500kV仁永雙線N-1且雙極低功率運(yùn)行方式下的風(fēng)險(xiǎn)分析及控制措施

卯明旺 晏慶豐

摘要：對(duì)永富直流孤島判別裝置的判別策略及低功率被動(dòng)進(jìn)入孤島閉鎖雙極的邏輯原理進(jìn)行分析，結(jié)合±500kV永仁換流站500kV仁永雙線當(dāng)時(shí)的輸送功率，分析500kV仁永雙線在N-1運(yùn)行模式且雙極處于低功率運(yùn)行時(shí)，線路發(fā)生故障造成的后果及風(fēng)險(xiǎn)，并提出控制措施。

關(guān)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(diào)度命令將500kV仁永乙線轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)，當(dāng)前雙極輸送功率1050MW。期間接調(diào)度通知在500kV仁永乙線途經(jīng)的山林中發(fā)生山火，要求關(guān)注相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況。針對(duì)此時(shí)特殊的運(yùn)行方式，運(yùn)行人員進(jìn)行了事故預(yù)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(nèi)低壓交流負(fù)荷。按照《中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力事故事件調(diào)查規(guī)程》，最高可能造成一級(jí)事件風(fēng)險(xiǎn);對(duì)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(tǒng)功能說明

永富直流孤島判別系統(tǒng)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(gòu)成，按雙套系統(tǒng)設(shè)置，設(shè)A系統(tǒng)、B系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)相互獨(dú)立，互為備用運(yùn)行。孤島判別系統(tǒng)的功能通過±500kV永仁換流站、500kV仁和變的開關(guān)位置信號(hào)，并結(jié)合部分電氣量信號(hào)，判斷永富直流輸電系統(tǒng)云南側(cè)是否處于孤島運(yùn)行狀態(tài)。

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

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

每一過程的具體判定原理如下：

開關(guān)斷開判斷：本系統(tǒng)對(duì)每個(gè)開關(guān)均接入3相HWJ信號(hào)，當(dāng)開關(guān)任2相斷開則判為該開關(guān)斷開。

線路某側(cè)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(guān)斷開，同時(shí)中開關(guān)或同一串的另一邊開關(guān)斷開，則判為線路與該變電站沒有直接的電氣聯(lián)系

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

孤島判斷：當(dāng)500kV仁永雙線均斷開則判為永仁換流站運(yùn)行在孤島狀態(tài)下。

1.2 孤島信號(hào)的輸出

孤島判別裝置A柜上切換把手有四個(gè)檔位：置孤島狀態(tài)、置聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)、A套運(yùn)行、B套運(yùn)行。正常打在“A套運(yùn)行”，若A套異常，需手動(dòng)切換到“B套運(yùn)行”;當(dāng)A套、B套孤島判別裝置均不能正常判別孤島狀態(tài)時(shí)，可根據(jù)調(diào)度要求，切換至“置孤島狀態(tài)”或“置聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)”。

孤島判別系統(tǒng)的判斷結(jié)果、人為設(shè)置的孤島狀態(tài)或聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)通過裝設(shè)在孤島判別A柜上的切換把手進(jìn)行切換。當(dāng)該把手打在“置孤島狀態(tài)”時(shí)，送給穩(wěn)控系統(tǒng)與直流極控系統(tǒng)的狀態(tài)強(qiáng)制置為“置孤島狀態(tài)”;“A套運(yùn)行”時(shí)，送給穩(wěn)控系統(tǒng)與直流極控系統(tǒng)的狀態(tài)為A套孤島判別系統(tǒng)的判斷結(jié)果;“B套運(yùn)行”時(shí)，送給穩(wěn)控系統(tǒng)與直流極控系統(tǒng)的狀態(tài)為B套孤島判別系統(tǒng)的判斷結(jié)果;“置聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)”時(shí)，送給穩(wěn)控系統(tǒng)與直流極控系統(tǒng)的狀態(tài)強(qiáng)制置為“聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)”。

1.3“永富直流被動(dòng)跳入孤島后主動(dòng)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(dòng)跳入孤島后主動(dòng)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(tài)且被動(dòng)進(jìn)入孤島閉鎖雙極功能投入情況下，當(dāng)500kV仁永雙線交流功率低于Pset1或Pset3（Pset1和Pset3值相等，后臺(tái)整定為50MW）、直流功率低于Pset2（后臺(tái)整定為1100MW），且收到安穩(wěn)裝置開出的孤島模式投入信號(hào)時(shí)，直流站控系統(tǒng)延時(shí)T1（5ms）時(shí)間后切換，切換后的系統(tǒng)的判定結(jié)果和之前一致，將在T2（15ms）時(shí)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(duì)此次事故預(yù)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(dòng)重合閘功能將啟動(dòng)，跳開故障相后重合一次。如故障為瞬時(shí)故障，重合閘動(dòng)作成功。此過程中，因?yàn)閿嗦菲髦惶_1相，不滿足孤島判別裝置對(duì)開關(guān)斷開的判別條件，后重合閘動(dòng)作成功，所以此時(shí)單相故障對(duì)永富直流雙極運(yùn)行沒有影響。

2.如果500kV仁永甲線線路故障時(shí)重合閘動(dòng)作不成功或斷路器多相跳閘

（1）系統(tǒng)將通過5061、5062開關(guān)斷開判定500kV仁永甲線本側(cè)線路隔離，同時(shí)因500kV仁永甲線線路功率低于投運(yùn)功率，系統(tǒng)最終判定500kV仁永甲線線路停運(yùn)。

（2）因此時(shí)500kV仁永雙線都處于停運(yùn)狀態(tài)，孤島判別裝置將判定±500kV永仁換流站運(yùn)行在孤島狀態(tài)下，孤島判別裝置判斷輸出的孤島運(yùn)行方式ISLAND OPERATION信號(hào)經(jīng)過硬接線送到直流站控系統(tǒng)。因當(dāng)前雙極輸送功率低于1100MW，孤島低功率閉鎖功能會(huì)在5ms后啟動(dòng)直流站控系統(tǒng)切換，同時(shí)為保證該信號(hào)ISLAND OPERATION判斷的準(zhǔn)確可靠，運(yùn)行人員控制系統(tǒng)（以下簡稱HMI）也設(shè)計(jì)有孤島運(yùn)行方式的命令輸出，經(jīng)過LAN網(wǎng)也送到直流站控系統(tǒng)，最終在直流站控系統(tǒng)的軟件中綜合判斷來自孤島判別裝置和HMI的孤島運(yùn)行方式狀態(tài)，輸出最終的孤島運(yùn)行方式ISLAND OPERATION信號(hào)給HMI顯示和極控（如圖2所示），極控系統(tǒng)收到該信號(hào)15ms后，由孤島低功率閉鎖功能啟動(dòng)雙極ESOF。同時(shí)將直流停運(yùn)的信號(hào)送至穩(wěn)控裝置，由穩(wěn)控裝置向觀音巖電廠發(fā)出切機(jī)命令，導(dǎo)致500kV觀永甲乙線跳閘;此時(shí)，±500kV永仁換流站500kV I、II、VI、VII、VIII段母線、500kV 1、2號(hào)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(tǒng)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(shí)，500kV仁永雙線供電的線路跳閘，將引發(fā)永富直流雙極閉鎖，造成電網(wǎng)一級(jí)事件，影響永富直流的輸電可靠性，對(duì)±500kV永仁換流站站內(nèi)高壓交流系統(tǒng)造成沖擊。

3、控制措施

在±500kV永仁換流站500kV仁永雙線N-1時(shí)，且永富直流雙極輸送功率低于1100MW時(shí)，為避免永富直流發(fā)生雙極閉鎖造成500kV交流等系統(tǒng)失壓的風(fēng)險(xiǎn)，建議將被動(dòng)進(jìn)入孤島閉鎖雙極功能禁用，這樣當(dāng)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(dòng)進(jìn)入孤島閉鎖雙極功能被禁用，此時(shí)永富直流雙極雖然低功率運(yùn)行，但不會(huì)閉鎖雙極，從而提高永富直流輸電的可靠性。

結(jié)束語：

本文針對(duì)±500kV仁永雙線單回線供電且雙極處于低功率運(yùn)行時(shí)可能造成的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，通過對(duì)孤島判別系統(tǒng)的判別策略及永富直流被動(dòng)跳入孤島后主動(dòng)閉鎖直流雙極的功能原理進(jìn)行研究，提出相應(yīng)的控制措施。以提高直流輸電的安全可靠性。

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[3]永富直流孤島判別系統(tǒng)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(hù)及自動(dòng)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(xué)士，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局變電運(yùn)行所，從事變電運(yùn)行與維護(hù)及高壓直流輸電技術(shù)方面的研究工作;

晏慶豐，出生于1987年，男，工程師，學(xué)士，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局變電運(yùn)行所，從事變電運(yùn)行與維護(hù)及高壓直流輸電技術(shù)方面的研究工作。