溪洛渡直流輸電工程50 Hz保護(hù)動(dòng)作分析及改進(jìn)措施

凌永興

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州510405）

0 引言

溪洛渡±500 k V同塔雙回直流輸電工程（牛從直流）作為南方電網(wǎng)首條雙回直流共站、直流線路同塔架設(shè)、雙回共用接地極的高壓直流輸電工程，其安全運(yùn)行可能受到有別于其他直流工程的因素的影響，2014年4月14日發(fā)生的牛從甲直流雙極50 Hz保護(hù)降功率事件正是此類影響導(dǎo)致。

1 50 Hz保護(hù)原理

50 Hz保護(hù)是差動(dòng)保護(hù)的后備保護(hù)，對換相失敗、觸發(fā)系統(tǒng)或閥體故障提供保護(hù)，減小直流基波分量對換流閥緩沖電路、交直流濾波器的沖擊［1］。溪洛渡直流輸電工程直流保護(hù)系統(tǒng)采用南瑞繼?；赑CS-9550的控制保護(hù)系統(tǒng)，其50 Hz保護(hù)判據(jù)為：

式中，IDCN為直流中性母線電流；IDCN＿50Hz為IDCN的50 Hz分量；Iset為保護(hù)報(bào)警定值；kset為比率系數(shù)。

牛從直流50 Hz保護(hù)動(dòng)作后果包括告警段、切換段、功率回降段和動(dòng)作段，切換段動(dòng)作切換極控系統(tǒng)，功率回降段動(dòng)作電流限制值為960 A，功率降至0.3 p.u.（960 MW），達(dá)到動(dòng)作段定值后將閉鎖相應(yīng)極。

2 交直流系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定及直流基頻諧波產(chǎn)生原因

文獻(xiàn)［2］中指出諧波不穩(wěn)定的發(fā)生過程是交直流側(cè)電壓、電流通過換流站非線性環(huán)節(jié)的互相調(diào)制，構(gòu)成交直流之間的正反饋閉環(huán)，諧波振蕩放大，最終導(dǎo)致?lián)Q流站交流母線電壓嚴(yán)重畸變。

直流系統(tǒng)中直流側(cè)50 Hz諧波電流分量產(chǎn)生的主要原因［3］包括以下幾個(gè)方面：

（1）交流系統(tǒng)因變壓器鐵芯飽和等因素產(chǎn)生二次諧波，經(jīng)換流回路在直流系統(tǒng)中產(chǎn)生基頻分量；

（2）觸發(fā)系統(tǒng)、換流閥故障；

（3）連續(xù)換相失??；

（4）交流線路在直流線路中感應(yīng)出基頻諧波電流。

直流系統(tǒng)中產(chǎn)生基頻諧波分量可能由上述原因組合導(dǎo)致，交直流側(cè)諧波電壓、電流之間相互作用，當(dāng)交直流系統(tǒng)存在諧振點(diǎn)且控制系統(tǒng)參數(shù)滿足某些條件時(shí)將形成正反饋，若相關(guān)條件未被破壞將導(dǎo)致50 Hz保護(hù)動(dòng)作直流閉鎖等嚴(yán)重后果。

3 從西換流站50 Hz保護(hù)動(dòng)作情況分析

2014年4月14日，牛寨換流站對牛從乙直流極一換流變充電時(shí)，從西換流站運(yùn)行中的牛從甲直流雙極50 Hz保護(hù)切換段和功率回降段動(dòng)作，極控系統(tǒng)切換且雙極功率由1 550 MW降至960 MW，牛寨站50 Hz保護(hù)未動(dòng)作。

3.1 牛寨站故障錄波分析

故障時(shí)牛寨站牛從乙直流極一網(wǎng)側(cè)有高達(dá)2 979 A的勵(lì)磁電流，觀察圖1發(fā)現(xiàn)牛從甲直流牛寨站直流電流出現(xiàn)較小的基波分量，IDCN＿50Hz值未達(dá)到50 Hz保護(hù)的定值（HAP＿FUND＿LEV），故其50 Hz保護(hù)未動(dòng)作。

圖1 牛寨站牛從甲極一50 Hz保護(hù)波形

3.2 從西站故障錄波分析

從西站50 Hz保護(hù)的軟件邏輯為：IDCN＿50Hz大于保護(hù)定值保護(hù)動(dòng)作，小于0.95倍保護(hù)定值返回。圖2中從西站IDCN的50 Hz分量較大且達(dá)到50 Hz切換段和功率回降段定值。故障開始時(shí)，IDCN＿50Hz的值大于50 Hz保護(hù)定值，持續(xù)約200 ms后切換極控系統(tǒng)（HAP＿FUND＿SS），由于IDCN＿50Hz值一直大于返回值，約420 ms后功率回降（HAP＿FUND＿RUNBACK），過一段時(shí)間后IDCN＿50Hz開始小于0.95倍保護(hù)定值，保護(hù)返回。保護(hù)裝置正確動(dòng)作。

圖2 從西站牛從甲極一50 Hz保護(hù)波形

故障時(shí)從西換流站交流側(cè)母線電壓正常，排除交流系統(tǒng)故障引起直流50 Hz保護(hù)動(dòng)作的可能性。

3.3 功率回降事件原因

根據(jù)上述分析可知，此次功率回降事件的原因?yàn)榕Ｕ緦ε囊抑绷鳂O一換流變充電時(shí)產(chǎn)生較大的勵(lì)磁涌流，使換流變鐵芯飽和，在交流系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的二次諧波，在牛從甲直流牛寨側(cè)換流器換流作用下，牛從甲直流線路上產(chǎn)生基波分量，經(jīng)直流線路的放大作用，使從西側(cè)產(chǎn)生較大的基波分量，引起牛從甲直流50 Hz保護(hù)動(dòng)作。

在采取措施之前，從西站多次發(fā)生相同事件，其中一次甚至導(dǎo)致牛從甲直流雙極閉鎖。

4 天廣直流輸電工程50 Hz保護(hù)動(dòng)作簡析

天廣直流廣州站也曾在2010年4月5日發(fā)生50 Hz保護(hù)動(dòng)作，后果與從西站相同。事件原因是當(dāng)時(shí)天生橋站正用線路對電廠主變進(jìn)行復(fù)電操作，保護(hù)動(dòng)作亦是由于天生橋側(cè)交流系統(tǒng)產(chǎn)生的二次電壓諧波竄入直流，經(jīng)直流線路對50 Hz諧波的放大作用，致使廣州側(cè)50 Hz動(dòng)作。后期增大了天廣直流50 Hz保護(hù)定值，調(diào)整后未發(fā)生50 Hz保護(hù)動(dòng)作情況。

5 整改措施

南網(wǎng)科研院及南網(wǎng)總調(diào)相關(guān)研究表明，50 Hz保護(hù)定值和延時(shí)主要考慮因素為換流設(shè)備的應(yīng)力承受能力，可以考慮從以下方面進(jìn)行整改：

（1）根據(jù)天廣直流的經(jīng)驗(yàn)，研究從西換流站換流設(shè)備的故障耐受能力，盡量優(yōu)化50 Hz保護(hù)的定值和延時(shí)。

（2）牛寨側(cè)調(diào)整換流變選相合閘裝置的合閘角，降低換流變充電時(shí)的勵(lì)磁涌流。

（3）采取抑制50 Hz諧波的方法，如在50 Hz保護(hù)中增加二次諧波電壓閉鎖邏輯（短時(shí)閉鎖保護(hù)）。

2014年6月，取消了牛從直流50 Hz保護(hù)降功率段，并將跳閘延時(shí)由原來的1 000 ms調(diào)整為3 000 ms，調(diào)整定值后再未發(fā)生類似事件。以上整改措施可為日后分析處理同類型事件提供重要參考。

［1］楊海峰.高壓直流輸電系統(tǒng)基頻保護(hù)分析［J］.高壓電器，2010，46（10）：20～22

［2］穆子龍，李興源.交、直流輸電系統(tǒng)相互影響引起的諧波不穩(wěn)定問題［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（2）：96～100

［3］傅闖，饒宏，黎小林.交直流混合電網(wǎng)中直流50 Hz和100 Hz保護(hù)研究［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（12）：57～60