天廣直流輸電系統廣州換流站“6.5”Idee1直流CT采樣異常分析

嚴治勇

【摘要】2014年6月5日在天廣直流線路故障降壓重啟過程中，廣州換流站接地極Idee1測點CT采樣值出現偏小且反相，從而導致接地極母線差動保護（87EB）極平衡動作，將極1直流功率限制在112MW，極2直流功率限制在90MW。本文根據直流CT現場故障情況及后續試驗結果，分析研究本次廣州換流站Idee1直流CT采樣異常的原因，并提出控制改進措施。

【關鍵詞】直流輸電;Idee1;直流CT;采樣異常

1.“6.5”事件簡述

2014年06月05日17時15分56秒，廣州換流站極2三套直流保護均發“直流線路保護 電壓突變量保護（27du/dt）動作”，極2直流保護A、B套發“直流線路保護 線路行波保護（WFPDL）動作”，極控系統三取二邏輯發“直流線路保護 動作”，極1、極2直流濾波器保護發“反時限過負荷起動 出現”，極2直流線路全壓重啟不成功。17時15分57秒，收到對站命令請求極2降壓運行，極2直流線路降壓400kV重啟成功。

17時15分57秒，極1三套直流保護發“雙極保護 接地極母線差動保護（87EB）”Ⅰ段動作執行雙極極平衡;雙極功率控制模式切換至單極功率控制模式，過負荷限制雙極直流功率至202MW;極1兩套極控發極1控制極退出，多次發本極直流電流小于極電流限制值，本極直流電流大于極電流限制值，過負荷限制器取消限制電流指令信號。

17時35分，查看電科院測距顯示極2故障點距廣州站139.7km，對應桿塔號在#1781-#1782之間，屬廣州局管轄范圍;山東科匯測距裝置顯示極2故障點距天生橋站823.565km，對應桿塔號在#1784-#1785之間。

17時45分，現場檢查直流場一次設備運行正常。17時50分，檢查故障錄波顯示極2發生一次線路故障全壓重啟不成功，400kV降壓重啟成功。

17時55分，廣州換流站向總調匯報設備檢查情況，總調下令天廣直流極2恢復全壓運行，功率控制模式恢復雙極功率控制模式。

2.直流控制保護系統動作分析

2.1 直流線路突變量保護（27du/dt）

27du/dt在直流線路發生接地故障時發出線路重啟命令從而保護直流系統，判據為：

du/dt>1.16pu/ms&UdL<0.25pu

故障時刻，直流線路電壓急劇下降，由484kV左右跌至-310kV左右，滿足直流線路突變量保護動作判據，直流線路突變量保護正確動作。

2.2 行波保護（WFPDL）

WFPDL保護與27du/dt互為冗余，功能類似，判據如下：線模波阻抗定值>234Ω、零模波阻抗定值>603Ω、線模幅度定值>290kV、零模幅度定值>390kV、零模突變定值>560kV/ms、線模突變定值>420kV/ms。

直流線路發生接地故障，直流電壓與直流電流均急劇下降，滿足了行波保護動作判據，行波保護正確動作。

2.3 接地極母線差動保護（87EB）

接地極母線差動保護（87EB）檢測接地母線區的接地故障，分為報警、極平衡和動作段。雙極運行時，首先進行極平衡，故障依然存在則閉鎖換流器。87EB在雙極運行方式時判據為：

|IdE1-IdE2-Idee1-Idee2-Idee4|>I_set+k_set * |IdE1-IdE2|

定值如表1所示。

表1

01 起動電流定值 0.06 p.u.

02 比率系數 0.1

03 報警電流定值 0.05 p.u.

04 極平衡時間定值 200 ms

05 動作時間定值 1200 ms

06 報警時間定值 500 ms

07 投退 真（1）

注：廣州換流站額定電流為1800A。

87EB只有在本極為控制極時極平衡才能出口。當87EB差動電流大于制動電流條件滿足100ms+200ms=300ms延時后，若本級為控制極則該極極平衡出口;若此時控制極切換為另一極，則經200ms延時后另一極極平衡出口。

極2故障重啟期間，接地極母線差動保護差流大于差動動作門檻持續790ms，在滿足判據330ms后，因之前極1為控制極，因此，極1接地極母線差動極平衡動作。另外，極1接地極母線差動保護極平衡動作后，控制極由極1切換為極2，因在此期間，接地極母線差動保護差流始終大于差動動作門檻，因此經203ms后，極2接地極母線差動極平衡動作。因接地極母線差動保護差流大于差動動作門檻持僅續790ms，小于動作段延時1.2s，因此動作段未出口。

本次雙極接地極母線差動保護87EB保護符合動作邏輯。

2.4 極平衡分析

極控中收到極平衡命令后，極平衡邏輯按照兩極中最小的電流指令為限制標準對直流電流進行限制使得雙極平衡運行。為了防止極平衡命令消失后，電流/功率又調回之前水平，在控制系統中設有如下邏輯：在極平衡命令消失后，控制系統會將功率指令更新為“最小負荷水平”和“實測功率”兩者之間最大值，即：

PO=MAX（PO MIN ，P MEAS）

其中：P MEAS為極平衡命令消失時的實測功率，PO MIN為最小負荷水平，單極運行時為90MW。

極1的直流保護87EB保護動作，發出極平衡命令，由于當時極2處于降壓重啟動期間，其電流很小，故極1電流被限制后，雙極功率控制退出，進入單極功率控制，極1功率指令會有短時變化，控制極轉移至極2，隨后極2的87EB保護動作，又發出極平衡命令，再一次進行直流電流限制。

極1更新為極平衡指令消失時的功率測量值，所以極1的功率指令為112MW，極2當時正處于重啟動過程中，功率實測值基本為0，所以極2的功率指令為90MW。即：最終極1直流功率限制在112MW，極2直流功率限制在90MW。

本次極平衡動作正確。

3.Idee1直流CT采樣異常分析

3.1 直流CT原理

廣州換流站直流場電流互感器（CT）采用南瑞生產的PCS-9250型直流電子式電流互感器。利用分流器傳感直流電流、利用空芯線圈傳感諧波電流（僅IdL），分流器/空芯線圈的輸出通過電阻盒輸出到各遠動模塊，遠端模塊將采集到的測量值通過光纖進行傳輸到合并單元，合并單元將測量值送到控制保護系統。

分流器輸出信號經電阻盒等值分配給多個遠端模塊，如圖1所示。

圖1 分流器信號采集原理圖

3.2 Idee1直流CT采樣分析

故障期間整流側和逆變側極1各分流器電流的分布如圖2所示，天生橋側IDE1=Idee1+ Idee2=1600A，但廣州站側IDE1=-1600A，Idee1+ Idee2=140A+（-800A）=-660A，IDE1≠Idee1+Idee2。因此，根據上述分析可知，廣州站側Idee2=-800A，IED1=-1600A，但Idee1為140A，且方向與Idee2相反，因此可以判斷Idee1測量異常。

圖2 87EB保護動作時整流側和逆變側各分流器電流分布

首先對6月5日Idee1測量異常的波形進行分析，發現在線路故障過程前后（即Idee1和Idee2出現明顯異常前后），Idee1和Idee2測到的諧波電流是反相的，且Idee1的諧波測量值明顯小于Idee2的諧波測量值。查看6月7日的錄波數據，發現6月7日線路停電前Idee1和Idee2測到的諧波電流是同相的，且幅值基本相等。找到同年5月1日的錄波數據，發現5月1日Idee1和Idee2測到的諧波電流也是同相的，且幅值基本相等。

根據分析，可以確定Idee1直流CT在2014年5月1日至2014年6月7日中某個時間段出現異常，此異常是在運行過程中出現且自動恢復的，異常現象表現為Idee1的測量值偏小且反相。

3.3 試驗分析

首先對換下的電阻盒進行以下檢查：（1）用電阻盒的測量儀器（FLUKE表）檢測拆下的板卡（NR1461），檢查確認了接口與內部連接關系正確;（2）使用耐壓測試儀測量電阻盒端口，DC 50V未導通，DC 20V導通，符合設計參數指標。故換下的電阻盒無故障。

Idee1測量異常時6個通道的測量均顯示異常，可以排除遠端模塊及合并單元出現異常的可能性。

本次試驗采用信號發生器并聯輸出兩路信號，一路直接連接RTU1，另一路通過兩芯雙絞線連接電阻盒輸出到RTU2，用合并單元監視RTU1和RTU2的波形，查看波形是否異常。試驗接線如圖3所示。

圖3 試驗接線

（1）RTU1，電阻盒、RTU2接線牢固情況下，試驗發生波形與輸出波形一致（如圖4所示），試驗結果正常。

圖4 測量錄波

（2）將接到掛箱電阻盒雙絞線的信號線正端松開，RTU2無信號，試驗輸出波形異常（如圖5所示），輸出幅值變得很小，和現場情況不一致。

圖5 測量錄波（斷開正極）

（3）將接到掛箱電阻盒雙絞線的信號線負端松開，RTU2有與RTU1相位相反的信號，并且信號幅度小于RTU1，試驗輸出波形異常（如圖6所示），輸出幅值變小且反向，和現場情況比較一致。

4.結論及建議

根據上述試驗結果，可以確定現場Idee1異常是由于分流器輸出信號線的負端在電阻盒的端子連接處出現虛接引起的。測量系統的信號線負端如果虛接，信號正端和負端間接由分布電容進行連接，電容呈滯后特性，會引起相位相差180度左右的特性，且幅值與分布電容大小有關系。

圖6 測量錄波（斷開負極）

現場Idee1測點的直流CT已更換了電阻盒，更換電阻盒時信號線端子進行了重新連接緊固，隱患已排除。針對信號線端子虛接引起的CT采樣異常問題，建議進一步強化互感器工程現場的工作質量及檢查環節，在調試結束后，增加電氣線路的核查，避免后續出現類似問題。

參考文獻

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