直流輸電系統(tǒng)中直流線路故障再啟動邏輯分析

吳名星，單浩東，范立明，陳康寧，齊建永

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118）

0 引言

交流系統(tǒng)輸電線路由于雷擊、山火、大風(fēng)等原因可導(dǎo)致線路發(fā)生瞬時性故障，經(jīng)故障隔離、熄弧后，絕緣可很快恢復(fù)并通過開關(guān)重合閘恢復(fù)運(yùn)行。與交流系統(tǒng)線路故障一樣，直流線路上發(fā)生此類瞬時性故障后，同樣可恢復(fù)運(yùn)行。但與交流系統(tǒng)線路故障不同的是，直流線路故障沒有自然的電流過零點(diǎn)，直流電弧無法自行消除，且斷路器拉開直流電流的能力十分有限，難以通過斷路器進(jìn)行故障切除。通過合適的順序操作釋放直流線路上累積的能量，使故障點(diǎn)直流電流降為0，并經(jīng)去游離過程使絕緣恢復(fù)后，直流重新投入運(yùn)行，這一過程在直流控制保護(hù)中稱為直流線路故障再啟動［1］。直流線路故障再啟動功能對于提高直流輸電可靠性、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義，當(dāng)直流線路發(fā)生故障時，只有通過再啟動過程，才能釋放直流線路上的能量，清除故障點(diǎn)，保證直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

以魯固直流輸電工程為例，介紹直流線路故障再啟動的基本原理和投退原則，并對直流線路故障再啟動的動作邏輯進(jìn)行了重點(diǎn)分析。

1 直流線路故障再啟動基本原理

當(dāng)直流線路故障后，直流線路保護(hù)如行波保護(hù)、突變量和欠壓保護(hù)、線路縱差保護(hù)動作均可向極控系統(tǒng)發(fā)送動作信號，啟動線路故障再啟動動作邏輯［2］。但由于移相閉鎖功能僅配置于整流側(cè)，因此，逆變側(cè)僅有事件報(bào)文，不執(zhí)行再啟動動作邏輯。針對直流系統(tǒng)不同運(yùn)行方式（如運(yùn)行極數(shù)、再啟動保護(hù)投退情況、運(yùn)行電壓、兩站之間通信情況等不同），當(dāng)直流線路出現(xiàn)故障時，再啟動的次數(shù)和啟動電壓是不同的。

直流線路故障再啟動過程大致可分為移相和重啟2個階段，其總體作用類似于交流系統(tǒng)中的跳閘／重合閘過程。移相期間，整流側(cè)緊急移相120°，當(dāng)直流線路電流降至0后移相至160°進(jìn)入逆變運(yùn)行狀態(tài)，兩側(cè)換流閥在短時間內(nèi)均處于逆變運(yùn)行狀態(tài)。通過這種方式防止整流站向故障點(diǎn)提供電流，將直流系統(tǒng)中的能量返回至交流系統(tǒng)，清除故障點(diǎn)，使直流故障電流迅速下降到0。再經(jīng)過一定時間的去游離過程，極控系統(tǒng)將整流器的觸發(fā)角逐漸減小，嘗試將直流系統(tǒng)重新啟動，若瞬時故障已消除，則直流系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行［3］。因此直流線路故障再啟動一定程度上減少了直流系統(tǒng)的停運(yùn)次數(shù)，提高直流系統(tǒng)的可用率。

2 直流線路故障再啟動功能分析

2.1 直流線路故障再啟動邏輯

在“直流線路故障再啟動”投入的情況下，直流線路、雙極中性母線、接地極引線等發(fā)生接地故障后，若本站保護(hù)動作發(fā)出線路故障重啟信號，則屏蔽來自對站的線路重啟信號3 s；若本站未發(fā)出線路重啟信號，則使用對站的重啟信號。該啟動邏輯可防止由于兩站時間差導(dǎo)致重啟次數(shù)計(jì)數(shù)器誤觸發(fā)。

當(dāng)本站移相重啟命令、對站的移相重啟命令或重啟不成功再重啟信號3個信號中任一信號出現(xiàn)時，產(chǎn)生有效移相重啟命令，并屏蔽再次接受移相重啟命令100 ms，并準(zhǔn)備下一次移相重啟動作。

移相重啟不成功再重啟邏輯。當(dāng)前一次移相重啟指令經(jīng)去游離時間返回后，移相重啟不成功再重啟邏輯會產(chǎn)生1個200 ms的脈沖，延時100 ms后，若此時線路電壓小于0.15 pu，并且閥組未閉鎖（脈沖使能存在），則移相重啟不成功再重啟邏輯會產(chǎn)生1個有效的移相重啟指令。產(chǎn)生有效的移相重啟指令后，通過控制總線送到閥控進(jìn)行移相重啟，并且使該指令保持設(shè)定的去游離時間。

重啟次數(shù)計(jì)數(shù)［4］。在該邏輯中對重啟指令下發(fā)采取2種不同的計(jì)數(shù)方式：對移相重啟指令下發(fā)時間間隔小于200 ms的一系列重啟指令進(jìn)行計(jì)數(shù)，若兩指令下發(fā)時間間隔超過200 ms，則重新進(jìn)行計(jì)數(shù)；對第1次有效重啟指令產(chǎn)生后30 s內(nèi)的指令進(jìn)行計(jì)數(shù)，30 s后則重新進(jìn)行計(jì)數(shù)，即30 s內(nèi)發(fā)生的移相重啟動作進(jìn)行計(jì)數(shù)累計(jì)，達(dá)到次數(shù)上限則出口極閉鎖。線路故障重啟邏輯如圖1所示。

關(guān)于線路故障重啟次數(shù)，在不同的工況下，其具體重啟次數(shù)如表1所示。

2.2 直流線路故障再啟動不成功閉鎖后再重啟

不同工況下在規(guī)定重啟次數(shù)內(nèi)重啟不成功時，極控系統(tǒng)將出口 “線路重啟不成功閉鎖直流系統(tǒng)”。該閉鎖命令將繼續(xù)用以執(zhí)行極隔離、REBOOT閉鎖后重啟、鎖定再重啟電壓為1.0 pu等。若線路重啟不成功，極控則將出口Y［5］閉鎖、隔離低端閥組、極隔離動作，極隔離完成后若滿足重啟前提，REBOOT程序執(zhí)行極連接與高端閥組重啟動作。

圖1 線路故障重啟邏輯

表1 線路故障重啟次數(shù)

線路重啟不成功閉鎖后重啟策略：

1）滿足重啟前提（無故障停止順控信號）。在啟動直流場順序控制的同時，無極保護(hù)閉鎖、極監(jiān)視功能跳閘、非故障閥組絕對最小濾波器不滿足閉鎖、超過1 500 ms的移相命令、雙閥組閥差動動作、對極未閉鎖、無站間通信故障、兩極不存在非雙極功率控制模式、本站或?qū)φ緹o重合中性母線斷路器（Neutral Bus Switch，NBS）命令［6］。

2）默認(rèn)高端換流器執(zhí)行自動重啟，低端換流器隔離。

3）重啟后雙極功率值為重啟時刻另一極的功率值。

4）若線路重啟不成功閉鎖后進(jìn)入降壓模式，啟用REBOOT重啟后，自定轉(zhuǎn)為全壓模式。

具體邏輯如圖2所示。

圖2 REBOOT邏輯判斷與出口

2.3 直流線路故障再啟動功能投退驗(yàn)證

±800 kV特高壓魯固直流工程在整流側(cè)和逆變側(cè)都配備“直流線路故障再啟動”功能。該工程可通過直流順控界面上的“直流線路故障再啟動”按鈕實(shí)現(xiàn)“投入/退出”功能，整流側(cè)與逆變側(cè)、主控站與非主控站均能通過順控界面直流線路故障再啟動按鈕來進(jìn)行該功能投退操作，但存在控制級別、整流側(cè)和逆變側(cè)邏輯配合問題。針對不同工況，對魯固直流系統(tǒng)線路故障重啟功能進(jìn)行了3次試驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，匯總實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 線路故障重啟實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分析可知，當(dāng)控制級別為系統(tǒng)層控制時，由主控站控制兩站“直流線路故障再啟動”功能投退。當(dāng)控制級別為站層控制時，若站間通信正常，由整流側(cè)控制兩站“直流線路故障再啟動”功能投退；若站間通信故障，由各站獨(dú)立控制“直流線路故障再啟動”功能投退。在運(yùn)檢工作中，應(yīng)在運(yùn)行規(guī)程中對此進(jìn)行明確規(guī)定，操作時根據(jù)現(xiàn)場情況采取適宜的方法。

3 結(jié)語

以±800 kV魯固直流輸電工程為例，介紹了直流線路再啟動功能基本配置和原理，針對直流線路再啟動功能投退、實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了重點(diǎn)分析。結(jié)合±800 kV魯固直流系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)結(jié)果，對直流線路再啟動功能進(jìn)行了具體的驗(yàn)證與分析，為今后直流輸電工程直流線路再啟動功能的設(shè)計(jì)與配置提供了參考和借鑒。