±500 kV伊穆直流極1線路故障導(dǎo)致極2直流閉鎖原因分析

高殿瀅，崔文軍，洪 鶴，劉文娟

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

經(jīng)驗(yàn)交流

±500 kV伊穆直流極1線路故障導(dǎo)致極2直流閉鎖原因分析

高殿瀅，崔文軍，洪 鶴，劉文娟

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

±500 kV伊穆直流極1線路發(fā)生瞬時(shí)性接地故障，由于雙極線路之間的靜電和電磁耦合作用，使極2直流電壓發(fā)生波動(dòng)，繼而引起該極直流濾波器快速充放電，產(chǎn)生較大的穿越電流，而該組直流濾波的首端光電式電流互感器、尾端電磁式電流互感器在電流傳變特性方面存在較大差異，穿越電流傳變產(chǎn)生的差流達(dá)到保護(hù)動(dòng)作條件，導(dǎo)致極2直流閉鎖。針對(duì)這次保護(hù)誤動(dòng)，將直流濾波器差動(dòng)保護(hù)延時(shí)由40 ms延長(zhǎng)至500 ms，提高了保護(hù)的防誤動(dòng)水平。

直流輸電；重啟動(dòng)；直流濾波器；保護(hù)誤動(dòng)；直流閉鎖

1 故障過(guò)程

事故發(fā)生前，±500 kV伊穆直流雙極大地回線全壓運(yùn)行，伊敏換流站送穆家換流站1 600 MW。

2013年6月30日14：15，穆家換流站極1直流保護(hù)發(fā)“線路故障，突變量檢測(cè)動(dòng)作”、“線路故障，行波檢測(cè)動(dòng)作”等故障信息，極1直流線路重啟，1次成功。同時(shí)穆家換流站極2的12／36次直流濾波器B套保護(hù)動(dòng)作出口，極2直流閉鎖。主要事件記錄如表1所示。

表1 穆家站極1線路故障導(dǎo)致極2閉鎖故障記錄

事故發(fā)生后，重點(diǎn)檢查極2的12／36次直流濾波器一次設(shè)備，沒(méi)有異常；檢查直流濾波器保護(hù)時(shí)，A套保護(hù)無(wú)異常，而B(niǎo)套保護(hù)動(dòng)作出口跳閘燈亮，保護(hù)裝置顯示“差動(dòng)動(dòng)作”、“閉鎖直流”動(dòng)作信號(hào)，確認(rèn)極2直流閉鎖指令來(lái)自極2的12／36次直流濾波器B套保護(hù)。

2 保護(hù)裝置動(dòng)作分析

2.1 極1線路保護(hù)裝置動(dòng)作分析

故障時(shí)刻極1錄波圖如圖1所示。

故障情況如下。

a.故障前，極1直流電壓、直流電流正常。b.故障時(shí)刻，極1線路保護(hù)動(dòng)作，直流電壓、直流電流降低。

c.極1直流線路去游離（150 ms），絕緣恢復(fù)。

d.極1線路重啟，逐步建立直流電壓和直流電流。

e.極2的12／36次直流濾波器保護(hù)動(dòng)作，極2直流閉鎖。

f.極2功率轉(zhuǎn)移到極1，極1過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。

通過(guò)分析，確定此次故障為伊穆直流極1線路發(fā)生瞬時(shí)性接地，極1線路保護(hù)（電壓突變量保護(hù)、行波保護(hù)）正確動(dòng)作，極1直流線路重啟成功［1］。但極2直流濾波器保護(hù)動(dòng)作原因需進(jìn)一步分析。

2.2 極2直流濾波器保護(hù)動(dòng)作分析

穆家換流站每極安裝2組直流濾波器，為12／24次和12／36次各1組。直流濾波器組一次接線如圖2所示。直流濾波器組首端電流互感器（T1）為光電式電流互感器，變比為3 000／1；尾端電流互感器（T4）為電磁式電流互感器，二次繞組共4卷，其中變比為100／1的2卷分別接入2套直流濾波器保護(hù)裝置，變比為4 000／1的2卷分別接入2套直流控制保護(hù)裝置，保護(hù)裝置采樣二次回路均相互獨(dú)立。直流濾波器共配置了差動(dòng)保護(hù)（包括差動(dòng)速斷、比率差動(dòng)、變化量比率差動(dòng)）、不平衡保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)［2］。

圖2 穆家站直流濾波器組一次接線及保護(hù)配置

分別調(diào)取極2的12／36次直流濾波器A套、B套保護(hù)裝置中電流波形，分析保護(hù)動(dòng)作情況。

故障時(shí)刻A套保護(hù)中的首端、尾端電流及其差流電流波形如圖3所示，圖中黃色曲線是首端電流互感器（T1）的電流波形、綠色曲線是尾端電流互感器（T4）的電流波形，藍(lán)色為T1、T4的差流波形，紅色為濾波器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作門檻值。

由圖3可以看出，極2的直流濾波器A套保護(hù)中，T1、T4的差流雖然超過(guò)了保護(hù)的啟動(dòng)定值（0.1倍額定值），但各時(shí)間點(diǎn)上藍(lán)色曲線始終沒(méi)有穩(wěn)定地越過(guò)紅色曲線，即T1、T4的差流始終沒(méi)有穩(wěn)定地超過(guò)濾波器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作門檻值，故A套保護(hù)沒(méi)有動(dòng)作出口，保護(hù)裝置功能正常。

圖1 穆家站P1線路重啟直流電壓電流波形

圖3 穆家站極2的12／36次直流濾波器A套保護(hù)中首端、尾端電流及其差流

故障時(shí)刻B套保護(hù)中的首端、尾端電流及其差流電流波形如圖4所示。

圖4 穆家站極2的12／36次直流濾波器B套保護(hù)中首端、尾端電流及其差流

由圖4可以看出，從t1時(shí)刻開(kāi)始到t2時(shí)刻結(jié)束，T1、T4的差流（圖中的藍(lán)線）已超過(guò)穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作門檻（圖中的紅線），持續(xù)時(shí)間也超過(guò)穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)的延時(shí)定值（40 ms），滿足保護(hù)動(dòng)作條件，保護(hù)出口。

3 極2直流閉鎖原因

3.1 一次系統(tǒng)分析

此次極2直流閉鎖故障，雖然12／36次直流濾波器的2套保護(hù)1套動(dòng)作、另1套未動(dòng)作，但2套保護(hù)裝置確實(shí)發(fā)生了電流突增（均在2倍額定電流以上）。針對(duì)極1線路接地故障導(dǎo)致極2直流濾波器流過(guò)較大的穿越電流這一現(xiàn)象，分析其內(nèi)在機(jī)理。

以±800 kV特高壓直流工程為例，雙極正常運(yùn)行狀態(tài)下，設(shè)置極1直流線路中點(diǎn)處瞬時(shí)接地故障進(jìn)行仿真，分析極1線路接地故障對(duì)極2的影響。其中逆變站極1仿真結(jié)果如圖5所示，逆變站極2仿真結(jié)果如圖6所示。

圖5 極1直流線路瞬時(shí)接地故障時(shí)逆變站極1波形

圖6 極1直流線路瞬時(shí)接地故障時(shí)逆變站極2波形

由圖5可見(jiàn)，極1直流線路瞬時(shí)接地故障時(shí)，直流電壓、直流電流均快速降低。隨著直流、電壓的降低，兩端換流站換流閥等直流設(shè)備及直流線路上存儲(chǔ)的電荷將通過(guò)直流場(chǎng)中直流濾波器組等進(jìn)行泄放，上述過(guò)程從直流濾波的首端、尾端電流波形變化得以證實(shí)［3］。

由圖6可見(jiàn)，極1直流線路中點(diǎn)處瞬時(shí)接地故障時(shí)，由于雙極線路之間的靜電和電磁耦合作用，使另一極線路電壓發(fā)生波動(dòng)，從而引起直流濾波器充放電。經(jīng)中國(guó)電科院計(jì)算，此次伊穆直流極1線路瞬時(shí)接地故障，導(dǎo)致極2電壓發(fā)生較大干擾和波動(dòng)，最大變化率達(dá)到616 kV／ms，而較大直流電壓變化率，造成穆家站極2的12／36次直流濾波器快速充放電，流過(guò)較大的穿越電流。

3.2 二次系統(tǒng)分析

依電路原理分析，首端電流互感器是一個(gè)電流源、傳變給2套保護(hù)的T1，尾端電流互感器是另一個(gè)電流源、傳變給2套保護(hù)的T4。電流互感器高壓回路中的電流唯一，則在允許的誤差范圍內(nèi)，2套保護(hù)中接收到的二次電流值應(yīng)相同（滿足誤差標(biāo)準(zhǔn)），但是實(shí)際上本次故障中2套保護(hù)接收到的二次值差異較大，且導(dǎo)致1套保護(hù)動(dòng)作、另1套保護(hù)未動(dòng)作。

本次伊穆直流極1直流線路發(fā)生瞬時(shí)接地故障時(shí)，在穆家站極1兩組直流濾波器產(chǎn)生的穿越電流大于在極2兩組直流濾波器產(chǎn)生的穿越電流。但穿越電流大的極1兩組濾波器、4組保護(hù)沒(méi)有動(dòng)作，而穿越電流小的極2的兩組濾波器、4組保護(hù)中僅有1套保護(hù)動(dòng)作，分析認(rèn)為這一組濾波器保護(hù)誤動(dòng)作是個(gè)例。那么能夠產(chǎn)生這種差異的，一種可能是電流互感器的變比誤差超標(biāo)，另一種可能是2套保護(hù)裝置中的電流傳感器誤差超標(biāo)。

方案三：谷物、薯類和雜豆統(tǒng)計(jì)為糧食，但不包括大豆。考慮到人們糧食消費(fèi)的多元化，雜豆仍然可以作為糧食的一部分。因此，只將大豆從現(xiàn)有糧食統(tǒng)計(jì)口徑中剔除，其中薯類(不含木薯)仍然按5比1折糧。

故障后，對(duì)電流互感器的變比誤差進(jìn)行了測(cè)試，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；對(duì)B套保護(hù)裝置進(jìn)行了返廠檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)正常。

3.3 綜合分析

通過(guò)以上分析可知，極2直流濾波器中的高頻電流屬于極1線路故障的正常暫態(tài)過(guò)程，此次極2閉鎖的原因不在于此。故障原因圈定在二次系統(tǒng)方面，而單獨(dú)測(cè)試首端、尾端電流互感器，單獨(dú)測(cè)試2套保護(hù)裝置，均無(wú)問(wèn)題。

a.將首端、尾端電流互感器電流波形進(jìn)行對(duì)比分析（如圖7所示）。由圖7可知，首端、尾端電流變化趨勢(shì)及幅值大小等都非常相似，但在同一時(shí)間參考點(diǎn)上，差異卻很大，這說(shuō)明首端、尾端電流互感器在傳變電流特性上，尤其是傳變速度、時(shí)間響應(yīng)方面存在差異。

圖7 直流控保系統(tǒng)中采集的極2直流濾波器首端、尾端電流波形

b.對(duì)直流控保系統(tǒng)計(jì)算得出的直流濾波器首端、尾端差流波形進(jìn)行分析（如圖8所示）。

由圖8可見(jiàn)，首端、尾端的差流在正負(fù)值之間以極高頻率、不規(guī)則地不斷跳變，差流幅值變化區(qū)域分散、持續(xù)時(shí)間超過(guò)300 ms。

圖8 直流控保系統(tǒng)中計(jì)算的極2直流濾波器首端、尾端差流波形

由此可見(jiàn)，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是首端光電式電流互感器、尾端電磁式電流互感器在傳變電流速度、時(shí)間響應(yīng)方面有差異，尾端電磁式電流互感器二次測(cè)量結(jié)果在時(shí)間上超前于首端光電式電流互感器。由于直流濾波器保護(hù)裝置在計(jì)算首端、尾端差流時(shí)，選取的是同一時(shí)間坐標(biāo)上的2個(gè)電流值，因此計(jì)算所得差值較大。當(dāng)持續(xù)時(shí)間超過(guò)保護(hù)設(shè)置的動(dòng)作延時(shí)（40 ms）后，保護(hù)動(dòng)作出口，極2直流閉鎖［5－6］。

4 結(jié)論

a.當(dāng)一極直流線路發(fā)生接地故障時(shí)，由于雙極直流線路之間的靜電和電磁耦合作用，使另一極線路電壓發(fā)生波動(dòng)，從而引起直流濾波器快速充放電，直流濾波器中將流過(guò)穿越電流。

b.直流濾波器保護(hù)高壓端采用光電式電流互感器，低壓側(cè)采用普通電磁式電流互感器，二者傳變特性配合不好則留下保護(hù)誤動(dòng)的隱患。穆家站極2的12／36次直流濾波器組，其接入B套保護(hù)裝置的首端、尾端電流互感器的傳變特性不一致，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)，極2直流閉鎖。

c.對(duì)直流濾波器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作延時(shí)，ABB公司設(shè)計(jì)的某幾個(gè)工程中整定為2 s多，而伊穆直流工程直流濾波器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)為40 ms。結(jié)合中國(guó)電科院的仿真結(jié)果和此次穆家站極2保護(hù)誤動(dòng)實(shí)際，采取將直流濾波器差動(dòng)保護(hù)延時(shí)由40 ms延長(zhǎng)至500 ms，在保證直流濾波器設(shè)備安全運(yùn)行前提下，提高保護(hù)防誤動(dòng)水平。

d.為更好解決直流濾波器組首端、尾端電流互感器特性不一致的問(wèn)題，建議采用光電式電流互感器。

［1］胡宇洋，黃道春.葛南直流輸電線路故障及保護(hù)動(dòng)作分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（8）：102－107.

［2］文繼鋒，陳松林，李海英，等.超高壓直流系統(tǒng)中的直流濾波器保護(hù)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（21）：69－72.

［3］趙蜿君.高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

［4］浙江大學(xué)發(fā)電教研組直流輸電科研組.直流輸電［M］.北京：電力工業(yè)出版社，1982.

［5］任達(dá)勇.天廣直流工程歷年雙極閉鎖事故分析［J］.高電壓技術(shù)，2006，32（9）：173－175.

［6］楊萬(wàn)開(kāi)，曾南超，王明新，等.三峽—上海直流輸電工程控制保護(hù)功能的完善［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（19）：26－30.

Reason Analysis on±500 kV Yi?Mu HVDC Pole 1 Line Fault Caused by Pole 2 DC Blocking

GAO Dian?ying，CUI Wen?jun，HONG He，LIU Wen?juan
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Pole 2 DC voltage fluctuates due to electrostatic and electromagnetic coupling between bipolar circuit when±500 kV Yi?Mu HVDC pole 1 line instantaneity ground fault occurrs，which can lead to Pole 2 DC filter rapidly charge and discharge，as well as pro?duce across current.Photoelectric CT's head and electromagnetic CT's tail are different greatly，difference stream can cause pole 2 bloc?king fault.According to this protection misoperation，differential protection of DC filter delays from 40 ms to 500 ms to improve the preventive mal?operation leavel.

HVDC transmission；Restart；DC filter；Protection malfunction；DC blocking

TM77

A

1004－7913（2015）09－0019－04

高殿瀅（1975—），男，本科，高級(jí)工程師，從事高壓直流換流站生產(chǎn)運(yùn)行管理工作。

2015－06－30）