楚穗直流孤岛运行方式下电站侧孤岛专用装置研发

陈映喜，李锐奎，李春露（华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南　大理 675702）

楚穗直流孤岛运行方式下电站侧孤岛专用装置研发

陈映喜，李锐奎，李春露
（华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南大理 675702）

小湾水电站配套送出工程（楚穗直流）运行方式除联网运行外，还设计了孤岛方式运行。孤岛运行方式与联网运行方式有较大区别，相应的调速、励磁等系统的参数需进行切换，电站侧应设置配合孤岛运行方式的相应装置。根据±800kV楚穗直流孤岛调试试验中的工程经验，总结介绍了电站侧孤岛专用装置与安稳装置之间，孤岛专用装置与站内调速、励磁等系统之间的相互交换信号内容、要求以及接口方案。

楚穗直流；孤岛专用装置；交换信号；接口方式；小湾水电站

0　概述

小湾水电站配套送出工程（楚穗直流）是世界上首条±800 kV、输电容量为5 000 MW的特高压直流输电线路。楚穗直流运行方式除联网运行外，还设计了孤岛方式运行。为了避免楚穗直流故障时的功率转移，减少对交流电网的影响，简化楚穗直流安稳系统的配置以及提高云电外送能力，电网网架规划设计确定了送端孤岛运行方式，该方式将作为楚穗直流运行时的一种正常运行方式。

南方电网公司为了验证直流线路孤岛运行可靠性及可行性，全面检验一、二次设备的性能、发现并消除缺陷，由南方电网总调主导进行了楚穗直流孤岛调试试验，从2010年10月至2013年4月，小湾水电站已配合完成直流功率从 1 000 MW 到 5 000 MW（满负荷）孤岛试验六个阶段的调试工作。该调试试验是首条±800 kV直流输电线路调试的一部分，同时也是国内直流输电线路的首次孤岛调试，无论在参与调试人员的规模上还是技术难度上都是空前的。

1　送端电站侧设置孤岛专用装置必要性

楚穗直流输电系统转为孤岛运行方式时，与联网运行方式不同，在孤岛运行方式下送端频率、电压无法依靠网内机组共同调节，只能依靠机组自身调节和直流频率控制。同时由于小湾水电站远离换流站，楚穗直流孤岛运行方式下送端电网十分薄弱，有效短路比很低，孤岛系统中交直流系统的故障，均有可能引发送端系统失稳，并且直流双极闭锁情况下过电压问题也十分突出，威胁换流站及电站主设备安全。

鉴于以上问题，要求送端电站也应设置配合孤岛运行方式的相应装置，在运行方式由联网向孤岛转换时，对调速器、励磁、监控系统AVC、AGC等进行运行参数切换、相应功能投退，同时孤岛运行方式下直流双极闭锁时能够快速切机，快速消除发电机组输出功率与直流系统传输功率间的不平衡。

2　孤岛专用装置配置及接口方式

电站安稳装置所在位置——开关站到设计执行机构机组调速器控制柜所在位置——与地下厂房直线距离约1 000 m，故小湾水电站孤岛专用装置设计为开关站孤岛专用装置和厂房孤岛专用装置。开关站孤岛专用装置和厂房孤岛专用装置均采用A、B两套PLC双重化配置，A、B两套PLC之间采用热备光纤实现热备冗余。两装置之间通过A、B两网实现双网冗余配置、两装置间所有信号的交互均采用光纤传输来完成。小湾水电站孤岛专用装置配置及接口方式如图1所示。传统的继电器电接口方式虽然简单、易实现，但由于两孤岛专用装置间直线距离长，长距离信号处理上采用光纤接口方式较于电接口方式在快速性和可靠性上较好，故装置间采用光纤接口。

3　孤岛专用装置与楚穗直流安全稳定控制策略相关二次设备的关系以及交换信号

为了保证楚穗直流安全稳定运行，电网设置了孤岛判断系统、换流站的安稳、极控系统、电站的安稳系统相配合。孤岛专用装置与这些设备关系如图2所示。

图1　小湾水电站孤岛专用装置配置及接口方式

开关站孤岛专用装置及厂房孤岛专用装置间交换的信号包括孤岛方式信号、联网方式信号和直流停运信号三种。楚穗直流运行方式及运行状态主要由楚穗直流孤岛判别系统进行判别，孤岛判别系统中楚雄换装置采集线路潮流及换流站断路器位置信息，综合小湾水电站、和平站装置传来的信息，判断出直流运行方式及运行状态，并以开关量的形式发送至换流站极控系统及安稳控制系统，换流站安稳系统再将3种信号转发给电站侧安稳系统。电站安稳装置子站接收换流站安稳装置送出信号后的信号传输示意见图3。

开关站孤岛专用装置及厂房孤岛专用装置间交换的信号要求见表2。为方便事故追忆，开关站孤岛专用装置接收到信号反馈、厂房孤岛专用装置送出信号反馈、调速器电气柜收到信号反馈，都自动记录至小湾水电站监控系统。同时，监控系统根据联网/孤岛模式切换信号，全厂AGC、AVC功能自动退出、电站侧AVC调压系数自动切换；孤岛运行方式下直流停运信号时发电机组有无功PID功能自动退出，全厂AGC、AVC功能自动退出，保证电厂的安全稳定运行。

图2　孤岛专用装置与楚穗直流安全稳定控制策略相关二次设备联系

图3　信号传输示意

4　孤岛专用装置手动控制回路简介

楚穗直流孤岛调试试验历时较长，调试试验初期电站侧控制逻辑方面存在很大的不确定性，为方便电站侧配合孤岛调试试验工作，方便孤岛专用装置自动回路的检修，且保证在自动回路失效的极端情况下，孤岛专用装置仍能发挥作用。小湾水电站孤岛专用装置还设计了由纯继电器回路组成的手动回路，位置设计于厂房孤岛专用装置，如图4所示。

5　存在的问题和建议

（1）小湾水电站孤岛专用装置设计之初，只考虑与调速器控制柜的接口，为保证孤岛运行方式孤岛系统的稳定，应同时考虑与励磁控制柜、电站监控系统的接口。

（2）正式孤岛调试试验前，电站侧需根据各自电站实际设备情况，加强机网协调研究，孤岛运行方式送端电站侧频率控制、电压控制的研究，包括AGC、AVC运行的研究，保证主设备的安全。

图4　孤岛专用装置手动控制回路

（3）孤岛专用装置与电站安稳装置的交换信号在孤岛方式、联网方式、直流停运的基础上，建议安稳装置应尽可能送出更全信号，方便电站侧进行逻辑组态。以小湾电站为例，应进一步送孤岛A、孤岛B（分/合厂）信号。

（4）建议电网统一送端电站侧孤岛专用装置设计导则、规范，标准。包括接口方案最低配置、交换信号内容、GPS时钟、转发执行最短时间、上送电网主站相应信息等。

孤岛运行方式下若发生直流停运，线路、机组频率、电压较联网方式下较大，应统一考虑涉及到的频率、电压的量程。如：计算机监控系统监控用频率、电压变送器、交采表，PMU装置、调速器用频率变送器、励磁用电压变送器的量程。

表2　信号要求

（5）若规划设计阶段电站应统筹考虑机组调相运行深度，电气一次设备过压能力，调速器、励磁系统多模式切换功能等。

6　结语

特高压直流输电工程孤岛运行方式下，送端电站侧设置配合孤岛运行方式孤岛专用装置，为方便调试试验以及自动回路检修需要，孤岛专用装置应设置为自动/手动两个回路。小湾水电站孤岛专用装置虽然仍存在一些问题，但装置配置的原则、信号交换内容及要求、接口方式具有一定的参考意义，为后续投运的特高压直流输电工程配套电源电站提供了运行经验。

［1］吴林平，张庆武，王俊生，等.高压直流工程中交直流系统协调控制接口方式［J］.南方电网技术，2011，5（2）：22-25.

［2］徐攀腾.云广特高压直流输电工程送端孤岛频率控制分析［J］.电力建设，2011，32（11）：48-50.

［3］李宇峰，朱华，等.小湾巨型水电站计算机监控系统在孤岛模式下的控制与实现［J］.水电自动化与大坝监测，2012，36（6）：9-11.

［4］梅勇，徐光虎，黄方能，等.南网总调直调安全稳定控制系统调度运行方案（2012年版）［R］.广州：南方电网公司，2012.

［5］钟智，曹一凡.小湾电厂孤岛方式运行风险分析报告［R］.大理：小湾水电厂，2011.

（责任编辑王琪）

Development of Island Dedicated Devices of Power Station under Chu-Sui DC-Isolated Operation Mode

CHEN Yingxi，LI Ruikui，LI Chunlu
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

The matching power transmission project（Chu-Sui DC system）of Xiaowan Hydropower Station is designed to be able operated in joint or isolated modes.The isolated operation mode is quite different with joint operation，in which the parameters of speed regulating system and excitation system need to should be switched，so the special island dedicated devices should be set in power station.According to the engineering experiences of island debugging test for±800 KV Chu-Sui DC system，the contents and requirements of signal switching and the interface scheme between the island dedicated devices in power station and the security devices and the speed regulating and excitation systems are introduced herein.

Chu-Sui DC system；island dedicated device；exchange of signal；interface mode；Xiaowan Hydropower Station

TM621.6（274）

A

0559-9342（2015）10-0060-04

2015-07-29

陈映喜（1985—），男，云南大理人，工程师，主要从事水电厂计算机监控运行维护工作.