直流輸電控制系統(tǒng)閉鎖因素分析

王澤宇，趙麗瑩

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110006）

直流輸電控制系統(tǒng)閉鎖因素分析

王澤宇，趙麗瑩

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110006）

直流控制系統(tǒng)是直流輸電工程的核心設(shè)備，為深入研究引起直流閉鎖的各種因素，提高直流輸電系統(tǒng)運行的可靠性，以高嶺換流站HCM3000直流控制系統(tǒng)為例，分類對控制系統(tǒng)中能夠?qū)е轮绷鏖]鎖的內(nèi)外部因素進行了分析。

直流控制；閉鎖因素；切換邏輯

近年來，我國直流輸電技術(shù)高速發(fā)展，相繼建成了數(shù)個世界上直流電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最長的特高壓直流輸電工程。直流輸電輸送容量大，重要性高，直流閉鎖將對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成很大的影響［1］。直流控制系統(tǒng)作為整個直流輸電系統(tǒng)的核心設(shè)備，其運行的可靠性尤其重要，本文以高嶺換流站新一代直流控制系統(tǒng)HCM3000為例，對直流控制系統(tǒng)的各類閉鎖因素進行分析。高嶺換流站是±125 kV背靠背換流站，為東北電網(wǎng)和華北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的重要樞紐工程。

1 直流閉鎖特性

直流輸電系統(tǒng)的閉鎖命令均由直流控制系統(tǒng)執(zhí)行，根據(jù)閉鎖信號的來源不同，可分為3類［2］：直流控制系統(tǒng)軟件的閉鎖信號；外部輸入的閉鎖信號；切換邏輯裝置產(chǎn)生的閉鎖信號。

直流系統(tǒng)停運分為正常閉鎖停運和保護閉鎖停運。

直流系統(tǒng)正常停運時，直流控制系統(tǒng)以整定的速率降低輸送功率至最小功率，然后整流側(cè)先閉鎖觸發(fā)脈沖，逆變側(cè)再閉鎖觸發(fā)脈沖，直流系統(tǒng)退出運行，它不同于故障后的保護閉鎖［3］。

直流控制系統(tǒng)保護閉鎖通常包括如下4種：立即移相并停發(fā)觸發(fā)脈沖，即不投旁通對的閉鎖；立即移相，根據(jù)時間或其他條件判斷投或不投旁通對，然后停發(fā)觸發(fā)脈沖；立即投旁通對、移相、停發(fā)觸發(fā)脈沖，即總是投入旁通對的閉鎖；對于投旁通對的閉鎖過程中，當直流電壓變?yōu)榉聪蚯页^定值時，則停止投旁通對。

2 控制系統(tǒng)軟件的閉鎖信號

直流輸電系統(tǒng)有正常解鎖運行和空載加壓試驗2種工況。在系統(tǒng)解鎖運行中，如果直流控制主系統(tǒng)軟件滿足下列條件，將直接閉鎖直流系統(tǒng)。

a.換流器故障

整流側(cè)已有脈沖使能信號或逆變側(cè)已有閥解鎖信號，如果直流電流Id小于5%，則延時3 s，閉鎖直流系統(tǒng)。換流器故障判據(jù)主要用于直流系統(tǒng)解鎖過程中監(jiān)視直流電流是否能夠正常建立。

b.Udi0監(jiān)視

當理想空載電壓UDI0的計算值Udi0Calc大于額定值的1.1倍時，延時10 min，閉鎖直流系統(tǒng)。Udi0監(jiān)視功能主要在交流過電壓且直流控制系統(tǒng)不起作用時，保護換流閥等設(shè)備，使其免受過應力，同時避免閥避雷器過應力和換流變壓器過勵磁。

直流輸電系統(tǒng)的空載加壓試驗功能主要是為了檢測主設(shè)備的絕緣能力，直流控制系統(tǒng)軟件監(jiān)視空載加壓試驗的整個過程，根據(jù)故障情況，發(fā)報警信號或停止整個空載加壓試驗過程。當滿足以下條件時，判空載加壓試驗失敗，發(fā)閉鎖直流命令。

a.Ud＜0.2UdN，延時3 s。

b.Udcalc－Ud＞0.3UdN，延時2 s。

c.Id＞0.025IdN，延時4 ms。

d.Max（IacY，IacD）－Id＞0.025IdN，延時2 ms。

其中Max（IacY，IacD）為換流變Y繞組和D繞組閥側(cè)三相電流整流值的最大值；Udcalc為計算的直流電壓值。

3 外部輸入的閉鎖信號

直流控制系統(tǒng)作為整個直流輸電控制的核心設(shè)備，其他設(shè)備檢測到故障需要閉鎖直流時，均需將閉鎖信號送至直流控制系統(tǒng)，由直流控制系統(tǒng)軟件執(zhí)行閉鎖命令。

a.運行人員下發(fā)緊急停運命令

遇到緊急情況時，運行人員可在運行人員工作中下發(fā)緊急停運命令。

b.無功／電壓控制閉鎖

直流系統(tǒng)運行時，無論是工作在整流還是逆變狀態(tài)，換流器都要消耗大量的無功，換流站的無功／電壓控制根據(jù)換流器的功率水平與交流系統(tǒng)電壓情況計算所需的無功容量，并通過投入或切除無功補償設(shè)備達到無功補償或平衡的目的［4］。無功／電壓控制功能由直流站控系統(tǒng)實現(xiàn)，當直流站控系統(tǒng)檢測到母線過電壓或絕對最小濾波器不滿足時，向直流控制系統(tǒng)發(fā)無功快速停運請求。

以高嶺換流站東北側(cè)為例，對母線過電壓進行說明，母線電壓判據(jù)取東北側(cè)WAZ1、WAZ2、WAZ3 3個大組交流濾波器母線電壓的最大值。

母線電壓大于550 kV（1.048 p.u.），每隔1 s切除1組濾波器小組；母線電壓大于577.5 kV（1.1 p.u.），每隔1 s切除1組濾波器小組，如果8 s后電壓仍維持在1.1 p.u.以上，則切除剩余濾波器小組并發(fā)直流閉鎖信號；母線電壓大于630 kV（1.2 p.u.），每隔500 ms切除1組濾波器小組，如果4 s后電壓仍維持在1.2 p.u.以上，則切除剩余濾波器小組并發(fā)直流閉鎖信號。

滿足以下條件，判為絕對最小濾波器不滿足，延時5 s，發(fā)直流閉鎖信號：解鎖直流單元數(shù)量大于2且只有1組A類型濾波器可用；解鎖直流單元數(shù)量為1且沒有可用的A類型濾波器可用。

c.穩(wěn)控系統(tǒng)閉鎖

電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)是在電網(wǎng)發(fā)生嚴重故障和突發(fā)事件時能夠及時調(diào)整電網(wǎng)運行方式，從而維持電網(wǎng)穩(wěn)定和避免故障范圍的繼續(xù)擴大。

高嶺換流站東北側(cè)和華北側(cè)穩(wěn)控系統(tǒng)均具有閉鎖直流的功能。東北側(cè)穩(wěn)控系統(tǒng)判高沙雙線跳閘或高沙雙線一線停運一線跳閘（即高沙斷面斷開，不允許直流系統(tǒng)帶發(fā)電廠的孤島運行方式），向直流控制系統(tǒng)發(fā)直流閉鎖信號。華北側(cè)穩(wěn)控系統(tǒng)無判據(jù)，接收對站天馬站發(fā)送的閉鎖直流信號并送極控執(zhí)行。

為了保證信號的可靠性，防止誤閉鎖，直流控制系統(tǒng)只有同時收到閉鎖信號和閉鎖允許信號，延時40 ms，執(zhí)行閉鎖命令。

d.閥廳火災監(jiān)視

換流閥是直流輸電的核心設(shè)備，運行時發(fā)熱量大，發(fā)生火災時損失嚴重，因此增加閥廳火災閉鎖直流系統(tǒng)功能，當閥廳紫外和煙感探頭檢測到火災信號時，立即向直流控制系統(tǒng)發(fā)送閉鎖直流命令，快速切斷火源，降低損失。

直流控制系統(tǒng)收到閥廳火災閉鎖信號，延時300 ms，啟動極控系統(tǒng)切換，延時500 ms，執(zhí)行閉鎖命令。

為了增加閥廳火災監(jiān)視閉鎖的可靠性，防止誤判火災閉鎖直流，紫外和煙感探頭采用“3取2”邏輯，由閥廳火災跳閘接口裝置實現(xiàn)功能。

e.直流保護閉鎖信號

直流保護用于保護換流器單元、直流場設(shè)備，采用三重化配置，經(jīng)“3取2”邏輯發(fā)閉鎖信號，根據(jù)故障類型的不同，向直流控制系統(tǒng)發(fā)不同類型的直流閉鎖信號，本文重點分析控制系統(tǒng)，直流保護的具體邏輯不在本文的討論范圍內(nèi)。

f.其它閉鎖信號

除上述分析的因素外，換流閥冷卻系統(tǒng)、換流變電氣量保護、換流變和平波電抗器非電氣量保護、直流測量裝置密度繼電器、中開關(guān)邏輯、最后斷路器等均作為外部跳閘信號發(fā)送直流閉鎖命令給直流控制系統(tǒng)。

4 切換邏輯裝置閉鎖信號

直流控制系統(tǒng)為雙重化配置，切換邏輯裝置監(jiān)測控制系統(tǒng)狀態(tài)，當1套系統(tǒng)不可用時，切換至另1套系統(tǒng)，2套系統(tǒng)均不可用時，閉鎖直流。

切換邏輯裝置主要通過監(jiān)視電源OK，硬件OK，閥控OK，軟件OK 4個信號來判斷系統(tǒng)是否可用，任一信號撤銷，當前系統(tǒng)不可用。

電源OK信號監(jiān)視系統(tǒng)電源的輔助接點，當所監(jiān)視的電源輔助接點斷開時，當前系統(tǒng)不可用。硬件OK信號監(jiān)視控制系統(tǒng)板卡硬件狀態(tài)，當有板卡硬件故障時，當前系統(tǒng)不可用。閥控OK信號用于接收閥控系統(tǒng)的換流閥閉鎖命令，目前換流閥及閥控故障不具備直接閉鎖功能，均由切換邏輯裝置先切換系統(tǒng)再閉鎖。

軟件OK信號主要監(jiān)視以下控制系統(tǒng)軟件故障，條件滿足時，撤銷軟件OK信號。

a.測控裝置初始化故障

直流控制系統(tǒng)所連總線網(wǎng)絡(luò)上任一測控裝置初始化故障。

b.切換邏輯裝置初始化故障

直流控制系統(tǒng)收到2套切換邏輯裝置同時為“主系統(tǒng)”或同時為“從系統(tǒng)”時，延時30 s。

c.CPU初始化故障

直流控制系統(tǒng)主機CPU板卡初始化故障。

d.直流電流故障

滿足IdH＜ID_MONI－5%，延時2 s。

其中IdH為50%的直流電流最大值，ID_MONI為換流變閥Y側(cè)和閥D側(cè)三相電流整流值的最大值。

e.交直流功率差

在換流閥解鎖后，滿足｜PAC－PD｜＞10%，延時5 s。

其中PAC為交流功率，PD為直流功率。

f.同步電壓故障

針對LTT（光觸發(fā)）換流閥，換流變進行開關(guān)閉合后，如果同步電壓丟失，延時500 ms。

g.直流保護不OK

直流控制系統(tǒng)檢測到3套直流保護均不可用。

h.采樣通道故障

直流控制系統(tǒng)主機的模擬量采樣板卡故障。

i.換流變進線電壓測量通道故障

滿足｜Uac_filt－Uac_dir｜＞25%，且交流斷路器閉合，延時2 s。其中Uac_dir沒有濾除負序分量和諧波分量，Uac_filt濾除了負序分量和諧波分量。

j.換流變進線電流測量通道故障

滿足｜Iac_filt－Iac_dir｜＞15%，且直流解鎖，延時20 s。

其中Iac_dir沒有濾除負序分量和諧波分量，Iac_filt濾除了負序分量和諧波分量。

k.換流變進線電壓相序不正確

滿足Uac_dir＞65%，且Uac_filt＜40%，延時20 ms。

l.直流電流／直流電壓監(jiān)視故障

直流電流實際值大于最大電流限制值，延時5 s；直流電壓小于50%延時10 s。

5 結(jié)束語

直流系統(tǒng)閉鎖是換流站運維人員在日常工作中要盡力避免的事情，經(jīng)過近年來的排查分析和整改，已從多方面提高了直流系統(tǒng)運行的可靠性。改進閥控VCU故障不能自動復歸的問題；取消閥控系統(tǒng)的直接跳閘出口，改由直流控制系統(tǒng)的切換邏輯裝置出口，防止單一元件故障導致閥控誤閉鎖直流；穩(wěn)控系統(tǒng)閉鎖增加允許信號，同時將電信號改為光信號傳輸，直流控制系統(tǒng)采用大功率繼電器接收閉鎖信號，防止長電纜集聚電荷導致直流控制系統(tǒng)繼電器誤動作閉鎖直流；直流控制從系統(tǒng)有閉鎖信號時，禁止直流控制系統(tǒng)切換，防止輕微故障引起系統(tǒng)切換后導致誤閉鎖。

HCM3000直流輸電控制系統(tǒng)為許繼公司研發(fā)的新一代平臺，高嶺換流站為首次應用，目前已應用于特高壓輸電工程中，今后將會投運到更多的特高壓直流輸電工程中。

［1］陶 瑜.直流輸電控制保護系統(tǒng)分析及應用［M］.北京：中國電力出版社，2015.

［2］楊光亮，邰能靈，鄭曉冬，等.±800 kV特高壓直流輸電控制保護系統(tǒng)分析［J］.高電壓技術(shù)，2012，38（12）：3 277－3 283.

［3］鄂士平，黃浩然.直流輸電中自動功率控制的研究與實現(xiàn)［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（5）：1－3.

［4］嚴干貴，韓來文，孫效偉.呼—遼高壓直流輸電系統(tǒng)全電壓起動過電壓的研究［J］.東北電力技術(shù)，2007，28（1）：9－12.

Analysis on Blocking Factors of HVDC Transmission Control System

WANG Ze?yu，ZHAO Li?ying
（The Maintenance Branch of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Control system is the core equipment of HVDC transmission project.In order to intensive study various factors of HVDC blocking and improve the reliability of HVDC transmission system，HCM3000 HVDC control system on Gaoling converter station is taken as the research object in this study，the internal and external blocking factors of HVDC control system are analyzed.

HVDC control；Blocking factors；Changeover logic

TM721.1

A

1004－7913（2016）08－0044－03

王澤宇（1981—），男，碩士，工程師，主要從事?lián)Q流站直流控制保護系統(tǒng)檢修及管理工作。

2016－04－26）