分層接入系統下中點分壓器應用分析

摘 ?要：錫泰工程是國內第一個建設的特高壓直流分層接入的工程，主回路結構上泰州站與常規特高壓直流站不同，泰州站同一極的高低端閥組分別接入500kV和1000kV交流電網。由于分層接入方式的特殊性，控制和保護策略上也不同以往，為此特別增加了中點分壓器。本文以泰州站分層接入直流系統為背景，在泰州站許繼直流控保系統的基礎上，對中點直流分壓器的控制保護功能進行說明介紹。

關鍵詞：特高壓直流輸電 ?中點分壓器

0 ?引言

特高壓泰州換流站采用分層接入技術，高低端分別接入500kV和1000kV兩個交流網中。由于500kV和1000kV換流變的參數、調節步長等有所差別，易造成出線側換流變空載直流電壓有所差別，從而造成了同極的高低端閥組電壓不一致，需進行完全獨立的控制。因而，相較與常規直流在極控中進行電壓的PI調節，分層接入系統將其相關控制從極控系統下發至閥控系統，電壓控制從原來的控制極母線電壓也變為了控制單個閥組電壓。為了電壓控制的可靠性，如圖1所示，在極母線中點處增加了一臺直流分壓器，命名為中點分壓器，其測量值為UdM。

1 ?中點分壓器的數據傳輸

如圖2所示為現場模擬量采集至控制保護系統示意圖。中性點電壓UdM對于極控系統、閥控系統以及閥組保護系統來講均要采集。UdM采集采用的是光PT，光PT先從一次本體采集模擬量至遠端模塊，然后從遠端模塊傳至合并單元，再從合并單元經IEC60044-8協議傳至極測量、閥組測量屏，最后由極測量屏、閥組測量屏通過TDM總線送至相應的控制保護系統中。以上即為UdM實測值的采集過程。

2 中點分壓器涉及的控制策略

當功率反送或泰州站高低端閥控都是電流控制時，高低端閥組運行電壓可能不同，一閥組可能小于400kV運行，而另一閥組則大于400kV運行。且泰州站高低端換流變壓器的分接頭檔位、調節步長不同，交流系統的電壓、相位不同，導致高低端閥組的運行電壓可能存在差異，需要再極控中配置高低端閥組的電壓平衡控制。中點分壓器采集的UdM數據就是用于電壓平衡控制。電壓平衡控制主要是保證在測量回路產生誤差或者換流變分接頭為獨立控制時保持高低端閥組電壓的相對平衡。電壓平衡控制功能需在本極雙閥組均解鎖（非OLT模式）且高低端閥組均處于電流控制模式下開放。如圖3所示，電壓平衡控制利用的是高低端閥組電壓實測值的差值作為偏差量。一般來講，高、低端閥電壓值分別是用極控系統采集的極線路電壓UdL減去UdM、UdM減去中性母線電壓UdN。但當UdM無效或者本計數器故障且電壓平衡控制器投入時，電壓平衡控制的電壓偏差量采用的是高端閥控上送的閥組電壓減去低端閥控上送的閥組電壓。

高低端電壓差值作為偏差量在極控系統中經PI調節器產生一個電壓平衡控制輸出，實際上這個輸出為電流偏差輸出量，由極控系統下發至高低端閥控系統。在閥控系統中，原先的電流偏差量為電流參考值減去電流實際值，在電壓平衡控制器起作用時，電流偏差量即為電流參考值減去實際值再減去電壓平衡控制的輸出。此時，此偏差量在閥控系統經PI調節器產生一個alpha角輸出，最終通過alpha角的變化達到改變閥組計算電壓的目的，并以此來實現兩閥組間的電壓平衡。再程序中電壓平衡控制的投入條件是：雙閥組解鎖、非OLT模式下、非故障重啟狀態、高低端閥控都是電流控制。

3 中點分壓器涉及的保護策略

由于分層接入下，高低端閥組存在獨立性，相較于以往直流工程的直流過壓保護，泰州站新增了閥組過壓保護，該保護僅在分層接入下有效。與直流過壓保護相類似，該保護設計與換流閥設備參數以及電壓平衡控制配合，主要是為了避免換流閥受過電壓損壞。當UDM測量故障或在單閥組狀態運行時，退出閥組過壓保護，由極保護中直流過壓保護動作。

閥組過壓保護共分為3段。

閥組過壓I段：高端閥組| UdL-UdM | or 低端閥組| UdM-UdN |>1.04*0.5*1.0pu，延時30s切換系統。

閥組過壓II段：高端閥組| UdL-UdM | or低端閥組| UdM-UdN |>1.1*0.5*1.0pu，延時400ms切換系統，延時700ms X閉鎖，跳閘，閥組隔離。

閥組過壓III段：高端閥組| UdL-UdM | or低端閥組| UdM-UdN |>1.3*0.5*1.0pu &Idnc（中性線電流）<300A，延時300ms切換系統，延時500ms X閉鎖，跳閘，閥組隔離。（注：1.0pu=800kV）

4 UdM故障后控制保護系統響應

4.1 ?UdM故障分類

如圖4所示，UdM故障大致可以分為3類：（1）UdM本體故障;（2）遠端模塊到合并單元光纖故障;（3）合并單元到閥組/極測量裝置光纖故障。

以上3類故障，第2、3類為控保系統能夠檢測到相應的故障字，控保系統通過檢測數據丟幀、數據校驗出錯、數據電平低等方法判別故障產生。而對于第1類故障，控保系統無法收到相應的故障字。

4.2 ?UdM故障控制保護系統響應策略

UdM故障后控保系統根據不同種情況采取以下的策略：

（1）無論控制系統能否收到UdM故障字，UdM實測值均需切換到計算值，但切計算值需滿足“計算值有效”的條件?！癠dM計算值有效”的條件有：閥組解鎖、無換相失敗信號、無閉鎖信號、無強制移相信號、無交流電壓故障、非OLT、站間通信正常、Idnc大于200A。

（2）控制保護系統收到UdM故障信號情況下，延時5ms切換計算值，且同時向后臺發送告警事件并觸發故障錄波，再延時40ms切換系統。若備用系統也收到UdM故障信號或UdM測量值與計算值偏差大信號，則不切換系統，按計算值運行。若計算值不可用，則延用測量值維持運行。故障信號消失后，無延時切換回測量值。

（3）控制保護系統未收到UdM故障信號情況下，如UdM本體故障，在計算值可用時，若UdM測量值和計算值的差值超過0. 05pu， 延時1s后臺報事件告警，直流系統維持運行;在計算值可用時，若測量值與計算值的差值超過0.08pu則延時100ms切換計算值，再延時40ms切換系統。若備用系統也收到UdM故障信號或UdM測量值與計算值偏差大信號，則不切換系統。在測量值切換到計算值之后，若兩者差值小于0.05pu，則延時100ms切換回測量值。若計算值不可用，則延用測量值維持運行。

5 ?結論

本文主要分析介紹了泰州換流站配置的中點分壓器。針對中點分壓器涉及的保護及控制策略進行詳細的分析。同時對于UdM數據出現故障的情況下控制系統采取的策略和動作邏輯進行了介紹。這些對于理解分層接入系統與常規直流的差異有很大的幫助，也對特高壓換流站現場的運維檢修、故障分析等工作有指導作用，對保障特高壓直流的安全穩定運行具有重要的意義。

參考文獻：

[1] 高壓直流輸電工程技術（第2版）[M] ?2011 ?趙畹君 ?中國電力出版社

[2] 泰州換流站換流器保護程序

[3] 錫盟-泰州直流保護設計規范書

作者簡介：阮海?。?992年），男，江蘇揚州，助理工程師，從事直流輸電換流站運維方面工作。