特高壓直流系統(tǒng)投旁通對與合旁路開關(guān)配合策略研究

何園峰，周登波（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州，50663）

特高壓直流系統(tǒng)投旁通對與合旁路開關(guān)配合策略研究

何園峰1，周登波1
（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州，510663）

在傳統(tǒng)直流輸電工程中，投旁通對有著將直流側(cè)短路、交流側(cè)開路的作用。針對特高壓直流輸電工程雙12脈動閥組串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，必須考慮到在停運(yùn)一個(gè)閥組時(shí)，如何降低對另一閥組的影響。本文利用現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，深入研究了同極單閥組閉鎖和緊急停運(yùn)兩種情況下，兩側(cè)換流站如何實(shí)現(xiàn)投旁通對和合旁路開關(guān)的配合，以及停運(yùn)閥組和運(yùn)行閥組的配合，分析這些配合策略是否滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要。

特高壓直流；旁路開關(guān)；旁通對；觸發(fā)脈沖

旁通對是指三相換流器中連接同一相的一對閥，當(dāng)兩個(gè)閥同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，稱為投入旁通對。旁通對投入時(shí)，直流回路直接被短路，其它兩相被閉鎖閥阻斷，直流電流不通過換流變壓器閥側(cè)繞組，從而可以快速跳開換流變交流側(cè)斷路器。因此，投旁通對具有隔離交直流系統(tǒng)的作用。

本文結(jié)合云廣和糯扎渡兩個(gè)特高壓直流系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，對特高壓直流系統(tǒng)同極雙閥組運(yùn)行時(shí)單閥組進(jìn)行手動閉鎖，以及因?yàn)橐粋€(gè)閥組嚴(yán)重故障對該閥組緊急停運(yùn)的動作過程進(jìn)行系統(tǒng)的研究，分析兩側(cè)換流站的停運(yùn)閥組和運(yùn)行閥組的動作特性和電氣量變化趨勢，比較兩種情況下投旁通對和合旁路開關(guān)配合策略的異同，找出配合策略中存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

1　同極雙閥組運(yùn)行時(shí)閉鎖單閥組策略

同極兩個(gè)閥組運(yùn)行時(shí)，閉鎖第一個(gè)閥組的關(guān)鍵在于如何將直流電流從閥組轉(zhuǎn)移到與其并聯(lián)的旁路開關(guān)。合上旁路開關(guān)的前提是閥組兩端的直流電壓降為零，否則閥組端電壓在旁路開關(guān)合閘時(shí)將旁路開關(guān)短路，旁路開關(guān)會產(chǎn)生很大的過沖電流。如果僅通過控制觸發(fā)角調(diào)節(jié)閥組兩端電壓到零的方式，則會出現(xiàn)調(diào)節(jié)緩慢，造成閥組長時(shí)間大角度運(yùn)行，損壞換流閥的同時(shí)增加換流器吸收的無功功率，引起交流濾波器的投切。因此特高壓直流系統(tǒng)同極雙閥組運(yùn)行閉鎖第一個(gè)閥組時(shí)，需要控制觸發(fā)角增大的同時(shí)使用投旁通對策略，使閥組兩端電壓快速降低，為旁路開關(guān)的順利合閘創(chuàng)造條件。

圖1是極1雙閥組運(yùn)行時(shí)手動閉鎖高端閥組的整流站錄波。由錄波可見，整流站的高端閥組在收到閉鎖命令后，立即投入旁通對并發(fā)出合旁路開關(guān)的命令。低端閥組保持定電流控制模式，觸發(fā)角控制在正常范圍。由于旁路開關(guān)需要一段時(shí)間才能合閘到位，開始時(shí)直流電流流經(jīng)閥組旁通對，高端閥組直流電壓和換流變壓器閥側(cè)電流降為零。旁路開關(guān)合閘命令執(zhí)行約100ms后內(nèi)部觸頭導(dǎo)通，高端閥組旁通對的直流電流轉(zhuǎn)移至旁路開關(guān)，此時(shí)高端閥組雖繼續(xù)投入旁通對，流經(jīng)旁通對的電流為零。再經(jīng)過150ms后，控制系統(tǒng)檢測到旁路開關(guān)合閘到位的信號，高端閥組退出旁通對，并閉鎖換流閥的觸發(fā)脈沖。

圖1 手動閉鎖單閥組時(shí)整流站的現(xiàn)場錄波

圖2是極1雙閥組運(yùn)行時(shí)手動閉鎖高端閥組的逆變站現(xiàn)場錄波。由錄波可見，逆變站高端閥組在收到閉鎖命令后，延時(shí)20ms投入旁通對，換流變壓器閥側(cè)電流降低至零，直流電流流經(jīng)閥組旁通對，直流電壓降低至零。檢測到高端閥組直流電壓小于40kV延時(shí)10ms后，發(fā)出合旁路開關(guān)的命令，合閘命令執(zhí)行約100ms后旁通對的直流電流轉(zhuǎn)移至旁路開關(guān)。此時(shí)高端閥組雖繼續(xù)投入旁通對，流經(jīng)旁通對的直流電流為零。再經(jīng)過100ms后，控制系統(tǒng)檢測到旁路開關(guān)合閘到位的信號，高端閥組退出旁通對功能，并閉鎖換流器的觸發(fā)脈沖。

對兩側(cè)換流站的現(xiàn)場錄波進(jìn)行分析可知，在同極雙閥組運(yùn)行時(shí)手動閉鎖一個(gè)閥組，另一個(gè)閥組的保持正常的控制模式，直流電流未發(fā)生斷續(xù)，高壓母線電壓下降至400kV左右。閉鎖過程兩側(cè)換流站大體一致，只是在操作時(shí)序上有些差別，逆變站滯后整流站20ms發(fā)出投旁通對和合旁路開關(guān)命令，但由于逆變站更快收到旁路開關(guān)合閘到位信號，逆變站先于整流站閉鎖閥組觸發(fā)脈沖和退出投旁通對功能。

2　同極雙閥組運(yùn)行時(shí)緊急停運(yùn)單閥組策略

直流輸電系統(tǒng)在發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，由控制保護(hù)系統(tǒng)啟動的快速停運(yùn)稱為緊急停運(yùn)，緊急停運(yùn)需要盡快跳開閥組交流開關(guān)，使交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)隔離。同極雙閥組運(yùn)行時(shí)，其中一個(gè)閥組出現(xiàn)換流閥短路等嚴(yán)重故障，除了要求減小閥組兩端的直流電壓，還必須將直流電流迅速降低到零，以最大限度的降低設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。借鑒直流線路故障重啟動的經(jīng)驗(yàn)，在對故障閥組投旁通對、合旁路開關(guān)和跳換流變開關(guān)的同時(shí)，還要對另一閥組進(jìn)行強(qiáng)制移相，將該極的直流電壓和電流快速降低到零，直到故障閥組閉鎖觸發(fā)脈沖、旁路開關(guān)合閘到位后，恢復(fù)另一閥組的正常運(yùn)行。

雙閥組運(yùn)行時(shí)單閥組故障導(dǎo)致緊急停運(yùn)。對于故障閥組，一方面升高換流閥觸發(fā)角、投入旁通對、發(fā)出合旁路開關(guān)命令，檢測到旁路開關(guān)合閘到位后閉鎖觸發(fā)脈沖；另一方面發(fā)跳開交流開關(guān)的命令至斷路器保護(hù)，保證在換流變閥側(cè)電流為零的情況下跳開交流開關(guān)。對于同極的另一個(gè)閥組，將發(fā)出一個(gè)持續(xù)150ms的強(qiáng)制移相命令，整流側(cè)換流角觸發(fā)角控制在120°~160°，降低流過故障閥組旁通對的電流，待故障閥組已完成緊急停運(yùn)后再進(jìn)行重啟。

圖3是極1雙閥組運(yùn)行時(shí)高端閥組發(fā)生故障，保護(hù)系統(tǒng)緊急停運(yùn)該閥組的整流站錄波。由錄波可知，高端閥組在檢測到發(fā)生故障后，一方面本閥組投入旁通對、發(fā)合旁路開關(guān)命令，使換流變閥側(cè)電流為零，然后跳開交流開關(guān)；另一方面，對低端閥組進(jìn)行強(qiáng)制移相，低端閥組的觸發(fā)角升高到90°以上，使極1電壓和電流都降低到零。低端閥組的強(qiáng)制移相使得高端閥組即使投入旁通對，也不流過直流電流，這就為高端閥組內(nèi)部故障的快速隔離創(chuàng)造條件，避免了事故范圍的擴(kuò)大。在強(qiáng)制移相持續(xù)150ms后，極1低端閥組進(jìn)行重啟動，極1電壓和電流重新建立，此時(shí)高端閥組旁路開關(guān)已合閘到位，極1電流流經(jīng)旁路開關(guān)。高端閥組檢測到旁路開關(guān)合閘到位的信號后，退出旁通對功能，并閉鎖換流閥的觸發(fā)脈沖。

圖2　手動閉鎖單閥組時(shí)逆變站的現(xiàn)場錄波

圖3　閥組保護(hù)啟動單閥組ESOF時(shí)整流站的現(xiàn)場錄波

在極1雙閥組運(yùn)行時(shí)高端閥組發(fā)生故障緊急停運(yùn)，逆變站的動作策略與整流站大致相似，只存在以下差別：一是考慮兩站之間通信延時(shí)，逆變站在接到命令延遲10ms后執(zhí)行單閥組緊急停運(yùn)；二是在整流站低端閥組強(qiáng)制移相期間，逆變站低端閥組為定

電流控制模式，觸發(fā)角限制在120°，待整流側(cè)強(qiáng)制移相結(jié)束恢復(fù)定電壓控制；三是若故障在整流側(cè)，逆變站不需跳開換流變交流開關(guān)，反之亦然。

3　結(jié)論

本文結(jié)合理論分析和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析了特高壓直流輸電系統(tǒng)同極雙閥組運(yùn)行時(shí)，手動閉鎖和緊急停運(yùn)第一個(gè)閥組的控制保護(hù)動作情況。通過深入研究待停運(yùn)閥組投旁通對與合旁路開關(guān)的配合策略，結(jié)論如下：

1）不論單閥組手動閉鎖還是故障緊急停運(yùn)，都是同時(shí)下發(fā)投旁通對和合旁路開關(guān)命令。由于旁路開關(guān)合閘操作需要時(shí)間，另一閥組的電流先是通過旁通對，開關(guān)合閘到位后再轉(zhuǎn)移至旁路開關(guān)。這樣即能降低閥組直流電壓便于合旁路開關(guān)，又能降低換流變閥側(cè)電流為閉鎖觸發(fā)脈沖和跳開交流開關(guān)創(chuàng)造條件。

2）手動閉鎖單閥組時(shí)，另一閥組保持正常的控制模式，在旁路開關(guān)合閘到位以前，待閉鎖閥組旁通對的電流未發(fā)生斷續(xù)；單閥組故障緊急停運(yùn)，另一閥組的整流側(cè)進(jìn)行強(qiáng)制移相，故障閥組旁通對的電流快速降低為零，為隔離故障閥組創(chuàng)造條件。

3）投旁通對時(shí)兩側(cè)的動作時(shí)序有差異。逆變站收到單閥組閉鎖命令延時(shí)10ms，再發(fā)投旁通對和合旁路開關(guān)命令。由于逆變站更快收到旁路開關(guān)合閘到位信號，逆變站比整流站更早退出旁通對和閉鎖觸發(fā)脈沖。

［1］ 張堯，房宣合，胡烈良， 等.特高壓直流輸電系統(tǒng)閥組投退策略［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2010，38（14）：1 4.

［2］ 陳錫磊，田杰，黃志嶺，等.HVDC緊急停運(yùn)時(shí)投旁通對策略對中性母線避雷器的影響［J］.華東電力， 2010，38（9）：1 4.

The Coordination between Initiating Bypass Pairs and Closing Bypass Breaker in ±800 kV Transmission Project

He Yuanfeng1，Zhou Dengbo1
（Guangzhou Bureau， CSG EHV Power Transmission Company，Guangzhou，510405，China）

The initiating bypass pairs can help to isolate fault by bypassing DC side and blocking the AC side.The UHVDC transmission project inherits the traditional use of the method.What’s more， we must keep the other group working when group protection initiates only one group ESOF.Two aspects are analyzed with controlling logics and testing data of the transmission project，including execution bypass pairs，tendency of currency as well as voltage.We will see how initiating bypass pairs and opening bypass breaker coordinate，and the fault group and the other group coordinate. Then research if the coordinating methods can keep the UHVDV system safe and stable.

UHVDC；bypass breaker；bypass pairs；firing pulse