直流換流站直流線路故障引起換流變中性點偏移保護動作分析

國網湖北省電力公司檢修公司 吳 萍 黃瑤玲 韓情濤

本文介紹了某直流輸電系統直流線路故障重啟動失敗后，逆變站收到整流站閉鎖信號執行Z閉鎖邏輯，投入旁通對，導致換流變閥側電壓跌落時間超過換流變中性點偏移保護跳閘出口延時，導致保護動作出口。本文對此保護動作進行了詳細的分析研究，得出結論直流輸電系統直流線路故障閉鎖極時，為避免逆變站換流閥投入旁通對引起換流變中性點偏移保護動作，應該采用Y閉鎖。

1.異常情況概述

2017年11月4日20時，某直流輸電系統直流極2線路故

2.事件及錄波分析

2.1 線路故障重啟失敗分析

某直流輸電系統極1線路故障后行波保護動作、突變量保護動作，觸發線路重啟動邏輯，經兩次全壓、一次降壓重啟不成功，極閉鎖。線路重啟失敗波形如圖1所示。

雙極運行且站間通訊正常時，某直流輸電系統直流線路重啟邏輯及定值如圖2所示。

結合故障錄波及事件分析，本次線路故障后直流線路經兩次全壓、切換控制系統及一次降壓后不成功，極閉鎖，線障，經兩次全壓重啟、一次降壓重啟不成功后極2閉鎖，閉鎖執行過程中逆變站發生極2換流變閥側中性點偏移保護動作導致換流變進線開關跳閘，整流站極2發生接地極引線開路保護動作。故障前直流系統雙極1100MW運行，故障后極1大地回線1100MW運行。故障時序見表1。路重啟邏輯執行正確。

表1 故障事件表

2.2 逆變站換流變中性點偏移保護動作分析

逆變站換流變中性點偏移保護動作分析原因如下：線路故障重啟動失敗后，逆變站收到整流站閉鎖信號執行極閉鎖邏輯，投入旁通對，導致換流變閥側B相電壓跌落時間超過換流變中性點偏移保護跳閘出口延時，導致保護動作出口。

圖1 線路重啟失敗波形

圖2 線路重啟動邏輯框圖

圖3 線路故障后，逆變站極2閉鎖過程中投旁通對，線路電流IDL上升

2.2.1 換流變中性點偏移保護邏輯及旁通對BPPO對TNSP的影響

逆變站中性點偏移保護的原理為在換流閥閉鎖的狀態下換流變閥側三相電壓之和大于定值延時閉鎖，其邏輯如下描述：

TNSP_UVD_ZEROSEQ＞TNSP_TRIP_REF或TNSP_UVY_ZEROSEQ＞TNSP_TRIP_REF，且Deblock信號為0，延時20ms切系統，延時5S閉鎖對應極，跳交流開關。

TNSP_UVD_ZEROSEQ：Y/D換流變閥側三相電壓之和；

TNSP_UVY_ZEROSEQ：Y/Y換流變閥側三相電壓之和；

跳閘定值TNSP_TRIP_REF：210.4÷1.73205×0.5kV。

由圖3所示，逆變站20:38:50時刻Deblock信號為0，同時極2的Y橋與D橋分別投入閥3、閥6旁通對（CPRDCPRY=36、二進制100100），均對應換流變閥側B相，Y/Y換流變閥側與Y/D換流變閥側均通過接地極或者線路故障點接地，導致電壓跌落，如圖4所示。Y/Y換流變閥側三相零序電壓與Y/D換流變閥側三相零序電壓達到保護動作定值，20:38:55，逆變站換流變中性點偏移保護到達出口延時，跳開交流開關，保護動作時間與保護跳閘定值相符。

2.2.2 逆變站旁通對投入后極2電流分析

整流站極2線路再啟動失敗后執行重啟動邏輯跳閘，重啟動邏輯跳閘的動作后果為執行Z閉鎖、執行極隔離；當時極1處于大地回線運行方式，極1電流通過兩站接地極形成回路，如圖5回路1（紅色）所示。

圖4 投入旁通對后閥側電壓仿真波形，B相電壓跌落為0kV

當極2執行Z閉鎖，投入旁通對BPPO，如圖1所示，旁通對投入150ms后因封脈沖撤銷，此時整流站極2 IDL、IDNC依然保持1000A左右的電流，說明整流站極2換流閥沒有關斷依然導通，該電流回路為極1電流經由逆變站接地極、線路故障點、極2線路、整流站換流閥形成了通路，如圖圖5藍色回路2所示，該電流隨線路故障點阻抗變化逐漸變小。

200ms后，整流站閥電流（IDLIDNC）仍未過零，換流閥不能關斷一直保持導通，此時逆變站開始執行閉鎖邏輯投入旁通對，極1電流又經逆變站極2換流閥、極2線路、整流站換流閥（BPPO后未關斷）形成通路，分流極1大地回線電流,該回路電流保持在150A左右（如圖3 中IDL所示），直至整流站執行極隔離該回路才斷開。

逆變站換流閥旁通對一直處于投入狀態，投入時間已經超過換流變中性點偏移保護出口延時5s，導致保護動作。

圖5 線路故障閉鎖后極2電流回路示意圖

3.結論

針對直流輸電系統直流線路故障閉鎖極時，為避免逆變站換流閥投入旁通對引起換流變中性點偏移保護動作，應該采用Y閉鎖，現場已按照此方案對直流控制保護軟件邏輯的修改和完善。