高壓直流輸電工程解鎖邏輯分析及改進措施

楊建文，何燁勇，朱　博

(中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州 510405)

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高壓直流輸電工程解鎖邏輯分析及改進措施

楊建文，何燁勇，朱博

(中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州 510405)

摘要:高壓直流輸電工程通常采用先建立完備的直流回路通路，再進行換流變壓器充電解鎖的操作時序，減少了帶電誤操作的風險。但是，在解鎖操作過程中不能監測換流器閥組的通斷狀態。文中結合天廣直流輸電工程解鎖時換流器閥組誤導通的運行實例，利用RTDS實時數字仿真系統對其可能造成的后果進行了仿真分析，探究現行解鎖步驟的不足。并在原有解鎖方案的基礎上提出了一種新的優化操作方案，有利于確保故障點的有效隔離，提高直流輸電系統的可靠性。

關鍵詞：高壓直流；控制保護；閉鎖

0　引　言

高壓直流輸電(HVDC)技術具有輸送容量大、輸送距離遠、調節迅速、運行靈活等優點，是電力系統中具有重要經濟和技術價值的輸電形式[1，2]。在“西電東送、南北水火互濟”戰略中，采用高壓直流輸電技術有利于加大輸電規模、節約大量的輸電走廊資源，解決我國在可持續發展中因能源基地與負荷中心分離形成的效益短板及生態壓力[3，4]。

天廣直流做為連接我國東西部地區的首條直流輸電工程，為珠三角地區的發展提供了電力保障。天廣直流輸電工程投運至今，晶閘管閥一直采用電觸發晶閘管ETT。該觸發方式比較復雜，故障率也比較高[5]，換流器閥組存在誤導通的風險。本文基于天廣直流輸電工程解鎖操作時發生的一次閥組誤導通實例，利用RTDS實時數字仿真系統對其可能造成的后果進行了仿真分析，探究現今直流輸電工程普遍采用的解鎖邏輯的不足，并提出了改進建議。

1　解鎖異常實例分析

2014年天廣直流輸電系統極Ⅱ單極大地回線方式運行，極Ⅰ正在進行復電操作。雙端換流站將極Ⅰ操作至備用、極接入以及直流線路接入后，天生橋站進行備用到閉鎖操作時，極Ⅰ交/直流過流保護、換流器橋差保護、閥組差動保護先后動作，天生橋側極Ⅰ退至備用狀態；同時極Ⅱ接地極母線差動保護告警啟動。

1.1　保護原理介紹

天廣直流輸電工程中，交/直流過流保護、換流器橋差保護和換流器閥組差動保護用于檢測換流閥的接地、短路故障以及極母線接地故障和逆變側長時間投旁通對的情況，避免換流變壓器和換流器閥組遭受過應力。

接地極母線差動保護用于檢測接地極母線區的接地故障。正常情況下，流經接地極線路和站內接地網的電流與雙極中性線電流差值相等，如果接地極出現接地故障或任一中性線電流異常將就會產生差流。

1.2　動作原因分析

分析雙端換流站的保護動作報表，發現故障時刻雙端換流站換流器未解鎖，控制系統均未發出換流閥觸發脈沖；然而，天生橋側換流變充電后雙端換流器閥組同時誤導通，天生橋側交流系統的能量通過兩側換流閥和直流線路形成了短路通道，導致兩站保護動作。短路電流通路如圖1所示。

2　仿真分析

為了探究高壓直流輸電系統在解鎖過程中閥組誤

圖1 短路電流通路

導通對換流站設備產生的危害以及對運行極的影響，本文依托天廣直流輸電工程，利用RTDS實時數字仿真系統，模擬逆變側旁通對投入的故障現象，全面、系統分析故障時刻交直流系統各電壓、電流量的變化情況。

2.1　仿真試驗

系統運行方式：雙極大地回線方式900 MW運行。

雙端直流場狀態：直流線路、直流極和接地極在接入狀態。

在RTDS仿真平臺設置故障使廣州側極Ⅰ換流器閥組短路，模擬旁通對投入的情況。故障時刻天生橋側和廣州側的電壓電流波形如圖2和圖3所示。

圖2 天生橋側故障錄波

圖3 廣州側端故障錄波

仿真結果分析：故障時刻，天生橋側所有換流閥均有正負電流，其等效直流電流高達5 000 A，遠高于額定值1 800 A，嚴重威脅換流器閥片、TE板和換流變壓器等設備的安全。同時，短路直流電流維持在較高的水平，也會對直流線路、直流開關場設備帶來危害。

2.2　對運行極的影響

故障時刻Ⅱ單極大地運行，極Ⅰ中性線電流值不納入接地極母差保護判據，此時保護判據取極Ⅱ中性線電流與入地電流的差值。由仿真試驗知故障時刻極Ⅰ中性線有電流，此時接地極母差保護的差流等于極Ⅰ中性線電流5 000 A，滿足保護判據。若故障時刻極Ⅰ的過流保護不能及時動作切除故障，極Ⅱ接地極母線差動保護將會經過一定延時后動作緊急停運。

3　直流解鎖邏輯分析

3.1　現行邏輯分析

天廣直流輸電工程直流開關場接線包括極的接入與隔離、直流線路的接入與隔離、接地極線路的接入與隔離，極的狀態包括解鎖、閉鎖、備用、停運和接地。目前采用的解鎖邏輯是兩端換流站將極操作至備用，同時接入直流線路、接地極線路和直流極，再分別將極操作至閉鎖狀態，最后由主控站起動極送電。解鎖邏輯如圖4所示。

圖4 現行解鎖邏輯框圖

3.2　暴露的問題

高壓直流輸電系統若按如圖5所示的解鎖邏輯必然出現如下情況：某一端換流站首先進行閉鎖操作之前，雙端直流系統接線方式完備，電流回路構成，若在備用轉為閉鎖時換流器閥組誤開通，則交流電源進入直流系統，形成直流短路電流，損壞一次設備，威脅運行極的安全穩定運行，造成巨大的經濟損失。

圖5 優化的解鎖邏輯框圖

4　改進建議

針對暴露出來的問題，提出如下改進措施：對高壓直流解鎖邏輯進行優化改進，調整復電操作順序，確保在換流器閥組誤開通時及時終止操作，避免損壞一次設備，保證運行極的安全穩定運行。優化的解鎖邏輯如圖5所示。

(1)雙端換流站將極操作至備用狀態后，A站將直流線路、接地極線路和直流極接入系統；B站將直流線路和接地極線路接入系統，合上直流高、低壓母線刀閘。

(2)A站先行閉鎖操作。閉鎖完成后檢查換流器閥組有無導通現象，若閥組異常導通，則停止復電操作，將極操作至接地狀態進行檢查；若檢查無異常，則B站合上直流低壓母線開關，再將直流系統由備用操作至閉鎖狀態。

(3)最后由主控站聯合起動極送電。

5　結束語

高壓直流輸電是我國“西電東送”的重要手段，但

是目前投運的直流工程大都采用如天廣直流工程的解鎖邏輯，給直流輸電帶來巨大的隱患。本文提出了一種僅需改變解鎖步驟的新方案，通過調整直流回路的接入順序，在極閉鎖正常的條件下再繼續操作，能很好地消除因閥組誤導通帶來的危害。通過高壓直流輸電工程現場模擬平臺的驗證，本方案是完全可行的，有助于確保換流站設備的安全，同時還可以提高直流輸電系統的可靠性。

參考文獻：

[1]王升，陸繼明，毛承雄，等．基于反向晶閘管并聯保護的變壓器中性點直流電流抑制裝置[J]．電工技術學報，2010，25(10)：183-190．

[2]戴熙杰．直流輸電基礎[M]．北京：水利電力出版社，1990．

[3]李少華，劉濤，蘇勻，等．±800 kV特高壓直流輸電系統解鎖/閉鎖研究[J]．電力系統保護與控制，2010，38(6)：84-87．

[4]李興源，趙睿，劉天琪，等．傳統高壓直流輸電系統穩定性分析和控制綜述[J]．電工技術學報，2013，28(10)：288-301．

[5]趙婉君．高壓直流輸電工程技術[M]．北京：中國電力出版社，2004．

運營探討

Analysis of Deblocking Logic of HVDC and Its Improvement

YANG Jian-wen, HE Ye-yong, ZHU Bo

(Guangzhou Bureau of EHV Transmission Company, China Southern Power Grid, Guangzhou 510405, China)

Abstract:Deblocking logic in HVDC transmission usually encompasses two steps that complete DC loop is firstly established and then the converter is deblocked without risks of live working. However, on-off state of the converter can't be monitored in process of deblocking. In this article, combined with converter problem occurred in deblocking process of Tian-Guang HVDC transmission project, potential results of the problem are simulated based on RTDS in order to explore shortcomings of current deblocking procedure. Based on the original deblocking scheme, an improved optimized one is proposed which will help ensure effective isolation of failure and enhance the reliability of HVDC system.

Key words:HVDC; control and protection; blocking

中圖分類號：TM76

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3664(2015)02-0128-02

作者簡介：楊建文(1988-)，男，重慶人，本科，助理工程師，研究方向：高壓直流輸電運行維護。

收稿日期：2014-11-17