淺談換流站直流保護的X、Y、Z、S閉鎖策略

摘要：換流閥是換流站的主要組成設備之一，是保證直流系統可靠運行的核心部件，其可控性保證了直流系統的可靠啟停。某特高壓換流站通過調試試驗現場模擬各種故障工況，實現換流閥閉鎖保護，包括X、Y、Z、S閉鎖，從而降低系統故障對換流閥等一次設備的沖擊。

關鍵詞：特高壓直流輸電;換流閥;保護閉鎖;旁通對

0 引言

換流閥由幾百個單體晶閘管串聯而成，承擔著特高壓交、直流轉換功能，是交直流系統的承接樞紐，在特高壓直流輸電工程中具有不可替代的作用。直流系統的啟停與換流閥的可靠導通和關斷密切相關。直流系統在正常運行工況下會遇到多種故障，在其發生故障情況下，保證換流閥執行保護閉鎖動作的正確性尤為重要。

某特高壓換流站采用電觸發晶閘管，其閉鎖策略：閥基電子單元VCE接收到閥控系統CCP的閉鎖指令，不再向換流閥發觸發脈沖，觸發脈沖移除后，向晶閘管兩端施加反向電壓，使主端子AK間電流小于維持電流，閥組就會自動關斷。根據旁通對的投入情況，特高壓換流站保護閉鎖可以分為X、Y、Z、S閉鎖4種。

1 X閉鎖策略

X閉鎖主要特征：不投入旁通對，針對較為嚴重的故障實行閉鎖策略。

整流站和逆變站在執行X閉鎖指令時均不投入旁通對。正常情況下，同一極高低端閥組不會同時執行X閉鎖指令。當該極中一個閥組發生保護性X閉鎖時，極保護三取二裝置直接跳開故障閥組進線開關并鎖定，故障閥組隔離，合BPS，無故障閥組正常運行。若故障無法隔離，則執行極閉鎖指令。

試驗內容：單閥組運行，逆變站模擬直流過電壓保護跳閘X閉鎖。

某日后臺實時事件如下：

11：29：44，極保護（PPR）：“直流過電壓保護X閉鎖”“直流過壓保護X閉鎖跳交流斷路器”;

11：31：28，極控（PCP）：“極保護啟動切換極控系統命令”“極保護啟動極隔離”“旁通低端閥組”;

11：31：28，閥控（CCP）：“極控旁通閥組”“X閉鎖動作”“強制移相”“極控閉鎖閥組”;

11：31：29，保護出口跳開進線開關并鎖定。

2 Y閉鎖策略

Y閉鎖主要特征：有條件投入旁通對。有條件投入旁通對是針對直流輸電系統的整流站而言，在保護需執行極閉鎖指令或最后一個閥組閉鎖情況下，判斷整流側直流電流Id是否小于定值，若小于定值，則無需投入旁通對;反之，則投入旁通對。逆變站在執行Y閉鎖指令時均投入旁通對。

該特高壓換流站保護大部分均執行Y閉鎖指令，包括ESOF閉鎖。由于該特高壓換流站采用分層接入方式，原配置與極保護的50 Hz、100 Hz保護均下放至閥組保護中執行。Y閉鎖策略如表1所示。

該特高壓換流站的Y閉鎖分為保護性Y閉鎖和控制性Y閉鎖。系統故障、保護裝置出口的Y閉鎖為保護性Y閉鎖;手動ESOF閉鎖、換流變非電量保護、直流場非電量直接出口跳閘等為控制性Y閉鎖。

調試項目：有通信，逆變站模擬50 Hz保護跳閘Y閉鎖（最后一閥組運行）。

某日后臺實時事件如下：

12：54：00，閥保護（CPR）：“閥組50 Hz保護Y閉鎖”“閥組50 Hz保護跳閘”;

12：54：34，閥控（CCP）：“直流閥保護啟動閥控系統切換”“旁通對投入”“Y閉鎖動作”“投入旁通對”“閥組保護諧波保護啟動Y閉鎖”“保護啟動隔離閥組”“保護啟動跳交流濾波器”;

12：54：38，保護出口跳開進線開關并鎖定。

3 Z閉鎖策略

Z閉鎖主要特征是總是投入旁通對。Z閉鎖主要用于BPS故障保護、極直流過壓保護等。

若另一個極運行，電流會同時通過本極直流線路和接地極形成分流。Z閉鎖后，若極1閉鎖，極2運行，由于旁通對的投入，電流會同時通過極1直流線路和接地極系統形成環流。但這種環流值較小，遠小于直流開關NBS開斷電流的能力，所以完全可以通過NBS來拉斷環流，進入線極隔離。該特高壓換流站在雙極低端單閥組運行工況下，模擬站間通信故障實驗時，極1低閉鎖，極2低運行，極1低中性線存在200 A分流，即通過遠控手動拉開0100開關來切斷環流。

單極雙閥組運行工況下，其中一閥組保護執行Z閉鎖時，整流站/逆變站無條件投入旁通對，合旁通開關BPS，閉鎖故障閥組，隔離故障閥組。

調試項目：有通信，逆變站模擬閥過流快速段保護跳閘Z閉鎖。

某日后臺實時事件如下：

14：08：37，閥保護（CPR）：“閥組過流保護Z閉鎖”“閥組過流保護跳閘”“閥組過流保護隔離閥組”;

14：09：18，閥控（CCP）：“旁通對投入”“Z閉鎖動作”“閥組保護隔離閥組”“保護啟動跳交流斷路器”;

14：09：18，保護出口跳開進線開關并鎖定。

4 S閉鎖策略

S閉鎖是針對特高壓直流工程閥組內部短路或接地故障等配置的專項保護，該特高壓換流站（逆變站）執行S閉鎖的保護主要有閥短路保護、換相失敗保護（任一橋換相失敗）、直流極差動保護等。該直流系統閥組差動保護整流站執行Y閉鎖，閉鎖極后，極控會啟動REBOOT功能重啟非故障閥組。S閉鎖策略如表2所示。

調試項目：有通信，逆變站模擬閥差動保護跳閘S閉鎖。

某日后臺實時事件如下：

14：42：59，閥保護（CPR）：“閥組差動保護S閉鎖”“閥組差動保護閥組隔離”“閥組差動保護閉鎖極”“閥組差動保護跳閘”;

14：42：59，極控（PCP）：“閥組差動保護閉鎖極”;

14：42：59，閥控（CCP）：“閥組保護隔離閥組”“閥組保護閉鎖極”“保護啟動跳交流濾波器”“投入旁通對”;

14：43：00，保護跳開進線開關并鎖定。

5 結語

本文主要闡述了某特高壓直流工程在不同故障狀態下各種保護性閉鎖的執行情況。結合站內后臺實時事件的描述，將保護性閉鎖的最終執行情況表述得更為細致。試驗期間由于暫時只進行了雙極低端閥組的調試，即均在單閥組運行工況下模擬保護性閉鎖，故保護動作中均會有極隔離動作的產生。

直接閉鎖（即直接移除觸發脈沖）會對直流系統形成強大的沖擊。在移除觸發脈沖之前，根據系統故障類型，執行強制移相、SET α=90°、投旁通對、合旁通開關等操作可以實現短時平滑閉鎖，從而大大降低了閉鎖對系統的沖擊，且能夠快速有效地隔離故障，縮小事故范圍，減小直流系統故障對交流系統電壓穩定性產生的影響。

[參考文獻]

[1] 陶瑜.直流輸電控制保護系統分析及應用[M].北京：中國電力出版社，2015.

收稿日期：2020-08-26

作者簡介：朱映錦（1992—），女，江蘇揚州人，助理工程師，從事特高壓換流站運維方面工作。