逆變站共用接地極引起過流保護(hù)動作原因分析及改造

李金安　姚言超　張卓杰　彭騰

摘要：逆變站兩條高壓直流系統(tǒng)共用接地極，在特殊運行工況下，可能引起一條高壓直流系統(tǒng)接地網(wǎng)過流保護(hù)誤動，現(xiàn)分析了保護(hù)誤動的原因，并介紹了現(xiàn)場對高壓直流系統(tǒng)的改造措施。利用系統(tǒng)調(diào)試對改造后的兩條高壓直流系統(tǒng)開展試驗驗證，證明了優(yōu)化措施的有效性。

關(guān)鍵詞：共用接地極;限流電阻;金屬回線;大地回線

0 引言

直流接地極是高壓直流系統(tǒng)中的重要組成部分，當(dāng)直流系統(tǒng)以單極大地回線或雙極大地回線方式運行時，其不但起著鉗制中性點電位的作用，還能為直流電流提供通路[1]。隨著高壓直流的建設(shè)，尋找合適的接地極址變得越來越困難[2]。考慮到共用接地極的經(jīng)濟(jì)性和接地極址對環(huán)境方面的影響，后續(xù)越來越多的高壓直流系統(tǒng)采用了共用接地極的做法。由于共用接地極的兩條直流在各自控制保護(hù)裝置上的相對獨立和系統(tǒng)運行方式上的多樣，共用接地極也存在一些問題，電網(wǎng)內(nèi)曾發(fā)生一起因共用接地極導(dǎo)致過流保護(hù)動作的事件[3]。

本文以逆變站共用接地極的某直流系統(tǒng)A和某直流系統(tǒng)B為例，對共用接地極引起過流保護(hù)動作事件的原因進(jìn)行分析，同時研究了針對上述事件進(jìn)行的現(xiàn)場改造和改造后效果。

1 共用接地極過流保護(hù)動作原因分析

高壓直流系統(tǒng)正常運行方式包括雙極大地回線方式、單極大地回線方式和單極金屬回線方式。由于單極大地回線運行時，系統(tǒng)將產(chǎn)生入地電流，而入地電流將對周邊變壓器、燃?xì)夤艿赖仍O(shè)備產(chǎn)生影響，因此，長期運行時，直流系統(tǒng)一般采用雙極大地回線方式和單極金屬回線方式。共用接地極的兩條直流系統(tǒng)，即使一條直流系統(tǒng)單極大地回線運行，產(chǎn)生入地電流，由于另一條直流系統(tǒng)沒有為入地電流提供回路，直流系統(tǒng)入地電流將不會產(chǎn)生分流。但在運行中存在一些特殊運行工況，若直流系統(tǒng)A、B同時處于單極大地回線運行方式，此時，將直流系統(tǒng)B由單極大地回線轉(zhuǎn)為單極金屬回線運行方式，在轉(zhuǎn)換過程中，直流系統(tǒng)B逆變站將先合上站內(nèi)高速接地開關(guān)0040，再拉開接地極線路隔離開關(guān)00500。在這個過程中，直流系統(tǒng)B逆變站將短時存在兩個接地點（站內(nèi)接地網(wǎng)和站外接地極），直流系統(tǒng)A的部分入地電流將從共用接地極沿著直流系統(tǒng)B逆變站的接地極線路注入直流系統(tǒng)B逆變站站內(nèi)接地網(wǎng)，其等效電路如圖1所示。其中直流系統(tǒng)A和B共用接地極電阻為0.233 Ω，直流系統(tǒng)B逆變站接地極線路電阻為2.675 7 Ω，直流系統(tǒng)B逆變站站內(nèi)接地網(wǎng)電阻為0.375 Ω。假設(shè)直流系統(tǒng)A入地電流為IA，直流系統(tǒng)B分流電流為IB，根據(jù)歐姆定律，IB=0.233×IA/（0.233+2.675 7+0.375）≈0.071IA。

同時，為了防止站內(nèi)接地網(wǎng)入地電流過大，對接地網(wǎng)造成損壞，換流站一般配置有站內(nèi)接地網(wǎng)過流保護(hù)，直流系統(tǒng)B逆變站保護(hù)判據(jù)如表1所示。因此，根據(jù)上述分析，當(dāng)直流系統(tǒng)A產(chǎn)生的入地電流大于714.3 A時，直流系統(tǒng)B接地網(wǎng)將流過大于50 A的電流，系統(tǒng)將發(fā)生跳閘，嚴(yán)重影響直流系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2 共用接地極過流改造

2.1 ? ?一次系統(tǒng)改造

根據(jù)共用接地極分流公式可知，若想避免站內(nèi)接地過流保護(hù)動作，可以降低系統(tǒng)中分流的電流，而減小分流電流最簡單的方式為改變接地極電阻、接地極線路電阻或站內(nèi)接地網(wǎng)電阻。考慮到接地極電阻、接地極線路已經(jīng)建造，距離換流站較遠(yuǎn)，現(xiàn)場改造比較困難、費用較高，最終采用在站內(nèi)增加限流電阻的方式減小站內(nèi)入地電流。由于在單極金屬回線運行方式下，站內(nèi)接地網(wǎng)主要為鉗制直流系統(tǒng)零電位的作用，若限流電阻長期存在，將導(dǎo)致接地網(wǎng)電阻過大，可能影響直流系統(tǒng)零電位鉗制，因此，考慮在限流電阻回路并聯(lián)一個限流電阻刀閘，來實現(xiàn)限流電阻的投入和退出，縮短限流電阻投入時間。同時，雖然引入了限流電阻刀閘，但在單極大地轉(zhuǎn)金屬和金屬轉(zhuǎn)單極大地的過程中還是會存在較短時間內(nèi)限流電阻接地的狀態(tài)，考慮到限流電阻對中性母線的電位提升、電阻的發(fā)熱功率、暫態(tài)故障下電阻的應(yīng)力等問題，現(xiàn)場最終將限流電阻選為5 000 Ω。現(xiàn)場改造后一次系統(tǒng)如圖2所示，相比原有接線方式，增加了直流限流電阻及直流限流電阻刀閘00402。

2.2 ? ?二次系統(tǒng)控制策略改造

由于增加了限流電阻和限流電阻刀閘，相應(yīng)也需要對控制保護(hù)中的直流順控邏輯、直流運行方式判別邏輯進(jìn)行修改。相比原有順控邏輯操作，新的順控邏輯為：在單極大地回線轉(zhuǎn)金屬回線操作時，先拉開限流電阻刀閘00402，再合上站內(nèi)高速接地開關(guān)0040（此時雖然站內(nèi)有兩個接地點，但由于限流電阻接入分流回路，系統(tǒng)分流很小），再拉開接地極線路隔離開關(guān)00500，之后再合上限流電阻刀閘00402（退出限流電阻，鉗制零電位）;在單極金屬回線轉(zhuǎn)單極大地回線操作時，先拉開限流電阻00402刀閘，再合上接地極線路隔離開關(guān)00500（由于限流電阻作用，系統(tǒng)分流很小），然后斷開高速接地開關(guān)0040，之后再合上限流電阻刀閘00402。新的順控操作重點在于金屬和大地回線轉(zhuǎn)換過程中，站內(nèi)接地點和站外接地極共存時，將限流電阻接入站內(nèi)接地支路，減小該支路電流，防止站內(nèi)接地網(wǎng)過流保護(hù)誤動;轉(zhuǎn)換過程完成后再將限流電阻旁路。

3 改造后運行效果分析

在直流系統(tǒng)B逆變站現(xiàn)場改造后，為驗證限流電阻接入后的改造效果，開展了加裝限流電阻直流系統(tǒng)調(diào)試。當(dāng)直流系統(tǒng)A采用單極大地回線運行，流入入地電流為1 100 A時，將直流系統(tǒng)B由單極大地回線向單極金屬回線轉(zhuǎn)換，在順控操作合上站內(nèi)高速接地開關(guān)0040時，站內(nèi)接地網(wǎng)與接地極共同接地，查看錄波此時流過站內(nèi)接地網(wǎng)的電流平均值為3.2 A（IdSG）左右，直流中性母線電壓小于1 kV（UdN），其錄波值如圖3所示;將直流系統(tǒng)B由單極金屬回線向單極大地回線轉(zhuǎn)換，在順控操作合上接地極線路隔離開關(guān)00500時，站內(nèi)接地網(wǎng)與接地極共同接地，查看錄波此時流過站內(nèi)入地電流平均值為3.2 A左右，直流中性母線電壓小于1 kV。調(diào)試過程中，所有順控步驟正確執(zhí)行，直流系統(tǒng)運行正常，未出現(xiàn)異常情況，驗證了改造效果滿足現(xiàn)場要求。

4 結(jié)語

逆變站共用接地極的兩條高壓直流，當(dāng)一條直流單極大地回線運行，另一條直流開展金屬和大地回線之間的轉(zhuǎn)換時，可能引起站內(nèi)接地網(wǎng)過流保護(hù)誤動。本文分析了保護(hù)誤動的原因，并針對上述現(xiàn)象，介紹了現(xiàn)場開展的一、二次設(shè)備改造情況，最終經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試證明現(xiàn)場改造能夠避免保護(hù)誤動，有效提高直流系統(tǒng)運行可靠性。該改造案例可供后續(xù)直流工程參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2] 鞠翔，袁虎強(qiáng)，高標(biāo)，等.高壓直流輸電系統(tǒng)共用接地極運行特性分析[J].電力設(shè)備管理，2020（12）：41-43.

[3] 王蒙，劉茂濤.接地極共用導(dǎo)致站接地網(wǎng)過流保護(hù)76SG動作事件分析[J].電工技術(shù)，2019（3）：64-65.

收稿日期：2021-07-29

作者簡介：李金安（1982—），男，廣東廣州人，工程師，主要從事高壓直流技術(shù)運行維護(hù)工作。