閥組誤導(dǎo)通帶來的危害。通過高壓直流輸電工程現(xiàn)場模擬平臺的驗(yàn)證，本方案是完全可行的，有助于確保換流站設(shè)備的安全，同時還可以提高直流輸電系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王升，陸繼明，毛承雄，等．基于反向晶閘管并聯(lián)保護(hù)的變壓器中性點(diǎn)直流電流抑制裝置[J]．電工技術(shù)學(xué)報，2010，25(10)：183-190．

[2]戴熙杰．直流輸電基礎(chǔ)[M]．北京：水利電力出版社，1990．

[3]李少華，劉濤，蘇勻，等．±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)解鎖/閉鎖研究[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(6)：84-87．

[4]李興源，趙睿，劉天琪，等．傳統(tǒng)高壓直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和控制綜述[J]．電工技術(shù)學(xué)報，2013，28(10)：288-301．

[5]趙婉君．高壓直流輸電工程技術(shù)[M]．北京：中國電力出版社，2004．

運(yùn)營探討

Analysis of Deblocking Logic of HVDC and Its Improvement

YANG Jian-wen, HE Ye-yong, ZHU Bo

(Guangzhou Bureau of EHV Transmission Company, China Southern Power Grid, Guangzhou 510405, China)

Abstract:Deblocking logic in HVDC transmission usually encompasses two steps that complete DC loop is firstly established and then the converter is deblocked without risks of live working. However, on-off state of the converter can't be monitored in process of deblocking. In this article, combined with converter problem occurred in deblocking process of Tian-Guang HVDC transmission project, potential results of the problem are simulated based on RTDS in order to explore shortcomings of current deblocking procedure. Based on the original deblocking scheme, an improved optimized one is proposed which will help ensure effective isolation of failure and enhance the reliability of HVDC system.

Key words:HVDC; control and protection; blocking

中圖分類號：TM76

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3664(2015)02-0128-02

作者簡介：楊建文(1988-)，男，重慶人，本科，助理工程師，研究方向：高壓直流輸電運(yùn)行維護(hù)。

收稿日期：2014-11-17