500kV仁永雙線N-1且雙極低功率運行方式下的風險分析及控制措施

卯明旺 晏慶豐

摘要：對永富直流孤島判別裝置的判別策略及低功率被動進入孤島閉鎖雙極的邏輯原理進行分析，結合±500kV永仁換流站500kV仁永雙線當時的輸送功率，分析500kV仁永雙線在N-1運行模式且雙極處于低功率運行時，線路發生故障造成的后果及風險，并提出控制措施。

關鍵詞：低功率;孤島;閉鎖雙極;N-1

引言

±500kV永仁換流站500kV GIS交流場采用3/2接線，共有4回出線，至500kV觀音巖水電站2回，至500kV仁和變電站2回。2018年12月22日，為配合500kV仁和變電站停電，本站按調度命令將500kV仁永乙線轉為熱備用狀態，當前雙極輸送功率1050MW。期間接調度通知在500kV仁永乙線途經的山林中發生山火，要求關注相關設備的運行狀況。針對此時特殊的運行方式，運行人員進行了事故預想。若500kV仁永甲線線路因山火跳閘，且雙極輸送功率低于1100MW，則極控將在15ms之后閉鎖雙極，造成±500kV永仁換流站500kV I、II、VI、VII、VIII段母線及35kV I、II段母線失壓，僅依靠外引的35kV永仁換流站線供著站內低壓交流負荷。按照《中國南方電網有限責任公司電力事故事件調查規程》，最高可能造成一級事件風險;對于永富直流來說，造成了不必要的停電，影響了直流輸電的可靠性。

1、永富直流孤島判別系統功能說明

永富直流孤島判別系統由±500kV永仁換流站孤島判別裝置與500kV仁和變孤島判別裝置構成，按雙套系統設置，設A系統、B系統。兩套系統相互獨立，互為備用運行。孤島判別系統的功能通過±500kV永仁換流站、500kV仁和變的開關位置信號，并結合部分電氣量信號，判斷永富直流輸電系統云南側是否處于孤島運行狀態。

1.1 在500kV仁和變電站和±500kV永仁換流站通信正常時孤島判別過程：

開關斷開判斷→線路某側與變電站隔離判斷（3/2接線）→線路停運判斷→孤島判斷。

每一過程的具體判定原理如下：

開關斷開判斷：本系統對每個開關均接入3相HWJ信號，當開關任2相斷開則判為該開關斷開。

線路某側與變電站隔離判斷（3/2接線）：若線路在某一變電站的邊開關斷開，同時中開關或同一串的另一邊開關斷開，則判為線路與該變電站沒有直接的電氣聯系

線路停運判斷：線路兩端任一端與其所在的站隔離且其功率絕對值小于投運功率則判為該線停運。

孤島判斷：當500kV仁永雙線均斷開則判為永仁換流站運行在孤島狀態下。

1.2 孤島信號的輸出

孤島判別裝置A柜上切換把手有四個檔位：置孤島狀態、置聯網狀態、A套運行、B套運行。正常打在“A套運行”，若A套異常，需手動切換到“B套運行”;當A套、B套孤島判別裝置均不能正常判別孤島狀態時，可根據調度要求，切換至“置孤島狀態”或“置聯網狀態”。

孤島判別系統的判斷結果、人為設置的孤島狀態或聯網狀態通過裝設在孤島判別A柜上的切換把手進行切換。當該把手打在“置孤島狀態”時，送給穩控系統與直流極控系統的狀態強制置為“置孤島狀態”;“A套運行”時，送給穩控系統與直流極控系統的狀態為A套孤島判別系統的判斷結果;“B套運行”時，送給穩控系統與直流極控系統的狀態為B套孤島判別系統的判斷結果;“置聯網狀態”時，送給穩控系統與直流極控系統的狀態強制置為“聯網狀態”。

1.3“永富直流被動跳入孤島后主動閉鎖直流雙極”功能的邏輯介紹

2018年6月，永富直流送端增加“永富直流被動跳入孤島后主動閉鎖直流雙極”功能，其邏輯功能圖如圖1所示：

永富直流雙極在解鎖狀態且被動進入孤島閉鎖雙極功能投入情況下，當500kV仁永雙線交流功率低于Pset1或Pset3（Pset1和Pset3值相等，后臺整定為50MW）、直流功率低于Pset2（后臺整定為1100MW），且收到安穩裝置開出的孤島模式投入信號時，直流站控系統延時T1（5ms）時間后切換，切換后的系統的判定結果和之前一致，將在T2（15ms）時間閉鎖雙極。

2、雙極閉鎖過程分析

本站的500kV斷路器重合閘方式選擇為單相重合閘方式，針對此次事故預想中的雙極閉鎖原因分析：

1.如果500kV仁永甲線因山火單相故障

斷路器跳閘后，斷路器的自動重合閘功能將啟動，跳開故障相后重合一次。如故障為瞬時故障，重合閘動作成功。此過程中，因為斷路器只跳開1相，不滿足孤島判別裝置對開關斷開的判別條件，后重合閘動作成功，所以此時單相故障對永富直流雙極運行沒有影響。

2.如果500kV仁永甲線線路故障時重合閘動作不成功或斷路器多相跳閘

（1）系統將通過5061、5062開關斷開判定500kV仁永甲線本側線路隔離，同時因500kV仁永甲線線路功率低于投運功率，系統最終判定500kV仁永甲線線路停運。

（2）因此時500kV仁永雙線都處于停運狀態，孤島判別裝置將判定±500kV永仁換流站運行在孤島狀態下，孤島判別裝置判斷輸出的孤島運行方式ISLAND OPERATION信號經過硬接線送到直流站控系統。因當前雙極輸送功率低于1100MW，孤島低功率閉鎖功能會在5ms后啟動直流站控系統切換，同時為保證該信號ISLAND OPERATION判斷的準確可靠，運行人員控制系統（以下簡稱HMI）也設計有孤島運行方式的命令輸出，經過LAN網也送到直流站控系統，最終在直流站控系統的軟件中綜合判斷來自孤島判別裝置和HMI的孤島運行方式狀態，輸出最終的孤島運行方式ISLAND OPERATION信號給HMI顯示和極控（如圖2所示），極控系統收到該信號15ms后，由孤島低功率閉鎖功能啟動雙極ESOF。同時將直流停運的信號送至穩控裝置，由穩控裝置向觀音巖電廠發出切機命令，導致500kV觀永甲乙線跳閘;此時，±500kV永仁換流站500kV I、II、VI、VII、VIII段母線、500kV 1、2號站用變壓器及35kV I、II段母線將失壓，造成大面積的停電，站用低壓交流系統僅僅依靠35kV永仁換流站線供電。

綜上所述，500kV仁永雙線N-1的情況下，且永富直流雙極輸送功率低于1100MW時，500kV仁永雙線供電的線路跳閘，將引發永富直流雙極閉鎖，造成電網一級事件，影響永富直流的輸電可靠性，對±500kV永仁換流站站內高壓交流系統造成沖擊。

3、控制措施

在±500kV永仁換流站500kV仁永雙線N-1時，且永富直流雙極輸送功率低于1100MW時，為避免永富直流發生雙極閉鎖造成500kV交流等系統失壓的風險，建議將被動進入孤島閉鎖雙極功能禁用，這樣當500kV仁永雙線中的供電線路因故障跳閘后，直流站控將±500kV永仁換流站判定為孤島，但因被動進入孤島閉鎖雙極功能被禁用，此時永富直流雙極雖然低功率運行，但不會閉鎖雙極，從而提高永富直流輸電的可靠性。

結束語：

本文針對±500kV仁永雙線單回線供電且雙極處于低功率運行時可能造成的電網風險進行分析，通過對孤島判別系統的判別策略及永富直流被動跳入孤島后主動閉鎖直流雙極的功能原理進行研究，提出相應的控制措施。以提高直流輸電的安全可靠性。

參考文獻：

[1]永富直流送端開機方式策略優化方案定值說明. 云南電網有限責任公司電力科學研究院

[2]永仁換流站 .±500kV永仁換流站運行規程[Z].云南電網有限責任公司楚雄供電局，2016.

[3]永富直流孤島判別系統功能說明書.南京南瑞繼保電氣有限公司，2016

[4]PCS-921N斷路器失靈保護及自動重合閘裝置說明書.南京南瑞繼保電氣有限公司

作者簡介：卯明旺，出生于1994年，男，助理工程師，學士，云南電網有限責任公司楚雄供電局變電運行所，從事變電運行與維護及高壓直流輸電技術方面的研究工作;

晏慶豐，出生于1987年，男，工程師，學士，云南電網有限責任公司楚雄供電局變電運行所，從事變電運行與維護及高壓直流輸電技術方面的研究工作。