逆變站共用接地極引起過流保護動作原因分析及改造

李金安　姚言超　張卓杰　彭騰

摘要：逆變站兩條高壓直流系統(tǒng)共用接地極，在特殊運行工況下，可能引起一條高壓直流系統(tǒng)接地網(wǎng)過流保護誤動，現(xiàn)分析了保護誤動的原因，并介紹了現(xiàn)場對高壓直流系統(tǒng)的改造措施。利用系統(tǒng)調(diào)試對改造后的兩條高壓直流系統(tǒng)開展試驗驗證，證明了優(yōu)化措施的有效性。

關(guān)鍵詞：共用接地極;限流電阻;金屬回線;大地回線

0 引言

直流接地極是高壓直流系統(tǒng)中的重要組成部分，當直流系統(tǒng)以單極大地回線或雙極大地回線方式運行時，其不但起著鉗制中性點電位的作用，還能為直流電流提供通路[1]。隨著高壓直流的建設(shè)，尋找合適的接地極址變得越來越困難[2]。考慮到共用接地極的經(jīng)濟性和接地極址對環(huán)境方面的影響，后續(xù)越來越多的高壓直流系統(tǒng)采用了共用接地極的做法。由于共用接地極的兩條直流在各自控制保護裝置上的相對獨立和系統(tǒng)運行方式上的多樣，共用接地極也存在一些問題，電網(wǎng)內(nèi)曾發(fā)生一起因共用接地極導(dǎo)致過流保護動作的事件[3]。

本文以逆變站共用接地極的某直流系統(tǒng)A和某直流系統(tǒng)B為例，對共用接地極引起過流保護動作事件的原因進行分析，同時研究了針對上述事件進行的現(xiàn)場改造和改造后效果。

1 共用接地極過流保護動作原因分析

高壓直流系統(tǒng)正常運行方式包括雙極大地回線方式、單極大地回線方式和單極金屬回線方式。由于單極大地回線運行時，系統(tǒng)將產(chǎn)生入地電流，而入地電流將對周邊變壓器、燃氣管道等設(shè)備產(chǎn)生影響，因此，長期運行時，直流系統(tǒng)一般采用雙極大地回線方式和單極金屬回線方式。共用接地極的兩條直流系統(tǒng)，即使一條直流系統(tǒng)單極大地回線運行，產(chǎn)生入地電流，由于另一條直流系統(tǒng)沒有為入地電流提供回路，直流系統(tǒng)入地電流將不會產(chǎn)生分流。但在運行中存在一些特殊運行工況，若直流系統(tǒng)A、B同時處于單極大地回線運行方式，此時，將直流系統(tǒng)B由單極大地回線轉(zhuǎn)為單極金屬回線運行方式，在轉(zhuǎn)換過程中，直流系統(tǒng)B逆變站將先合上站內(nèi)高速接地開關(guān)0040，再拉開接地極線路隔離開關(guān)00500。在這個過程中，直流系統(tǒng)B逆變站將短時存在兩個接地點（站內(nèi)接地網(wǎng)和站外接地極），直流系統(tǒng)A的部分入地電流將從共用接地極沿著直流系統(tǒng)B逆變站的接地極線路注入直流系統(tǒng)B逆變站站內(nèi)接地網(wǎng)，其等效電路如圖1所示。其中直流系統(tǒng)A和B共用接地極電阻為0.233 Ω，直流系統(tǒng)B逆變站接地極線路電阻為2.675 7 Ω，直流系統(tǒng)B逆變站站內(nèi)接地網(wǎng)電阻為0.375 Ω。假設(shè)直流系統(tǒng)A入地電流為IA，直流系統(tǒng)B分流電流為IB，根據(jù)歐姆定律，IB=0.233×IA/（0.233+2.675 7+0.375）≈0.071IA。

同時，為了防止站內(nèi)接地網(wǎng)入地電流過大，對接地網(wǎng)造成損壞，換流站一般配置有站內(nèi)接地網(wǎng)過流保護，直流系統(tǒng)B逆變站保護判據(jù)如表1所示。因此，根據(jù)上述分析，當直流系統(tǒng)A產(chǎn)生的入地電流大于714.3 A時，直流系統(tǒng)B接地網(wǎng)將流過大于50 A的電流，系統(tǒng)將發(fā)生跳閘，嚴重影響直流系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2 共用接地極過流改造

2.1 ? ?一次系統(tǒng)改造

根據(jù)共用接地極分流公式可知，若想避免站內(nèi)接地過流保護動作，可以降低系統(tǒng)中分流的電流，而減小分流電流最簡單的方式為改變接地極電阻、接地極線路電阻或站內(nèi)接地網(wǎng)電阻。考慮到接地極電阻、接地極線路已經(jīng)建造，距離換流站較遠，現(xiàn)場改造比較困難、費用較高，最終采用在站內(nèi)增加限流電阻的方式減小站內(nèi)入地電流。由于在單極金屬回線運行方式下，站內(nèi)接地網(wǎng)主要為鉗制直流系統(tǒng)零電位的作用，若限流電阻長期存在，將導(dǎo)致接地網(wǎng)電阻過大，可能影響直流系統(tǒng)零電位鉗制，因此，考慮在限流電阻回路并聯(lián)一個限流電阻刀閘，來實現(xiàn)限流電阻的投入和退出，縮短限流電阻投入時間。同時，雖然引入了限流電阻刀閘，但在單極大地轉(zhuǎn)金屬和金屬轉(zhuǎn)單極大地的過程中還是會存在較短時間內(nèi)限流電阻接地的狀態(tài)，考慮到限流電阻對中性母線的電位提升、電阻的發(fā)熱功率、暫態(tài)故障下電阻的應(yīng)力等問題，現(xiàn)場最終將限流電阻選為5 000 Ω?，F(xiàn)場改造后一次系統(tǒng)如圖2所示，相比原有接線方式，增加了直流限流電阻及直流限流電阻刀閘00402。

2.2 ? ?二次系統(tǒng)控制策略改造

由于增加了限流電阻和限流電阻刀閘，相應(yīng)也需要對控制保護中的直流順控邏輯、直流運行方式判別邏輯進行修改。相比原有順控邏輯操作，新的順控邏輯為：在單極大地回線轉(zhuǎn)金屬回線操作時，先拉開限流電阻刀閘00402，再合上站內(nèi)高速接地開關(guān)0040（此時雖然站內(nèi)有兩個接地點，但由于限流電阻接入分流回路，系統(tǒng)分流很?。?，再拉開接地極線路隔離開關(guān)00500，之后再合上限流電阻刀閘00402（退出限流電阻，鉗制零電位）;在單極金屬回線轉(zhuǎn)單極大地回線操作時，先拉開限流電阻00402刀閘，再合上接地極線路隔離開關(guān)00500（由于限流電阻作用，系統(tǒng)分流很?。?，然后斷開高速接地開關(guān)0040，之后再合上限流電阻刀閘00402。新的順控操作重點在于金屬和大地回線轉(zhuǎn)換過程中，站內(nèi)接地點和站外接地極共存時，將限流電阻接入站內(nèi)接地支路，減小該支路電流，防止站內(nèi)接地網(wǎng)過流保護誤動;轉(zhuǎn)換過程完成后再將限流電阻旁路。

3 改造后運行效果分析

在直流系統(tǒng)B逆變站現(xiàn)場改造后，為驗證限流電阻接入后的改造效果，開展了加裝限流電阻直流系統(tǒng)調(diào)試。當直流系統(tǒng)A采用單極大地回線運行，流入入地電流為1 100 A時，將直流系統(tǒng)B由單極大地回線向單極金屬回線轉(zhuǎn)換，在順控操作合上站內(nèi)高速接地開關(guān)0040時，站內(nèi)接地網(wǎng)與接地極共同接地，查看錄波此時流過站內(nèi)接地網(wǎng)的電流平均值為3.2 A（IdSG）左右，直流中性母線電壓小于1 kV（UdN），其錄波值如圖3所示;將直流系統(tǒng)B由單極金屬回線向單極大地回線轉(zhuǎn)換，在順控操作合上接地極線路隔離開關(guān)00500時，站內(nèi)接地網(wǎng)與接地極共同接地，查看錄波此時流過站內(nèi)入地電流平均值為3.2 A左右，直流中性母線電壓小于1 kV。調(diào)試過程中，所有順控步驟正確執(zhí)行，直流系統(tǒng)運行正常，未出現(xiàn)異常情況，驗證了改造效果滿足現(xiàn)場要求。

4 結(jié)語

逆變站共用接地極的兩條高壓直流，當一條直流單極大地回線運行，另一條直流開展金屬和大地回線之間的轉(zhuǎn)換時，可能引起站內(nèi)接地網(wǎng)過流保護誤動。本文分析了保護誤動的原因，并針對上述現(xiàn)象，介紹了現(xiàn)場開展的一、二次設(shè)備改造情況，最終經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試證明現(xiàn)場改造能夠避免保護誤動，有效提高直流系統(tǒng)運行可靠性。該改造案例可供后續(xù)直流工程參考。

[參考文獻]

[1] 趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2] 鞠翔，袁虎強，高標，等.高壓直流輸電系統(tǒng)共用接地極運行特性分析[J].電力設(shè)備管理，2020（12）：41-43.

[3] 王蒙，劉茂濤.接地極共用導(dǎo)致站接地網(wǎng)過流保護76SG動作事件分析[J].電工技術(shù)，2019（3）：64-65.

收稿日期：2021-07-29

作者簡介：李金安（1982—），男，廣東廣州人，工程師，主要從事高壓直流技術(shù)運行維護工作。