交直流串電引起特高壓三閥組跳閘事件分析及改進措施研究

甘卿忠，徐晟，馮家偉，黃華，李倩

（超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州，510670）

0 引言

本文通過回顧一起特高壓直流輸電工程現場檢修作業(yè)過程中二次回路交直流串電引起的直流三閥組跳閘事件，分析跳閘事件產生的原因，指出該工程最后斷路器回路技術路線存在的設計缺陷以及交直流串電對高壓直流系統的危害，最后提出了相應的改進措施，對高壓直流輸電工程的設計、電網安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。

1 事件概述

1.1 基本情況

云廣直流輸電系統（如圖1所示）是世界上第一個±800kV特高壓直流輸電系統，是國內特高壓直流示范工程。該系統西連云南電網、東接粵港澳大灣區(qū)負荷中心，是南方電網西電東送的主通道之一，其安全與穩(wěn)定運行,對粵港澳大灣區(qū)的經濟發(fā)展起到重要促進作用。該直流系統采用雙極4閥組結構,每極由2組12脈動閥組串聯(400kV+ 400kV)，4個閥組共輸送額定容量5000MW，全站共配備24臺單相雙繞組換流變壓器(另有4臺備用)。

圖1 云廣直流輸電系統主接線圖

該工程220V直流系統共有四組，每組有二個相同的子系統，也就是I段、II段直流電源。其中一組用于給交流場設備供電，一組用于給站公用設備供電，剩下的兩組分別給極1高、低端閥組和極2高、低端閥組相關設備供電。

1.2 事件前狀態(tài)

事件前直流系統狀態(tài)：極1高端閥組在解鎖狀態(tài)，極1低端閥組在接地狀態(tài)，極2雙閥組在解鎖狀態(tài)，雙極輸送功率3750MW，雙極大地回線方式，500kV交流場九串共25臺開關間隔均在正常運行狀態(tài)。

1.3 事件經過

2020年08月14日，云廣直流受端穗東換流站發(fā)現極1低端Y/Y A相換流變油色譜乙炔含量為43.56μL/L，氫氣含量為82.34μL/L等數據嚴重超標的重大缺陷，現場隨即申請將極1低端閥組停電，開展換流變應急更換處置更換工作。

2020年8月17日，現場檢修人員完成極1低端YY A相換流變更換，在重瓦斯動作停冷卻器試驗過程中，當合上極1低端Y/Y A相GH010就地控制柜內F21直流空開時，因交直流串電導致極1高端閥組、極2雙閥組退至備用狀態(tài)。

2 現場檢查情況

故障發(fā)生后對SER信號源進行梳理，發(fā)現部分跳閘信號存在間隔20ms頻發(fā)且瞬時復歸的現象，見表1。檢查保護裝置動作情況，四閥組換流變保護接口屏內外部跳閘裝置1均發(fā)出“最后斷路器”跳閘命令，另外極1高端外部跳閘裝置1發(fā)穿墻套管SF6跳閘信號。

表1 跳閘過程的事件列表

現場測量極1低端Y/Y A相GH010就地控制柜內F21、F22直流空開下端電位，均有220V交流電壓。

3 跳閘原因分析

3.1 接線錯誤導致交直流串電

綜合現場檢查，判斷本次故障原因為：極1低端Y/Y A相換流變調壓機構箱GX001內存在廠家接線錯誤情況，調壓開關電機三相交流電源B相接線（應接X1:5）被誤接在直流加熱、照明回路正端（X1:4），交流電串入控制柜內直流回路如圖2/3所示。檢修人員在恢復加熱、照明回路上級直流電源空開F21作業(yè)時，交流電串入220V極1低壓直流系統，導致四閥組最后斷路器及極1穿墻套管SF6出口繼電器動作。

圖2 現場誤接線端子圖

圖3 誤接線圖紙示意圖

3.2 最后斷路器回路設計缺陷

穗東站四個閥組均配備最后斷路器跳閘功能，500kV交流場開關保護出口重動繼電器輔助節(jié)點串聯6MD66測控裝置最后斷路器邏輯節(jié)點，開入至各閥組換流變保護接口屏，勵磁最后斷路器出口繼電器，如圖4。四閥組最后斷路器動作繼電器第一組跳閘回路電源均取自極1低壓直流系統1段母線，第二組跳閘回路電源均取自極2低壓直流系統2段母線?，F場檢測發(fā)現最后斷路器出口繼電器動作功率偏低，最后斷路器跳閘出口光耦繼電器型號為菲尼克斯PLC-RSC-230UC/21AU，驅動電源為AC/DC交直流通用。對其備品進行檢測，發(fā)現該型號繼電器動作電壓為127V DC、119VAC，動作功率僅0.2W。因此當交流電串入極1低壓直流系統1后，直流系統電壓發(fā)生波動，因相互間存在電氣耦合，四閥組的最后斷路器繼電器同時受到交流電壓影響，抗干擾能力較差的光耦繼電器容易發(fā)生誤動。

圖4 四閥組最后斷路器回路電氣耦合圖

3.3 長電纜分布電容影響

當交流串入直流系統時，會通過電纜的分布電容構成回路，產生電容電流。因極1高端穿墻套管SF6電纜距極1低端換流變控制柜最遠，對地分布電容在極1低壓直流系統1各支路中最大，如圖5。因此，該回路在電容電流驅動下發(fā)生誤動作。

圖5 穿墻套管SF6分布電容回路示意圖

4 改進措施

4.1 加強現場作業(yè)管理

（1）新變壓器、斷路器等一次設備（擴建、技改、返修、備品）相應二次回路并網接入運行設備前，需開展交直流串電檢查，未完成前不得接入站用直流系統。開展串電檢查時應首先斷開所有直流回路空開，投入交流電源，在直流電源回路逐級測量是否存在交流電壓；再斷開所有交流回路空開，投入直流電源，在交流電源回路逐級測量是否存在直流電壓；涉及到兩路直流電源供電時，兩路直流電源應分別投入。

（2）拆接二次回路線纜前，應理清回路功能及帶電情況，辨識交直流串電風險，并使用萬用表確認是否帶電，盡量在斷電條件下開展二次回路工作。對于無法徹底切除電源的，應做好絕緣包裹，并采用絕緣膠布或塑料扣板方式進行封端子隔離，包扎應規(guī)范，禁止交直流線纜捆綁，同時避免誤碰誤接線造成交直流串電。

4.2 完善低壓直流系統配置

（1）考慮配置獨立的帶交直流串電檢測告警功能的移動直流電源發(fā)生器作為待投運設備調試電源，采用外接直流電源方式開展二次全回路調試驗證工作，排除寄生回路及交直流串電隱患后方可將替換設備接入運行回路。

（2）新建或改（擴）建直流工程換流站應按閥組（無閥組則按極）、站公用設備、交流場設備等分別設置完全獨立的直流電源系統，防范直流電源故障造成雙閥組、雙極同時閉鎖。

（3）直流絕緣監(jiān)測裝置應具備交直流串電檢測告警功能，對不滿足規(guī)程要求的絕緣監(jiān)測裝置應結合設備進行改造。

4.3 完善最后斷路器回路設計

（1）對于采用最后斷路器跳閘回路共用直流電源技術路線的同類工程，研究制定不同閥組二次回路解耦等技術方案來完善最后斷路器回路設計，消除當前存在的設計缺陷。

（2）對最后斷路器跳閘回路所采用的直流繼電器進行抗交流串擾能力分析研究，考慮采用較大動作功率的繼電器替換。

4.4 加強二次回路設計標準執(zhí)行

（1）機構箱、端子箱和二次屏柜端子設計制造應參考南方電網變電站二次接線標準關于二次回路設計原則，各功能的交、直流端子排分區(qū)布置，嚴防交直流回路、強電和弱電回路共用電纜。

（2）合理規(guī)劃二次電纜的路徑，盡可能減少迂回，縮短二次電纜的長度，降低回路對地電容。

（3）站內最后斷路器跳閘等重要回路,考慮采用抗干擾能力更強的光纖傳輸的方式來替換長電纜的使用。

5 結語

文章對±800kV云廣特高壓輸電工程換流變應急更換處置過程中三個閥組跳閘事件進行剖析，分別從現場檢修作業(yè)、最后斷路器回路設計、分布電容等角度分析跳閘事件發(fā)生的原因，指出了交直流串電的危害及該工程最后斷路器回路存在的設計缺陷，最后提出了交直流串電的防范措施以及最后斷路器回路的優(yōu)化措施，為后續(xù)特高壓直流系統的設計、運行和維護提供參考，具有重要的意義。