±500 kV伊穆直流極1線路故障導致極2直流閉鎖原因分析

高殿瀅，崔文軍，洪 鶴，劉文娟

（國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

經驗交流

±500 kV伊穆直流極1線路故障導致極2直流閉鎖原因分析

高殿瀅，崔文軍，洪 鶴，劉文娟

（國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

±500 kV伊穆直流極1線路發生瞬時性接地故障，由于雙極線路之間的靜電和電磁耦合作用，使極2直流電壓發生波動，繼而引起該極直流濾波器快速充放電，產生較大的穿越電流，而該組直流濾波的首端光電式電流互感器、尾端電磁式電流互感器在電流傳變特性方面存在較大差異，穿越電流傳變產生的差流達到保護動作條件，導致極2直流閉鎖。針對這次保護誤動，將直流濾波器差動保護延時由40 ms延長至500 ms，提高了保護的防誤動水平。

直流輸電；重啟動；直流濾波器；保護誤動；直流閉鎖

1 故障過程

事故發生前，±500 kV伊穆直流雙極大地回線全壓運行，伊敏換流站送穆家換流站1 600 MW。

2013年6月30日14：15，穆家換流站極1直流保護發“線路故障，突變量檢測動作”、“線路故障，行波檢測動作”等故障信息，極1直流線路重啟，1次成功。同時穆家換流站極2的12／36次直流濾波器B套保護動作出口，極2直流閉鎖。主要事件記錄如表1所示。

表1 穆家站極1線路故障導致極2閉鎖故障記錄

事故發生后，重點檢查極2的12／36次直流濾波器一次設備，沒有異常；檢查直流濾波器保護時，A套保護無異常，而B套保護動作出口跳閘燈亮，保護裝置顯示“差動動作”、“閉鎖直流”動作信號，確認極2直流閉鎖指令來自極2的12／36次直流濾波器B套保護。

2 保護裝置動作分析

2.1 極1線路保護裝置動作分析

故障時刻極1錄波圖如圖1所示。

故障情況如下。

a.故障前，極1直流電壓、直流電流正常。b.故障時刻，極1線路保護動作，直流電壓、直流電流降低。

c.極1直流線路去游離（150 ms），絕緣恢復。

d.極1線路重啟，逐步建立直流電壓和直流電流。

e.極2的12／36次直流濾波器保護動作，極2直流閉鎖。

f.極2功率轉移到極1，極1過負荷運行。

通過分析，確定此次故障為伊穆直流極1線路發生瞬時性接地，極1線路保護（電壓突變量保護、行波保護）正確動作，極1直流線路重啟成功［1］。但極2直流濾波器保護動作原因需進一步分析。

2.2 極2直流濾波器保護動作分析

穆家換流站每極安裝2組直流濾波器，為12／24次和12／36次各1組。直流濾波器組一次接線如圖2所示。直流濾波器組首端電流互感器（T1）為光電式電流互感器，變比為3 000／1；尾端電流互感器（T4）為電磁式電流互感器，二次繞組共4卷，其中變比為100／1的2卷分別接入2套直流濾波器保護裝置，變比為4 000／1的2卷分別接入2套直流控制保護裝置，保護裝置采樣二次回路均相互獨立。直流濾波器共配置了差動保護（包括差動速斷、比率差動、變化量比率差動）、不平衡保護、過流保護、過負荷保護［2］。

圖2 穆家站直流濾波器組一次接線及保護配置

分別調取極2的12／36次直流濾波器A套、B套保護裝置中電流波形，分析保護動作情況。

故障時刻A套保護中的首端、尾端電流及其差流電流波形如圖3所示，圖中黃色曲線是首端電流互感器（T1）的電流波形、綠色曲線是尾端電流互感器（T4）的電流波形，藍色為T1、T4的差流波形，紅色為濾波器差動保護的動作門檻值。

由圖3可以看出，極2的直流濾波器A套保護中，T1、T4的差流雖然超過了保護的啟動定值（0.1倍額定值），但各時間點上藍色曲線始終沒有穩定地越過紅色曲線，即T1、T4的差流始終沒有穩定地超過濾波器差動保護的動作門檻值，故A套保護沒有動作出口，保護裝置功能正常。

圖1 穆家站P1線路重啟直流電壓電流波形

圖3 穆家站極2的12／36次直流濾波器A套保護中首端、尾端電流及其差流

故障時刻B套保護中的首端、尾端電流及其差流電流波形如圖4所示。

圖4 穆家站極2的12／36次直流濾波器B套保護中首端、尾端電流及其差流

由圖4可以看出，從t1時刻開始到t2時刻結束，T1、T4的差流（圖中的藍線）已超過穩態比率差動保護動作門檻（圖中的紅線），持續時間也超過穩態比率差動保護的延時定值（40 ms），滿足保護動作條件，保護出口。

3 極2直流閉鎖原因

3.1 一次系統分析

此次極2直流閉鎖故障，雖然12／36次直流濾波器的2套保護1套動作、另1套未動作，但2套保護裝置確實發生了電流突增（均在2倍額定電流以上）。針對極1線路接地故障導致極2直流濾波器流過較大的穿越電流這一現象，分析其內在機理。

以±800 kV特高壓直流工程為例，雙極正常運行狀態下，設置極1直流線路中點處瞬時接地故障進行仿真，分析極1線路接地故障對極2的影響。其中逆變站極1仿真結果如圖5所示，逆變站極2仿真結果如圖6所示。

圖5 極1直流線路瞬時接地故障時逆變站極1波形

圖6 極1直流線路瞬時接地故障時逆變站極2波形

由圖5可見，極1直流線路瞬時接地故障時，直流電壓、直流電流均快速降低。隨著直流、電壓的降低，兩端換流站換流閥等直流設備及直流線路上存儲的電荷將通過直流場中直流濾波器組等進行泄放，上述過程從直流濾波的首端、尾端電流波形變化得以證實［3］。

由圖6可見，極1直流線路中點處瞬時接地故障時，由于雙極線路之間的靜電和電磁耦合作用，使另一極線路電壓發生波動，從而引起直流濾波器充放電。經中國電科院計算，此次伊穆直流極1線路瞬時接地故障，導致極2電壓發生較大干擾和波動，最大變化率達到616 kV／ms，而較大直流電壓變化率，造成穆家站極2的12／36次直流濾波器快速充放電，流過較大的穿越電流。

3.2 二次系統分析

依電路原理分析，首端電流互感器是一個電流源、傳變給2套保護的T1，尾端電流互感器是另一個電流源、傳變給2套保護的T4。電流互感器高壓回路中的電流唯一，則在允許的誤差范圍內，2套保護中接收到的二次電流值應相同（滿足誤差標準），但是實際上本次故障中2套保護接收到的二次值差異較大，且導致1套保護動作、另1套保護未動作。

本次伊穆直流極1直流線路發生瞬時接地故障時，在穆家站極1兩組直流濾波器產生的穿越電流大于在極2兩組直流濾波器產生的穿越電流。但穿越電流大的極1兩組濾波器、4組保護沒有動作，而穿越電流小的極2的兩組濾波器、4組保護中僅有1套保護動作，分析認為這一組濾波器保護誤動作是個例。那么能夠產生這種差異的，一種可能是電流互感器的變比誤差超標，另一種可能是2套保護裝置中的電流傳感器誤差超標。

方案三：谷物、薯類和雜豆統計為糧食，但不包括大豆。考慮到人們糧食消費的多元化，雜豆仍然可以作為糧食的一部分。因此，只將大豆從現有糧食統計口徑中剔除，其中薯類(不含木薯)仍然按5比1折糧。

故障后，對電流互感器的變比誤差進行了測試，滿足標準要求；對B套保護裝置進行了返廠檢測，各項指標正常。

3.3 綜合分析

通過以上分析可知，極2直流濾波器中的高頻電流屬于極1線路故障的正常暫態過程，此次極2閉鎖的原因不在于此。故障原因圈定在二次系統方面，而單獨測試首端、尾端電流互感器，單獨測試2套保護裝置，均無問題。

a.將首端、尾端電流互感器電流波形進行對比分析（如圖7所示）。由圖7可知，首端、尾端電流變化趨勢及幅值大小等都非常相似，但在同一時間參考點上，差異卻很大，這說明首端、尾端電流互感器在傳變電流特性上，尤其是傳變速度、時間響應方面存在差異。

圖7 直流控保系統中采集的極2直流濾波器首端、尾端電流波形

b.對直流控保系統計算得出的直流濾波器首端、尾端差流波形進行分析（如圖8所示）。

由圖8可見，首端、尾端的差流在正負值之間以極高頻率、不規則地不斷跳變，差流幅值變化區域分散、持續時間超過300 ms。

圖8 直流控保系統中計算的極2直流濾波器首端、尾端差流波形

由此可見，產生該現象的原因是首端光電式電流互感器、尾端電磁式電流互感器在傳變電流速度、時間響應方面有差異，尾端電磁式電流互感器二次測量結果在時間上超前于首端光電式電流互感器。由于直流濾波器保護裝置在計算首端、尾端差流時，選取的是同一時間坐標上的2個電流值，因此計算所得差值較大。當持續時間超過保護設置的動作延時（40 ms）后，保護動作出口，極2直流閉鎖［5－6］。

4 結論

a.當一極直流線路發生接地故障時，由于雙極直流線路之間的靜電和電磁耦合作用，使另一極線路電壓發生波動，從而引起直流濾波器快速充放電，直流濾波器中將流過穿越電流。

b.直流濾波器保護高壓端采用光電式電流互感器，低壓側采用普通電磁式電流互感器，二者傳變特性配合不好則留下保護誤動的隱患。穆家站極2的12／36次直流濾波器組，其接入B套保護裝置的首端、尾端電流互感器的傳變特性不一致，導致保護誤動，極2直流閉鎖。

c.對直流濾波器差動保護動作延時，ABB公司設計的某幾個工程中整定為2 s多，而伊穆直流工程直流濾波器差動保護的動作延時為40 ms。結合中國電科院的仿真結果和此次穆家站極2保護誤動實際，采取將直流濾波器差動保護延時由40 ms延長至500 ms，在保證直流濾波器設備安全運行前提下，提高保護防誤動水平。

d.為更好解決直流濾波器組首端、尾端電流互感器特性不一致的問題，建議采用光電式電流互感器。

［1］胡宇洋，黃道春.葛南直流輸電線路故障及保護動作分析［J］.電力系統自動化，2008，32（8）：102－107.

［2］文繼鋒，陳松林，李海英，等.超高壓直流系統中的直流濾波器保護［J］.電力系統自動化，2004，28（21）：69－72.

［3］趙蜿君.高壓直流輸電工程技術［M］.北京：中國電力出版社，2004.

［4］浙江大學發電教研組直流輸電科研組.直流輸電［M］.北京：電力工業出版社，1982.

［5］任達勇.天廣直流工程歷年雙極閉鎖事故分析［J］.高電壓技術，2006，32（9）：173－175.

［6］楊萬開，曾南超，王明新，等.三峽—上海直流輸電工程控制保護功能的完善［J］.電網技術，2008，32（19）：26－30.

Reason Analysis on±500 kV Yi?Mu HVDC Pole 1 Line Fault Caused by Pole 2 DC Blocking

GAO Dian?ying，CUI Wen?jun，HONG He，LIU Wen?juan
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Pole 2 DC voltage fluctuates due to electrostatic and electromagnetic coupling between bipolar circuit when±500 kV Yi?Mu HVDC pole 1 line instantaneity ground fault occurrs，which can lead to Pole 2 DC filter rapidly charge and discharge，as well as pro?duce across current.Photoelectric CT's head and electromagnetic CT's tail are different greatly，difference stream can cause pole 2 bloc?king fault.According to this protection misoperation，differential protection of DC filter delays from 40 ms to 500 ms to improve the preventive mal?operation leavel.

HVDC transmission；Restart；DC filter；Protection malfunction；DC blocking

TM77

A

1004－7913（2015）09－0019－04

高殿瀅（1975—），男，本科，高級工程師，從事高壓直流換流站生產運行管理工作。

2015－06－30）