±800?kV特高壓直流金屬回線斷路器保護(hù)誤動(dòng)分析

徐 峰，戢 穎

(1.中國(guó)南方電網(wǎng)公司超高壓輸電公司昆明局，云南 昆明 650217；2.昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院，云南 昆明 650106)

±800?kV特高壓直流金屬回線斷路器保護(hù)誤動(dòng)分析

徐 峰1，戢 穎2

(1.中國(guó)南方電網(wǎng)公司超高壓輸電公司昆明局，云南 昆明 650217；2.昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院，云南 昆明 650106)

介紹了金屬回線斷路器及其保護(hù)的作用，并以±800 kV云廣特高壓金屬回線斷路器保護(hù)誤動(dòng)為實(shí)例，分析了誤動(dòng)產(chǎn)生的原因，闡明了金屬回線斷路器保護(hù)原理設(shè)計(jì)上存在的缺陷，進(jìn)而提出了改進(jìn)措施，為直流輸電工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供借鑒。

特高壓直流；換流站；金屬回線斷路器保護(hù)；保護(hù)誤動(dòng)作

0 引言

云廣直流是世界上第1條±800 kV特高壓直流遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)，額定容量為5 000 MW。其兩端換流站閥組接線采用每極雙十二脈動(dòng)閥組(400 kV+400 kV)串聯(lián)，與傳統(tǒng)的直流工程相比，其直流保護(hù)系統(tǒng)也更為復(fù)雜。由于直流輸電系統(tǒng)基本采用順控邏輯，因此直流保護(hù)的可靠性是保證直流設(shè)備安全的前提。

1 保護(hù)誤動(dòng)情況

2009-07-13，±800 kV云廣特高壓直流極II低端閥組系統(tǒng)調(diào)試，金屬回線斷路器(以下簡(jiǎn)稱MRS)兩側(cè)刀閘保持在分閘位置時(shí)，MRS出現(xiàn)2次誤動(dòng)。第1次在09：56，極II低端閥組在解鎖過(guò)程中MRS誤動(dòng)作；第2次在11：07，極II低端閥組帶極II線路大地回線運(yùn)行，在接地短路試驗(yàn)中，線路重啟成功后，MRS又出現(xiàn)誤動(dòng)。

2 金屬回線斷路器的作用

在直流輸電系統(tǒng)中，單極(閥組)大地回線方式是利用1個(gè)極輸電導(dǎo)線和大地構(gòu)成直流側(cè)的單極回路，如圖1所示；而單極(閥組)金屬回線方式是利用2個(gè)極輸電線路構(gòu)成直流側(cè)的單極回路，如圖2所示。

在單極（閥組）大地回線和單極（閥組）金屬回線運(yùn)行方式之間轉(zhuǎn)換時(shí)，不僅需要通過(guò)MRS的合分來(lái)配合轉(zhuǎn)換，同時(shí)MRS還提供單極（閥組）金屬回線運(yùn)行方式的通路，如圖2所示。

3 金屬回線斷路器保護(hù)

3.1 保護(hù)范圍和目的

在單極金屬回線運(yùn)行方式向單極大地回線運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，保護(hù)用于當(dāng)檢測(cè)到MRS失靈，以及沒(méi)有電流流過(guò)金屬回線轉(zhuǎn)換斷路器(MRTB)時(shí)，禁止打開(kāi)MRS。

3.2 保護(hù)原理

如果直流場(chǎng)配置改變，在單極金屬回線運(yùn)行方式向單極大地回線運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，保護(hù)有2個(gè)功能監(jiān)視MRS。

(1) 第1個(gè)功能是在MRTB閉合后監(jiān)視通過(guò)MRTB的電流Idee3。如果有電流流過(guò)MRTB，那么打開(kāi)MRS是安全的。若由于某種原因，沒(méi)有電流流過(guò)MRTB，為了避免斷開(kāi)直流電流時(shí)損壞MRS，這時(shí)發(fā)令禁止斷開(kāi)MRS。

(2) 第2個(gè)功能是監(jiān)視通過(guò)MRS的直流電流。當(dāng)收到來(lái)自直流站控的MRS斷開(kāi)信號(hào)后，如果MRS不能夠轉(zhuǎn)換電流，為了避免損壞斷路器，金屬回線斷路器保護(hù)動(dòng)作，重新合上MRS。

圖1 單極(閥組)大地回線方式

圖2 單極(閥組)金屬回線方式

3.3 保護(hù)判據(jù)

(1) 判據(jù)1：在單極金屬回線運(yùn)行方式向單極大地回線運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，若|Idee3|＜0.024 p.u.(75 A)且IdE＞0.05 p.u.(156.25 A)，則MRTB閉合一段時(shí)間后，發(fā)禁止斷開(kāi)MRS命令到直流站控系統(tǒng)，禁止斷開(kāi)MRS。

其中，Idee3為通過(guò)MRTB的電流；IdE為通過(guò)MRS的電流。

(2) 判據(jù)2：MRS斷開(kāi)后，若|IdLH_op-IdLN_op|＞0.011 p.u.(34 A)，則延時(shí)330 ms，發(fā)合上MRS命令到直流站控系統(tǒng)，合上MRS。

其中，IdLH_op為另一極高壓母線的電流；IdLN_op為另一極中性母線的電流。

4 金屬回線斷路器保護(hù)誤動(dòng)分析

金屬回線斷路器2次誤動(dòng)作時(shí)，直流接線方式均為極II單閥組大地回線方式，極I直流線路在接地狀態(tài)。第1次誤動(dòng)發(fā)生在極II線路充電(低端閥組解鎖)時(shí)，第2次誤動(dòng)發(fā)生在極II線路接地短路試驗(yàn)故障重啟后。對(duì)比2次誤動(dòng)作時(shí)間，均為極II線路有瞬間電流突變的時(shí)刻。如圖3所示，極II線路電流在充電的瞬間迅速升高，同塔的極I線路長(zhǎng)達(dá)1 386.97 km，且兩端接地，由于耦合效應(yīng)，在極I線路上也瞬間形成感應(yīng)電流。

分析金屬回線斷路器保護(hù)2次誤動(dòng)時(shí)的故障錄波，極I感應(yīng)電流二次值均大于整定值34 A，且時(shí)間均超過(guò)整定值330 ms，此時(shí)MRS在分位，金屬回線斷路器保護(hù)功能2誤動(dòng)作，從而發(fā)重合金屬回線斷路器的命令。由這2次的誤動(dòng)作及金屬回線斷路器保護(hù)判斷邏輯分析，云廣直流工程的金屬回線斷路器保護(hù)未設(shè)計(jì)防感應(yīng)電流的措施。

5 改進(jìn)措施

2次金屬回線斷路器誤動(dòng)均是由金屬回線斷路器保護(hù)功能2設(shè)計(jì)存在缺陷而導(dǎo)致的，所以在金屬回線斷路器保護(hù)動(dòng)作邏輯上增加條件與非門(mén)判據(jù)。采取以下2種方式均可消除該缺陷：

(1) 非運(yùn)行極的線路接地刀閘在合位；

(2) MRS兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)在分位。

±800 kV云廣特高壓直流采用方式(1)，增加“非運(yùn)行極的線路接地刀閘在合位”的與非門(mén)判據(jù)(見(jiàn)圖4)。自2009-08-08增加判據(jù)至今，沒(méi)有再發(fā)生過(guò)金屬回線斷路器保護(hù)誤動(dòng)作的情況。?

圖4 方式1的閉鎖邏輯

1 李立浧.直流輸電技術(shù)的發(fā)展及其在我國(guó)電網(wǎng)中的作用[J].電力設(shè)備，2004，7(11)：1-3.

2 呂金壯.云廣±800 kV直流輸電系統(tǒng)過(guò)電壓與絕緣配合研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，3(2)：18-22.

3 徐 峰.云廣直流±800 kV交流濾波器的電阻過(guò)負(fù)荷保護(hù)[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2011，5(1)：53-56.

4 舒印彪.中國(guó)直流輸電的現(xiàn)狀及展望[J].高電壓技術(shù)，2004，30(11)：1-2，20.

5 嚴(yán) 宇.葛南直流輸電系統(tǒng)中大地回線和金屬回線轉(zhuǎn)換研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(21)：1-4.

6 馮 鶇，宋天奇，楊潔民，等.直流輸電工程大地回線金屬回線轉(zhuǎn)換過(guò)程及運(yùn)行實(shí)例分析[J].高壓電器，2009，45(2)：126-129.

2015-04-09。

徐 峰(1983-)，男，工程師，主要從事特高壓換流站運(yùn)行維護(hù)及控制保護(hù)研究工作，email：105838405@qq.com。

戢 穎(1984-)，女，講師，主要從事哲學(xué)和電力安全理論研究工作。