溪洛渡直流工程同塔雙回線路極間故障保護(hù)動(dòng)作情況分析

滕昭林

摘 要：溪洛渡送電廣東直流輸電工程是“十二五”期間南方電網(wǎng)的重點(diǎn)工程，輸送容量為6400MW，是國(guó)內(nèi)首個(gè)雙回直流線路同塔架設(shè)、雙回?fù)Q流站共址建設(shè)的工程。由于溪洛渡工程直流線路同塔雙回架設(shè)，其在運(yùn)行工況上與以往單回直流工程有許多不同，易發(fā)生同極性線路故障、異極性線路故障，文章分析了造成這類故障的原因、故障時(shí)線路保護(hù)的動(dòng)作情況、保護(hù)動(dòng)作后果線路重啟功能。提出雙極直流同時(shí)故障時(shí)，允許雙極直流同時(shí)重啟的觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：直流輸電；同塔雙回；直流保護(hù)；線路故障；重啟

1 概述

溪洛渡直流工程是“十二五”期間南方電網(wǎng)西電東送的重點(diǎn)工程，是世界首個(gè)雙回線路同塔架設(shè)、雙回?fù)Q流站共址建設(shè)工程。工程送端為位于云南省昭通市鹽津縣牛寨鄉(xiāng)的昭通換流站，受端為位于廣東省從化市的從化換流站，輸送容量為6400MW，電壓等級(jí)為±500kV，直流輸電線路全長(zhǎng)1240余公里。工程計(jì)劃于2013年10月Ⅰ回極2單極投運(yùn)，2014年10月雙回四極投運(yùn)[1]。

由于溪洛渡工程直流線路同塔雙回架設(shè)，其在運(yùn)行工況上與以往單回直流有許多不同，文章針對(duì)溪洛渡工程直流線路同塔雙回架設(shè)的特殊性，對(duì)常見(jiàn)的同極性線路故障、異極性線路故障的故障原因、故障時(shí)直流保護(hù)中線路保護(hù)的保護(hù)動(dòng)作情況、保護(hù)動(dòng)作后果線路重啟功能進(jìn)行了分析。并提出雙極直流同時(shí)故障時(shí)，允許雙極直流同時(shí)重啟的觀點(diǎn)。

2 同塔雙回線路極間故障

2.1 溪洛渡直流工程直流線路布置

圖1為溪洛渡工程同塔雙回線路鋼塔布置的截面圖。圖中“1+”為Ⅰ回極1，“1-”Ⅰ回極2，“2+”為Ⅱ回極1，“2-”Ⅱ回極2。

由于直流線路距離長(zhǎng)，為同塔雙回架設(shè)，當(dāng)發(fā)生山火、冰災(zāi)、大風(fēng)、異物懸掛時(shí)，可能導(dǎo)致直流線路間發(fā)生放電現(xiàn)象。

2.2 直流線路故障原因

同塔雙回直流線路極間距離示意如圖2所示，其中L1為Ⅰ回極1、極2之間的距離，L2為Ⅰ回極1與Ⅱ回極2之間的距離，L3為Ⅰ回極1與Ⅱ回極1之間的距離。

在運(yùn)行中，由于發(fā)生線路結(jié)冰、線路附近發(fā)生山火、大風(fēng)、異物掛在導(dǎo)線上等故障情況時(shí)，導(dǎo)致直流線路間放電的情況[2]。以Ⅰ回極1為例，常見(jiàn)的故障有：

（1）山火、結(jié)冰等災(zāi)害造成L1減小，導(dǎo)致Ⅰ回極1、極2間發(fā)生放電現(xiàn)象；（2）大風(fēng)天氣，造成L2減小，使Ⅰ回極1、Ⅱ回極2間發(fā)生放電現(xiàn)象；（3）當(dāng)線路存在異物等障礙，造成L3減小，使Ⅰ回極1、Ⅱ回極1間發(fā)生放電現(xiàn)象。

2.3 直流保護(hù)配置

溪洛渡工程昭通換流站直流保護(hù)采用了改進(jìn)后的完全雙重化配置，分為A、B兩套保護(hù)系統(tǒng)。改進(jìn)后的完全雙重化保護(hù)裝置，在每一套直流保護(hù)裝置中都采用了獨(dú)立的兩個(gè)運(yùn)算單元，并且每一個(gè)運(yùn)算單元具有獨(dú)立的測(cè)量回路。只有當(dāng)每一套保護(hù)中的兩個(gè)運(yùn)算單元都動(dòng)作時(shí)，該套保護(hù)才會(huì)動(dòng)作出口。只要兩套保護(hù)中的任意一套保護(hù)動(dòng)作，則直流保護(hù)動(dòng)作出口[3]。

溪洛渡工程昭通站側(cè)，直流線路保護(hù)配置了行波保護(hù)、電壓突變量保護(hù)、低電壓保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、橫差保護(hù)、交直流碰線檢測(cè)等保護(hù)。

昭通換流站直流線路保護(hù)配置及保護(hù)出口方式如圖3所示。

2.4 直流線路保護(hù)重啟動(dòng)邏輯

當(dāng)線路發(fā)生極間放電后，直流線路保護(hù)中行波保護(hù)、電壓突變量保護(hù)、低電壓保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)、橫差保護(hù)可能動(dòng)作，出口方式為由極控系統(tǒng)發(fā)線路重啟動(dòng)功能。極控系統(tǒng)收到線路重啟動(dòng)功能后，將觸發(fā)角移相至164°，將直流電壓、電流降低為零。經(jīng)過(guò)一定的去線路去游離時(shí)間后，觸發(fā)角恢復(fù)至15°±2.5°，重新建立故障前的電壓、電流，恢復(fù)正常運(yùn)行。若線路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，線路重啟后恢復(fù)正常運(yùn)行，若線路發(fā)生永久性故障，重啟失敗，則極控系統(tǒng)再進(jìn)行一次全壓重啟動(dòng)。如果經(jīng)過(guò)整定后的全壓重啟動(dòng)后仍未恢復(fù)正常運(yùn)行，則按照整定值進(jìn)行降壓重啟動(dòng)。若降壓重啟失敗后，則極閉鎖。全壓重啟與降壓重啟的次數(shù)根據(jù)運(yùn)行情況可以整定。溪洛渡工程在調(diào)試階段采用的是全壓重啟三次，降壓重啟兩次。

溪洛渡工程雙回直流共四個(gè)極，直流線路較多，出現(xiàn)線路故障的幾率較單回線路大一些。為避免單極直流線路故障后重啟期間或者重啟不久以后，其他極又出現(xiàn)線路故障并重新啟動(dòng)，對(duì)交流系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)過(guò)大的沖擊，影響其他正常極的穩(wěn)定運(yùn)行，根據(jù)溪洛渡工程將長(zhǎng)期處于孤島運(yùn)行方式的要求，對(duì)各極的線路故障重啟功能作如下限制：（1）一極直流緊急停運(yùn)后者線路故障重啟失敗后，10s內(nèi)，本回另外一極和另一回的兩極均禁止重啟功能。（2）任一極重啟期間，禁止本回另外一極和另一回的兩極的直流線路故障重啟功能。（3）任一極重啟成功以后，10s內(nèi)，禁止本回另外一極和另一回的兩極的直流線路故障重啟功能[4]。

3 直流線路發(fā)生極間短路故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作情況分析

3.1 直流線路極間故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作情況

（1）山火、結(jié)冰等災(zāi)害造成Ⅰ回極1、極2間距離L1減小，導(dǎo)致Ⅰ回極1、極2間發(fā)生放電現(xiàn)象。當(dāng)異極性線路之間發(fā)生放電故障時(shí)，故障兩極線路保護(hù)的電流、電壓量會(huì)發(fā)生變化，使得直流線路保護(hù)的行波保護(hù)、電壓突變量保護(hù)可能動(dòng)作，低電壓保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。

（2）大風(fēng)天氣，造成Ⅰ回極1、Ⅱ回極2間距離L2減小，使Ⅰ回極1、Ⅱ回極2間發(fā)生放電情況。異極性線路之間發(fā)生放電故障時(shí)，故障兩極線路保護(hù)的電流、電壓量會(huì)發(fā)生變化，使得直流線路保護(hù)的行波保護(hù)、電壓突變量保護(hù)可能動(dòng)作，低電壓保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。

（3）當(dāng)線路存在異物等障礙，造成Ⅰ回極1、Ⅱ回極1間距離L3減小，使Ⅰ回極1、Ⅱ回極1間發(fā)生放電情況。當(dāng)線路同極性線路短路時(shí)，由于兩條同極性直流線路電壓值差別不大，發(fā)生故障時(shí)電壓變化較小，但電流會(huì)在放電點(diǎn)重新分配，不過(guò)兩站的電流之和保持不變，整體功率保持穩(wěn)定，但是由于碰線點(diǎn)電阻的變化，使得電流重新分配，當(dāng)電流值變化到一定程度后，線路兩側(cè)直流分流器檢測(cè)到的電流值將發(fā)生差流，當(dāng)差動(dòng)電流值達(dá)到差動(dòng)保護(hù)整定值后，將導(dǎo)致直流線路縱差保護(hù)動(dòng)作。

（4）當(dāng)Ⅰ回極1處于金屬回線方式運(yùn)行時(shí)，由于大風(fēng)、線路結(jié)冰、山火等原因造成Ⅰ回極1、極2間發(fā)生碰線時(shí)，直流線路保護(hù)中的行波保護(hù)、電壓突變量保護(hù)、橫差保護(hù)可能動(dòng)作[5]。

3.2 直流線路保護(hù)動(dòng)作重啟動(dòng)邏輯的優(yōu)缺點(diǎn)

當(dāng)線路發(fā)生同極性、異極性、金屬回線間放電故障時(shí)，兩極行波保護(hù)、電壓突變量保護(hù)、低電壓保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、橫差保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作出口方式均啟動(dòng)重新啟動(dòng)功能。

由于溪洛渡工程昭通換流站將處于孤島運(yùn)行方式，為確保線路故障時(shí)對(duì)系統(tǒng)沖擊較小，采用了當(dāng)一極在重啟過(guò)程及重啟結(jié)束10s內(nèi)，不允許另一極線路進(jìn)行重啟。而本工程直流線路采用同塔雙回架設(shè)，線路故障可能性較以往工程較大，故采用一極在重啟過(guò)程及重啟結(jié)束10s內(nèi)，不允許另一極線路進(jìn)行重啟降低了直流輸電系統(tǒng)的可靠性。

當(dāng)線路發(fā)生極間碰線等故障時(shí)，雙極直流線路保護(hù)會(huì)同時(shí)動(dòng)作，時(shí)間誤差在在毫秒范圍內(nèi)，并且啟動(dòng)線路重啟功能。如果兩極線路保護(hù)在毫秒級(jí)時(shí)間范圍內(nèi)同時(shí)動(dòng)作，可以判定為線路間發(fā)生故障，如果允許雙極同時(shí)啟動(dòng)重啟功能，可提高系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)束語(yǔ)

溪洛渡工程直流輸電線路采用同塔雙回方式，線路運(yùn)行方式、故障類型與以往工程有著許多不同點(diǎn)。針對(duì)直流線路故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作后的重啟動(dòng)邏輯，應(yīng)采用雙回線路由于極間碰線導(dǎo)致雙極同時(shí)故障時(shí)，允許雙回線路同時(shí)啟動(dòng)重啟動(dòng)功能，可提高直流工程可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]周德才，等.換流站直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)分析[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2009.

[2]曹繼豐.高壓直流輸電現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008：115-151.

[3]徐斌.昭通換流站極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].南京：南瑞繼保，2010.

[4]鄒強(qiáng).昭通換流站極控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].南京：南瑞繼保，2010.

[5]楊潔民.高壓直流設(shè)備基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.