逆變側投旁通對給直流輸電系統帶來的影響

朱韜析，王超

（1.中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣州市，510405；2.浙江電力調度通信中心，杭州市，310007）

0 引言

投旁通對是直流保護系統的重要動作策略之一，旁通對的投入可以形成直流側短路，大大縮短直流分量流過換流變壓器的時間[1]，快速將直流電壓降至0，便于實現交流側斷路器快速跳閘[2]，隔離交直流回路；同時有助于釋放線路上的殘余電荷，避免閉鎖時出現過電壓。

由于旁通對本身就是換流器的工作閥臂，所以保護動作啟動投入旁通對時，除了保證旁通對可靠投入，同時應盡量縮小故障范圍，避免事故擴大[3-8]。本文結合運行中發生的實際案例以及部分仿真試驗結果，分別說明了投旁通對的作用、誤投旁通對以及通信故障情況下投入旁通對的不良影響，并探討了相應的改進措施。

1 投入旁通對的作用

直流保護動作后，將保護動作信號送至極控，然后極控將投入旁通對的信號送至換流閥控制裝置，保持最后導通的那個閥的觸發脈沖，同時發出與其同一相的另一個閥的觸發脈沖，閉鎖其他閥的觸發脈沖，使直流電壓迅速下降到0[9]。投入旁通對后，提供了換流器的直流電流旁路回路，一方面縮短直流電流分量流過換流變的時間，便于交流側斷路器快速跳閘；另一方面降低了整個直流系統的回路阻抗，便于整流側的快速移相及閉鎖。

圖1為某直流輸電系統緊急停運時逆變側的電流、電壓錄波。投入旁通對后形成直流側短路，逆變側直流電流先升高，隨即降至0；直流電壓下降，并隨著閥的閉鎖降至0；直流輸電系統快速、穩定停運。

同時，在基于某直流工程實際控制保護系統的仿真模型上，對逆變側緊急停運且未投入旁通對進行了模擬。試驗中，整流側直流過電壓保護動作，整流側錄波如圖2所示。由圖2可知：故障發生后，逆變側直流電流升高、直流電壓降低，但由于未投入旁通對，直流電流下降速度可能稍慢；而整流側經短延時便發出閉鎖換流器的命令，卻造成了直流線路電壓升高。這一結果還很可能對設備安全造成危害。

2 誤投旁通對的影響

某些特殊故障情況下，盲目投入旁通對不但未能快速隔離故障點，甚至可能會擴大故障范圍，造成事故進一步發展。一般情況下，各直流輸電工程中設置在逆變側高壓母線差動保護動作后禁投旁通對。

2.1 投入旁通對恰好與故障點同相別時的影響

假設逆變側極Ⅱ閥側C相發生接地故障，保護動作后投入的旁通對恰好是C相，如圖3所示。這種情況下，極Ⅰ將通過旁通對與故障點形成回路，顯然這將影響極Ⅰ正常運行。

在某直流工程實際控制保護系統的仿真模型上模擬圖3所示故障的錄波，試驗中，首先極Ⅱ角側橋短路保護動作，停運極Ⅱ，跳開交流側開關；隨即極Ⅰ接地極母線差動保護動作，停運極Ⅰ。仿真錄波如圖4所示。

極Ⅱ發生故障后，極Ⅱ角側橋短路保護動作，斷開交流側開關，并投入旁通對；由于旁通對正好與故障點同相，極Ⅰ的電流通過極Ⅱ中性母線開關流經旁通對，并最終通過接地點和整流側接地極形成直流回路，極Ⅰ高壓直流電流、中性母線電流、接地極母線電流和極Ⅱ中性母線電流均升高，而接地極線路電流卻仍然很低；最后，極Ⅰ接地極母線差動保護動作，停運了極Ⅰ。

2.2 投入旁通對與故障點不同相別時的影響

假設極Ⅰ閥側C相發生接地短路故障，而保護動作后投入的旁通對為A相，如圖5所示。這種情況下，在換流變交流側斷路器斷開前，將造成交流分量將串入直流系統。

在某直流工程實際控制保護系統的仿真模型上模擬如圖5所示故障的錄波，試驗中，首先極Ⅰ角側橋短路保護動作，停運極Ⅰ；由于跳開交流側開關需要一定時間，這期間，交流分量經極Ⅰ中性母線串入極Ⅱ，造成極Ⅱ交直流碰線保護動作。仿真錄波如圖6所示。

極Ⅰ換流變閥側C相發生接地短路后，保護動作并投入了A相旁通對；根據A、C相的電流波形，判斷此時發生了相間短路，故障電流形成2個回路：

（1）從A相旁通對經極Ⅰ中性母線、極Ⅱ中性母線流入極Ⅱ，并最終經整流側接地極和C相接地故障點，流入換流變C相。

（2）從A相旁通對經極Ⅰ中性母線、接地極母線、逆變側接地極和C相故障接地點，流入換流變C相。

回路1流經的故障電流造成極Ⅱ交直流碰線保護動作，停運了極Ⅱ；而直流系統中的交流分量以及換流變閥側A、C相間短路故障，隨著換流變交流側開關的斷開，才得以消除。

根據上述分析，設置保護動作后選擇故障相對應的旁通對，再次進行試驗，則可以快速隔離故障，極Ⅱ穩定運行[10]。

2.3 改進措施分析

針對上述逆變側換流變閥側接地故障相關保護動作后投旁通對時可能帶來的問題，如果在極Ⅰ相關保護動作需投旁通對時，首先通過保護內選相元件判斷故障相別，然后投入與故障點同相的閥組作為旁通對；而在極Ⅱ相關保護動作、需投旁通對時，則投入與故障點不同相的閥組作為旁通對，則可以避免影響另一極的正常運行。

3 通信系統故障時投入旁通對的影響

通信系統正常條件下，直流輸電系統的停運需要兩側的配合：啟動停運的一側將停運信號通過通信系統送至對側，對側才能快速停運。如果通信系統故障，停運信號無法送至另一側，此時另一側只能依靠后備保護動作如低電壓保護（27DC）動作來停運。

3.1 整流側保護未檢測到故障、逆變側保護動作并投入旁通對時的影響

假如在通信系統故障、逆變側保護動作啟動停運、同時整流側保護未檢測到故障的情況下，整流側只能依靠后備保護動作來停運。由于后備保護的延時往往比較長，所以，如果此時逆變側保護動作啟動投入了旁通對，將造成逆變側直流短路并維持較長時間，甚至造成其他保護動作。

調試過程中，在單極金屬回線方式下和通信故障的情況下，逆變側線路故障后備保護動作后，投入了旁通對，接著又造成了逆變側閥組差動保護動作，故障錄波如圖7所示。

如圖7所示，逆變側金屬回線下相關保護動作后，由于投入了旁通對，不僅造成瞬間的過流，而且高壓直流母線和中性母線通過旁通對始終導通；同時由于通信系統故障，逆變側發出的閉鎖命令無法送至整流側，直流輸電系統仍維持一定的電流，最終引起了逆變側閥組差動保護動作。

3.2 逆變側后備保護動作并投入旁通對的影響

在某直流輸電工程中，在通信系統故障情況下啟動停運時，設置另一側依靠直流低電壓保護（27DC）的動作來停運。最初，直流低電壓保護動作后果設置為閉鎖換流閥，逆變側需投入旁通對。

調試中發現，直流低電壓保護動作后果設置不當，啟動逆變側閉鎖且投入旁通對，這將引起換流變閥側過壓。圖8為上述直流輸電工程在通訊中斷時手動停運試驗中的錄波，整流側手動停運極Ⅰ后，逆變側經延時后直流低電壓保護動作并投入了旁通對。隨著旁通對的投入，換流變壓器閥側相當于不接地系統出現了一點接地，另外兩相電壓隨即升高，最后依靠其他保護動作斷開換流變交流側斷路器后，才恢復了正常。

對此，考慮到直流低電壓保護僅在通信故障的情況下起作用，保護動作時直流電流實際已降低，是否投入旁通對對閉鎖換流器并無影響，最后決定退出逆變側直流低電壓保護動作投入旁通對的功能。

4 結論

（1）運行實例和仿真案例證明，逆變側直流保護動作后投入旁通對可以最大限度降低過電壓水平，有助于快速隔離故障。

（2）某些特殊故障情況下，投入旁通對不僅不能快速隔離故障，甚至可能會造成故障擴大；除了常見的逆變側直流極母線差動保護動作后禁投旁通對，建議在投旁通對時增加合理選相功能。

（3）通信故障情況下，逆變側投入旁通對后有可能造成其他保護動作，目前暫無更好的處理措施，只能依靠整流側后備保護動作后停運直流系統。

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