同塔雙回直流共用接地極對(duì)單極金屬與單極大地回線方式轉(zhuǎn)換影響研究

王　蒙，陳　浩

(南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州　510405)

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同塔雙回直流共用接地極對(duì)單極金屬與單極大地回線方式轉(zhuǎn)換影響研究

王蒙，陳浩

(南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州510405)

牛從直流為同塔雙回共用接地極建設(shè)，一回單極金屬與單極大地回線方式相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在接地極接入、站高速接地開關(guān)合上的短暫過(guò)程，若此時(shí)另一回為單極大地回線方式運(yùn)行，則接地極電流將在轉(zhuǎn)換回產(chǎn)生分流。分析了單極大地運(yùn)行回線的接地極電流分流至另一回線的機(jī)理，梳理的了該分流電流對(duì)保護(hù)的影響，并提出了防范措施和建議。

牛從直流；共用接地極；單極金屬回線

牛從直流采用兩個(gè)典型的直流雙極接線方式并共用接地極[1]，存在一回接地極電流通過(guò)接地極線路及接地極形成通路流入另一回的可能。正常運(yùn)行中，極在檢修狀態(tài)時(shí)，則必在隔離狀態(tài)，接地極電流無(wú)法形成通路；極在非檢修狀態(tài)時(shí)無(wú)地刀在合位，接地極電流也法形成通路。但在一回單極金屬與單極大地回線方式相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在接地極接入、站高速接地開關(guān)合上的短暫過(guò)程，若此時(shí)另一回為單極大地回線方式運(yùn)行，則接地極電流通過(guò)接地極線路、接地極刀閘、站高速接地開關(guān)、大地形成回路，將在轉(zhuǎn)換回產(chǎn)生分流，將對(duì)轉(zhuǎn)換過(guò)程和接地極電流有關(guān)的保護(hù)造成影響。

1　過(guò)程分析

圖1為牛從直流接線圖。以Ⅰ回(牛從甲)極1為例，在金屬回線轉(zhuǎn)大地回線過(guò)程中，考慮到直流開關(guān)本身的動(dòng)作時(shí)間，控制系統(tǒng)從檢測(cè)到10500刀閘合位再發(fā)出斷開1040開關(guān)命令，直到1040開關(guān)完全斷開，這個(gè)過(guò)程一般在90ms左右。同理大地回線轉(zhuǎn)金屬回線過(guò)程中，先合上1040開關(guān)，再拉開10500刀閘，這個(gè)過(guò)程一般在7.5 s左右。所以在單極金屬回線與單極大地回線轉(zhuǎn)換過(guò)程中，會(huì)短暫出現(xiàn)接地極接入，站高速接地開關(guān)合上的特殊工況。

圖1　牛從直流接線圖

2　接地極入地電流分流至另一回的分析

金屬回線方式與大地回線方式轉(zhuǎn)換過(guò)程中整流站的站接地開關(guān)不會(huì)動(dòng)作，僅逆變站站接地開關(guān)合上以鉗制電位，所以此轉(zhuǎn)換過(guò)程中整流站不會(huì)出現(xiàn)接地極接入站高速接地開關(guān)合上導(dǎo)致分流的情況，僅逆變站可能出現(xiàn)。以下分析均以逆變站，且Ⅱ回極1單極大地回線運(yùn)行，入地電流分流至Ⅰ回為例進(jìn)行。

圖2為一回單極大地回線方式運(yùn)行時(shí)，接地極入地電流分流至另一回簡(jiǎn)化圖。圖2中，U11M和U21M分別表示單極大地回線運(yùn)行極的正極整流側(cè)及逆變側(cè)12脈動(dòng)閥體兩側(cè)的電壓；Re1M、Re2M分別代表整流側(cè)和逆變側(cè)接地極接地電阻；ReL1M和ReL2M分別代表整流側(cè)和逆變側(cè)接地極引線電阻；IdM代表直流電流；Rd1M代表直流線路電阻；R站代表?yè)Q流站站接地網(wǎng)電阻；ReL2代表另一回接地極引線電阻。在逆變站，ReL2=ReL2M=3.590 7Ω，R站=0.432Ω,Re2M=0.25Ω[2]。

圖2　接地極入地電流分流至另一回簡(jiǎn)化圖

根據(jù)電路原理，當(dāng)單極大地回線極直流電流為IdM時(shí)，在另一回接地極線路上分得的電流為。

當(dāng)Ⅱ回單極大地回線運(yùn)行在額定功率時(shí)電流為3 200 A，則分流至Ⅰ回的電流則為187 A，考慮故障閉鎖導(dǎo)致的單極大地運(yùn)行極3 s過(guò)負(fù)荷能力為1.4倍則分流電流為262 A，2 h過(guò)負(fù)荷能力為1.2倍則分流電流為225 A。此分流電流將嚴(yán)重危及接地極線路上或換流站內(nèi)接地極刀閘靠線路側(cè)檢修人員的人身安全，并可能在單極金屬與單極大地回線轉(zhuǎn)換過(guò)程中出現(xiàn)帶電流分開關(guān)或刀閘的情況。

3　單極金屬與單極大地回線轉(zhuǎn)換過(guò)程中分流電流對(duì)保護(hù)的影響

由于換流器保護(hù)區(qū)、直流母線保護(hù)區(qū)、直流濾波器保護(hù)區(qū)和直流線路保護(hù)區(qū)的保護(hù)范圍沒有涉及接地極部分，因此主要分析極中性母線保護(hù)區(qū)、雙極保護(hù)區(qū)和接地極線路保護(hù)區(qū)的保護(hù)受影響情況。雙極區(qū)保護(hù)測(cè)點(diǎn)及配置如圖3所示[3]。

圖3　雙極區(qū)保護(hù)測(cè)點(diǎn)及配置

單極金屬與單極大地回線方式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，接地極接入，站高速接地開關(guān)合上時(shí)，此時(shí)通過(guò)接地極線路、接地極刀閘、站高速接地開關(guān)形成回路，造成Idee1、Idee2、Idee4量(正常方式下應(yīng)為0)相關(guān)的保護(hù)受到影響，且此時(shí)Idee1+Idee2=Idee4=ΔI。取Idee1、Idee2、Idee4量的保護(hù)主要為接地極開路保護(hù)59EL、接地極電流不平衡保護(hù)60EL、接地極過(guò)流保護(hù)76EL、接地極母線差動(dòng)保護(hù)87EB、金屬回線接地保護(hù)51MRGF、高速接地開關(guān)保護(hù)82-HSGS、站接地網(wǎng)過(guò)流保護(hù)76S G[4]。

3.1接地極開路保護(hù)59EL

接地極開路保護(hù)59EL邏輯為UdN>U_set&(|Idee1+Idee2|

Idee1、Idee2僅作為防止感應(yīng)電壓的輔助判據(jù)，且分流過(guò)來(lái)的電流使得|Idee1+Idee2|增大，與59EL邏輯相反。根據(jù)牛從直流共用接地極研究報(bào)告，共用接地極對(duì)地電位抬升值△U僅提高0.58 kV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于接地極線開路保護(hù)的定值。所以因共用接地極引起的分流和中性母線電壓升高均不會(huì)造成59EL動(dòng)作。

3.2接地極電流不平衡保護(hù)60EL

Ⅰ回接地極線路上分得的電流在Idee1和Idee2測(cè)點(diǎn)上仍將相同，所以接地極電流不平衡保護(hù)60EL不會(huì)受到影響。

3.3接地極過(guò)流保護(hù)76EL

接地極過(guò)流保護(hù)76EL邏輯為:|Idee1|>I_set或|Idee2|>I_set，且檢測(cè)接地極接入，報(bào)警定值為0.75 pu=2 400 A，動(dòng)作定值為0.85 pu=2 720 A。

根據(jù)分析可知，分流電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于定值，且不滿足接地極接入的條件。所以對(duì)接地極過(guò)流保護(hù)76EL無(wú)影響。

3.4接地極母線差動(dòng)保護(hù)87EB

單極金屬回線運(yùn)行時(shí)接地極母線差動(dòng)保護(hù)87EB邏輯為：|IdLN1-IdLH_OP-(Idee1+Idee2+Idee4)|>I_set+k_set*IdLN1。告警定值為0.05 pu=160 A，k_set=0.1,I_set=0.06 pu=192 A，告警時(shí)間為1 s，單極方式下動(dòng)作時(shí)間定值為600 ms，動(dòng)作后直接跳閘。

判別式可簡(jiǎn)化為2ΔI>192+0.1*IdLN1，將ΔI=0.058 5Id代入其中即為0.117Id>192+0.1*Id，此時(shí)對(duì)應(yīng)Ⅱ回單極大地運(yùn)行功率為大于5 647 MW，由于不可能達(dá)到此功率，所以87EB保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。但是該保護(hù)的報(bào)警定值為160 A、報(bào)警時(shí)間定值為1 s，可知電流大小有可能達(dá)到告警定值，此時(shí)對(duì)應(yīng)的Ⅱ回單極大地運(yùn)行極功率為大于684 MW。在正常情況下，單極金屬回線方式轉(zhuǎn)單極大地回線方式的暫態(tài)過(guò)程時(shí)間小于保護(hù)告警時(shí)間定值，保護(hù)不會(huì)報(bào)警，但在轉(zhuǎn)換過(guò)程中考慮開關(guān)各次動(dòng)作時(shí)間的差異和分布，以及發(fā)生站接地開關(guān)拒動(dòng)的可能，則87EB保護(hù)可能滿足時(shí)間定值而報(bào)警。在單極大地回線方式轉(zhuǎn)單極金屬回線方式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，如果接地極刀閘在分閘過(guò)程中切斷電流的時(shí)間若滿足保護(hù)動(dòng)作時(shí)間定值，或者接地極刀閘拒動(dòng)，則87EB保護(hù)可能報(bào)警。

3.5金屬回線接地保護(hù)51MRGF

金屬回線接地保護(hù)51MRGF邏輯為：金屬回線方式下，|Idee1+Idee2+Idee4|>I_set+k_set*IdLN。告警定值60 A，告警時(shí)間定值60 ms，k_set=0.1，I_set=100 A，動(dòng)作時(shí)間定值800 ms。

在方式轉(zhuǎn)換的暫態(tài)過(guò)程中保護(hù)仍按單極金屬回線方式考慮，判別式可簡(jiǎn)化為2ΔI>100+0.1*IdLN。將ΔI=0.058 5Id代入其中即為0.117Id>100+0.1*Id，此時(shí)對(duì)應(yīng)Ⅱ回單極大地運(yùn)行功率為大于2 941 MW(1.84倍額定電流)，由于不可能達(dá)到此功率，所以51MRGF保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。但是該保護(hù)的報(bào)警定值為60 A、報(bào)警時(shí)間定值為60 ms，可知有可能達(dá)到告警定值，此時(shí)對(duì)應(yīng)的Ⅱ回單極大地運(yùn)行極功率為大于256 MW時(shí)。

牛從直流某日在調(diào)試過(guò)程中，Ⅰ回極1為備用狀態(tài)、Ⅰ回極2在單極金屬回線方式閉鎖狀態(tài)、Ⅱ極1在單極大地回線解鎖狀態(tài)。運(yùn)行人員發(fā)出Ⅰ回極2由金屬回線轉(zhuǎn)大地回線方式的命令后，該極金屬回線接地保護(hù)51MRGF報(bào)警，約1.3s后信號(hào)復(fù)歸。原因?yàn)棰窕貥O2由金屬回線轉(zhuǎn)大地回線方式過(guò)程中，短暫出現(xiàn)接地極接入，站高速接地開關(guān)合上的工況，此時(shí)Ⅰ回極2金屬回線狀態(tài)信號(hào)尚未消失，造成Ⅱ回極1接地極電流分流至Ⅰ回，達(dá)到報(bào)警定值從而發(fā)51MRGF保護(hù)報(bào)警。

3.6高速接地開關(guān)保護(hù)82-HSGS

高速接地開關(guān)保護(hù)82-HSGS邏輯為：站接地開關(guān)HSGS指示分閘位置后，滿足|Idee4|>I_set，I_set=75 A，動(dòng)作時(shí)間定值為40 ms，動(dòng)作后果為發(fā)重合快速接地開關(guān)HSGS命令，并鎖定開關(guān)。

在Ⅰ回為單極金屬回線方式與單極大地回線方式互轉(zhuǎn)的暫態(tài)過(guò)程中，站接地開關(guān)HSGS在合位，不滿足判據(jù)中的HSGS分位要求，82-HSGS保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

3.7站接地網(wǎng)過(guò)流保護(hù)76SG

站接地網(wǎng)過(guò)流保護(hù)76SG的邏輯為：|Idee4|>I_set。報(bào)警定值為60 A，報(bào)警時(shí)間定值為2 s；雙極運(yùn)行時(shí)動(dòng)作定值為80 A，動(dòng)作時(shí)間定值為1 700 ms，單極運(yùn)行時(shí)動(dòng)作定值為100 A，動(dòng)作時(shí)間定值為900 ms。

在方式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，Idee4=ΔI可能大于動(dòng)作定值100 A，即Ⅱ回運(yùn)行功率大于855 MW。正常情況下單極金屬回線方式轉(zhuǎn)單極大地回線方式的暫態(tài)過(guò)程為90 ms左右，小于保護(hù)動(dòng)作時(shí)間定值，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，但在轉(zhuǎn)換過(guò)程中考慮開關(guān)各次動(dòng)作時(shí)間的差異和分布，以及發(fā)生站接地開關(guān)拒動(dòng)的可能，則76SG保護(hù)可能滿足時(shí)間定值而動(dòng)作。在單極大地回線方式轉(zhuǎn)單極金屬回線方式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，如果接地極刀閘在分閘過(guò)程中切斷電流的時(shí)間若滿足保護(hù)動(dòng)作時(shí)間定值，或者接地極刀閘拒動(dòng)，則76SG保護(hù)可能動(dòng)作。

4　結(jié)語(yǔ)及建議

牛從直流因共用接地極，兩回之間既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，當(dāng)一回為單極大地回線運(yùn)行時(shí)，若另一回接地極區(qū)域存在接地點(diǎn)，如接地極線路檢修或單極金屬與單極大地回線方式轉(zhuǎn)換過(guò)程中短暫出現(xiàn)的接地極接入站接地開關(guān)合上的工況時(shí)，將在另一回產(chǎn)生分流，此分流電流與單極大地運(yùn)行極的功率成正比關(guān)系，并可能對(duì)人身、設(shè)備造成傷害，以及導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)：

(1)若另一回接地極線路或換流站內(nèi)接地極刀閘靠線路側(cè)設(shè)備檢修時(shí)，接地極線路地刀合上或接地極線路上懸掛有接地線，單極大地運(yùn)行極的入地電流將分流至檢修的接地極線路上，嚴(yán)重威脅接地極線路或換流站內(nèi)檢修人員的人身安全。

(2)另一回單極金屬與單極大地回線轉(zhuǎn)換過(guò)程中出現(xiàn)帶電流分開關(guān)或刀閘的情況，損傷設(shè)備。

(3)若單極大地運(yùn)行極的功率較大，另一回在單極金屬與單極大地回線轉(zhuǎn)換過(guò)程中，存在金屬回線接地保護(hù)51MRGF、接地極母線差動(dòng)保護(hù)87EB報(bào)警和站接地網(wǎng)過(guò)流保護(hù)76SG動(dòng)作跳閘的可能性。

為避免入地電流分流至另一回造成的影響，建議采取如下措施：

(1)嚴(yán)禁接地極極址刀閘未拉開、與另一回接地極未有效隔離的情況下在接地極線路上或換流站內(nèi)接地極刀閘靠線路側(cè)設(shè)備上開展檢修工作，以防止另一回的入地電流分流至檢修回對(duì)人員造成傷害。

(2)一回單極大地回線方式運(yùn)行時(shí)，應(yīng)盡量避免在解鎖狀態(tài)下進(jìn)行另一回單極大地回線與單極金屬回線方式的相互轉(zhuǎn)換，防止轉(zhuǎn)換過(guò)程中入地電流分流造成87EB、51MRGF、76SG等保護(hù)可能動(dòng)作或報(bào)警。

(3)必須在解鎖狀態(tài)下進(jìn)行單極大地回線與單極金屬回線方式的相互轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)盡量避免另一回在單極大地回線方式運(yùn)行，且功率不得過(guò)大，防止轉(zhuǎn)換過(guò)程中帶過(guò)大的電流分?jǐn)嚅_關(guān)或刀閘，更不得超過(guò)855 MW可能造成76SG保護(hù)動(dòng)作。

(4)研究存在通過(guò)共用接地極分流情況下，單極大地回線與單極金屬回線相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中，接地極刀閘和站高速接地開關(guān)切斷電流的時(shí)間與76SG保護(hù)延時(shí)的配合關(guān)系，并進(jìn)行優(yōu)化，防止轉(zhuǎn)換過(guò)程中76SG保護(hù)動(dòng)作跳閘。

[1]王春成.共換流站±500 kV同塔雙回直流輸電工程控制系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)[J].電網(wǎng)技術(shù),2010,34(8):74-75.

WANG Chun-cheng. Hierarchical structure of control system for ± 500 kV DC power transmission project adopting common converter station and double circuits on the same tower [J]. Power System Technology, 2010，34(8)：74-75．

[2]中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局.從西換流站運(yùn)行規(guī)程[S]. 廣州：中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局,2013.

(本文編輯：趙艷粉)

Effects of Shared Grounding Electrode With Double Circuit Lines on the Same Tower on the Conversion Between Unipolar Metal Loop and Unipolar Earth Loop

WANG Meng, CHEN Hao

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

Niuzhai Conghua HVDC project is the construction of the shared grounding electrode with double circuit lines on the same tower. There exists the transient process of grounding electrode connection and high speed grounding switch closing during the conversion of one unipolar metal loop to monopole earth loop. If at this time the other loop is unipolar earth line, the grounding current will produce shunt. This paper analyzes the mechanism of monopole earth loop grounding electrode current producing shunt to the other loop, describes the shunt current influence on protection, and puts forward the preventive measures and suggestions.

Niuzhai Conghua HVDC project；shared grounding electrode; unipolar metal loop

10.11973/dlyny201604007

王蒙，男，工程師，研究方向?yàn)楦邏褐绷鬏旊姟?/p>

TM771

A

2095-1256(2016)04-0438-04

2016-03-18