特高壓直流輸電中性母線直流電流異常后邏輯判斷優化的研究

張青偉 吳金波 艾紅杰 王祺元 楊成飛

（許繼電氣股份有限公司直流輸電分公司，河南 許昌 461000）

0 引言

特高壓直流輸電技術已經在國內建成多條電力傳輸骨干線路，是我國特有的大規模使用的電力傳輸方式。特高壓直流輸電線路輸送距離遠、容量大，且控制保護系統極其精細復雜，其短時間波動對送端電網和受端電網有較大影響。在目前電力系統控制保護系統、測量系統、測控系統數字化發展過程中，直流特高壓領域數字化后的相關電壓電流信號傳輸及處理與傳統系統有很大不同，對其進行深入的研究有極大的現實意義[1-6]。

1 IDNC直流中性母線電流信號判斷與處理

典型的特高壓直流輸電工程中的單極雙閥組結構如圖 1所示，IDNC為低端閥組低壓側出線中性母線直流電流，對特高壓直流工程安全穩定運行具有極其重要的作用，因此獲取其真實準確的 IDNC關系到直流系統功率的穩定輸送[7]。

1.1 IDNC的電子單元自檢OK信號邏輯

當控制系統檢測到“IDNC電子單元自檢OK信號”消失時，軟件告警并請求切換系統；當保護系統檢測到“零磁通 IDNCP1電子單元#供電正常/輸出有效”即“IDNCP1電子單元自檢 OK信號”消失時，高低端閥保護退出“旁通斷路器保護”功能，極保護退出“直流過壓保護”和“50Hz保護”。電子單元自檢OK信號邏輯處理如圖2所示。

1.2 直流CT（IDNC）斷線判別邏輯

圖1 特高壓直流單極雙閥組結構

圖2 IDNC的電子單元自檢OK信號邏輯

控制系統檢測兩套冗余系統的 IDNC，當本系統與冗余系統的差值小于-0.095p.u.（475A）時，延時500ms產生嚴重故障并切換系統。直流CT（IDNC）斷線判別邏輯處理如圖3所示。

圖3 當前直流CT（IDNC）斷線判別邏輯

1.3 直流電流測量故障判別邏輯

控制系統檢測本系統IDNC和IDY/IDD計算的等效電流，當IDNC與等效電流的差值小于-0.025p.u.（-125A）時，延時2s產生嚴重故障并切換系統。直流電流測量故障判別邏輯處理如圖4所示。

圖4 當前直流電流測量故障判別邏輯

2 典型案例分析

2.1 IDNC電子單元故障后直流系統動作過程

2020年3月7日08:09:48雁門關站用于A套控制保護系統的極1 IDNC電子單元故障，保護系統退出相關保護，為主的控制系統A自動切換為備用系統；在電子單元重啟過程中，極控制系統、高低端閥組控制系統均切換到A套，產生線路低電壓，VDCL動作，造成功率短時損失。對應A套的極1 IDNC電子單元故障過程主要時刻及控制保護響應見表1。

2.2 波形及控制保護邏輯分析

1）08:09:48時刻，控制保護系統均檢測到IDNC的電子單元自檢OK信號丟失，控制保護系統正確響應切系統。

之后查看如圖5所示極1高端閥組內置故障錄波，分析兩系統間主要錄波量變化。

表1 對應A套的極1的IDNC電子單元故障直流控保系統動作過程主要事件

圖5 極1高端閥組內置故障錄波

2）11:10:31錄波時刻起，A系統IDNC_A異常變大后緩慢降低，B系統IDNC_B正常。

3）11:10:32時刻A、B系統IDNC存在差值（約3 380A），極控及閥組控制系統切換 A系統為主系統，因此時IDNC_A仍舊很大（約6 300A），導致觸發延遲角調節至120°，引起直流電壓跌落，VDCL動作。

4）隨著IDNC_A的跌落并恢復到正常范圍，觸發延遲角調節至5°后恢復。

5）11:10:33時刻A、B系統IDNC存在差值（約1 722A），極控及閥組控制系統切換 B系統為主系統，直流逐漸恢復正常。

由此可以注意到，當IDNC異常變小時，用于控制的電流實際值切換為 IDY/IDD計算的等效電流，故能夠進行有效控制。

綜上，用于A套控制保護系統的極1 IDNC電子單元故障，導致A套控制保護系統“INDC電子單元自檢OK” 信號丟失，當電子單元重啟恢復過程中，IDNC異常引起控制系統切換，線路低電壓及 VDCL動作，直流功率出現短時損失。上述對IDNC信號的處理方式給雁淮直流的運行帶來了較大的波動，影響了系統的可靠性和穩定性，有較大的隱患[8-10]。

3 建模仿真分析

3.1 邏輯優化方案

1）直流CT斷線判斷改為告警

控制系統檢測兩套冗余系統的 IDNC，當本系統與冗余系統的差值小于-0.095p.u.（475A）時，延時100ms產生告警。直流CT（IDNC）斷線判別邏輯處理如圖6所示。

圖6 優化后直流CT（IDNC）斷線判別邏輯

2）直流電流測量故障判斷邏輯

控制系統檢測本系統IDNC和IDY/IDD計算的等效電流，當IDNC與等效電流的差值絕對值大于0.05p.u.（250A）時，延時 100ms產生嚴重故障并切換系統。直流電流測量故障判別邏輯如圖7所示。

圖7 優化后直流電流測量故障邏輯

3.2 仿真

模擬雁淮直流在雙極大地回線、雙極功率控制模式下，極1極控A系統為從系統，B系統為主系統。

A系統模擬IDNC異常變大，此時A系統預期應按照3.1節2）邏輯執行，A系統報嚴重故障，動作結果如圖 8所示。圖 8波形中第一個錄波量為IDNC異常變大，第二個錄波量是系統直流電壓維持在800kV，第三個錄波量為極控A系統從系統狀態未發生系統切換。

圖8 極1極控系統A錄波

B系統預期應按照3.1節1）邏輯執行，B系統只報告警，動作結果如圖9所示。圖9波形中第一個錄波量為IDNC無明顯變化，第二個錄波量是系統直流電壓維持在 800kV，第三個錄波量為極控 B系統主系統狀態未發生系統切換。

圖9 極1極控系統B錄波

綜合分析圖8和圖9的故障錄波波形，仿真試驗結果如下：

1）極1極控B系統上報“直流CT斷線”、“直流電流測量故障”事件。

2）極1極控A系統嚴重故障。

3）極 1極控 B系統未發生切換，維持主用系統正常運行。

4）直流維持運行。

試驗結果符合優化后的邏輯，較好地解決了在IDNC信號異常時直流系統穩定可靠運行問題。

4 結論

對特高壓直流輸電工程傳統IDNC直流量在不同工況下的處理邏輯進行了分析，結合雁淮直流工程雁門關換流站一次 IDNC電子單元故障導致系統多次主從切換及功率損失的情況，深入分析其成因，排查其隱患，并結合實際，提出切實可行的邏輯優化方案，解決了關于 IDNC異常變化對直流功率輸送的影響，并已經推廣到目前國內多條在運直流特高壓工程，取得了良好的社會經濟效益。