高压直流输电工程解锁逻辑分析及改进措施

杨建文，何烨勇，朱　博

(中国南方电网超高压输电公司广州局，广东 广州 510405)



高压直流输电工程解锁逻辑分析及改进措施

杨建文，何烨勇，朱博

(中国南方电网超高压输电公司广州局，广东 广州 510405)

摘要:高压直流输电工程通常采用先建立完备的直流回路通路，再进行换流变压器充电解锁的操作时序，减少了带电误操作的风险。但是，在解锁操作过程中不能监测换流器阀组的通断状态。文中结合天广直流输电工程解锁时换流器阀组误导通的运行实例，利用RTDS实时数字仿真系统对其可能造成的后果进行了仿真分析，探究现行解锁步骤的不足。并在原有解锁方案的基础上提出了一种新的优化操作方案，有利于确保故障点的有效隔离，提高直流输电系统的可靠性。

关键词：高压直流；控制保护；闭锁

0　引　言

高压直流输电(HVDC)技术具有输送容量大、输送距离远、调节迅速、运行灵活等优点，是电力系统中具有重要经济和技术价值的输电形式[1，2]。在“西电东送、南北水火互济”战略中，采用高压直流输电技术有利于加大输电规模、节约大量的输电走廊资源，解决我国在可持续发展中因能源基地与负荷中心分离形成的效益短板及生态压力[3，4]。

天广直流做为连接我国东西部地区的首条直流输电工程，为珠三角地区的发展提供了电力保障。天广直流输电工程投运至今，晶闸管阀一直采用电触发晶闸管ETT。该触发方式比较复杂，故障率也比较高[5]，换流器阀组存在误导通的风险。本文基于天广直流输电工程解锁操作时发生的一次阀组误导通实例，利用RTDS实时数字仿真系统对其可能造成的后果进行了仿真分析，探究现今直流输电工程普遍采用的解锁逻辑的不足，并提出了改进建议。

1　解锁异常实例分析

2014年天广直流输电系统极Ⅱ单极大地回线方式运行，极Ⅰ正在进行复电操作。双端换流站将极Ⅰ操作至备用、极接入以及直流线路接入后，天生桥站进行备用到闭锁操作时，极Ⅰ交/直流过流保护、换流器桥差保护、阀组差动保护先后动作，天生桥侧极Ⅰ退至备用状态；同时极Ⅱ接地极母线差动保护告警启动。

1.1　保护原理介绍

天广直流输电工程中，交/直流过流保护、换流器桥差保护和换流器阀组差动保护用于检测换流阀的接地、短路故障以及极母线接地故障和逆变侧长时间投旁通对的情况，避免换流变压器和换流器阀组遭受过应力。

接地极母线差动保护用于检测接地极母线区的接地故障。正常情况下，流经接地极线路和站内接地网的电流与双极中性线电流差值相等，如果接地极出现接地故障或任一中性线电流异常将就会产生差流。

1.2　动作原因分析

分析双端换流站的保护动作报表，发现故障时刻双端换流站换流器未解锁，控制系统均未发出换流阀触发脉冲；然而，天生桥侧换流变充电后双端换流器阀组同时误导通，天生桥侧交流系统的能量通过两侧换流阀和直流线路形成了短路通道，导致两站保护动作。短路电流通路如图1所示。

2　仿真分析

为了探究高压直流输电系统在解锁过程中阀组误

图1 短路电流通路

导通对换流站设备产生的危害以及对运行极的影响，本文依托天广直流输电工程，利用RTDS实时数字仿真系统，模拟逆变侧旁通对投入的故障现象，全面、系统分析故障时刻交直流系统各电压、电流量的变化情况。

2.1　仿真试验

系统运行方式：双极大地回线方式900 MW运行。

双端直流场状态：直流线路、直流极和接地极在接入状态。

在RTDS仿真平台设置故障使广州侧极Ⅰ换流器阀组短路，模拟旁通对投入的情况。故障时刻天生桥侧和广州侧的电压电流波形如图2和图3所示。

图2 天生桥侧故障录波

图3 广州侧端故障录波

仿真结果分析：故障时刻，天生桥侧所有换流阀均有正负电流，其等效直流电流高达5 000 A，远高于额定值1 800 A，严重威胁换流器阀片、TE板和换流变压器等设备的安全。同时，短路直流电流维持在较高的水平，也会对直流线路、直流开关场设备带来危害。

2.2　对运行极的影响

故障时刻Ⅱ单极大地运行，极Ⅰ中性线电流值不纳入接地极母差保护判据，此时保护判据取极Ⅱ中性线电流与入地电流的差值。由仿真试验知故障时刻极Ⅰ中性线有电流，此时接地极母差保护的差流等于极Ⅰ中性线电流5 000 A，满足保护判据。若故障时刻极Ⅰ的过流保护不能及时动作切除故障，极Ⅱ接地极母线差动保护将会经过一定延时后动作紧急停运。

3　直流解锁逻辑分析

3.1　现行逻辑分析

天广直流输电工程直流开关场接线包括极的接入与隔离、直流线路的接入与隔离、接地极线路的接入与隔离，极的状态包括解锁、闭锁、备用、停运和接地。目前采用的解锁逻辑是两端换流站将极操作至备用，同时接入直流线路、接地极线路和直流极，再分别将极操作至闭锁状态，最后由主控站起动极送电。解锁逻辑如图4所示。

图4 现行解锁逻辑框图

3.2　暴露的问题

高压直流输电系统若按如图5所示的解锁逻辑必然出现如下情况：某一端换流站首先进行闭锁操作之前，双端直流系统接线方式完备，电流回路构成，若在备用转为闭锁时换流器阀组误开通，则交流电源进入直流系统，形成直流短路电流，损坏一次设备，威胁运行极的安全稳定运行，造成巨大的经济损失。

图5 优化的解锁逻辑框图

4　改进建议

针对暴露出来的问题，提出如下改进措施：对高压直流解锁逻辑进行优化改进，调整复电操作顺序，确保在换流器阀组误开通时及时终止操作，避免损坏一次设备，保证运行极的安全稳定运行。优化的解锁逻辑如图5所示。

(1)双端换流站将极操作至备用状态后，A站将直流线路、接地极线路和直流极接入系统；B站将直流线路和接地极线路接入系统，合上直流高、低压母线刀闸。

(2)A站先行闭锁操作。闭锁完成后检查换流器阀组有无导通现象，若阀组异常导通，则停止复电操作，将极操作至接地状态进行检查；若检查无异常，则B站合上直流低压母线开关，再将直流系统由备用操作至闭锁状态。

(3)最后由主控站联合起动极送电。

5　结束语

高压直流输电是我国“西电东送”的重要手段，但

是目前投运的直流工程大都采用如天广直流工程的解锁逻辑，给直流输电带来巨大的隐患。本文提出了一种仅需改变解锁步骤的新方案，通过调整直流回路的接入顺序，在极闭锁正常的条件下再继续操作，能很好地消除因阀组误导通带来的危害。通过高压直流输电工程现场模拟平台的验证，本方案是完全可行的，有助于确保换流站设备的安全，同时还可以提高直流输电系统的可靠性。

参考文献：

[1]王升，陆继明，毛承雄，等．基于反向晶闸管并联保护的变压器中性点直流电流抑制装置[J]．电工技术学报，2010，25(10)：183-190．

[2]戴熙杰．直流输电基础[M]．北京：水利电力出版社，1990．

[3]李少华，刘涛，苏匀，等．±800 kV特高压直流输电系统解锁/闭锁研究[J]．电力系统保护与控制，2010，38(6)：84-87．

[4]李兴源，赵睿，刘天琪，等．传统高压直流输电系统稳定性分析和控制综述[J]．电工技术学报，2013，28(10)：288-301．

[5]赵婉君．高压直流输电工程技术[M]．北京：中国电力出版社，2004．

运营探讨

Analysis of Deblocking Logic of HVDC and Its Improvement

YANG Jian-wen, HE Ye-yong, ZHU Bo

(Guangzhou Bureau of EHV Transmission Company, China Southern Power Grid, Guangzhou 510405, China)

Abstract:Deblocking logic in HVDC transmission usually encompasses two steps that complete DC loop is firstly established and then the converter is deblocked without risks of live working. However, on-off state of the converter can't be monitored in process of deblocking. In this article, combined with converter problem occurred in deblocking process of Tian-Guang HVDC transmission project, potential results of the problem are simulated based on RTDS in order to explore shortcomings of current deblocking procedure. Based on the original deblocking scheme, an improved optimized one is proposed which will help ensure effective isolation of failure and enhance the reliability of HVDC system.

Key words:HVDC; control and protection; blocking

中图分类号：TM76

文献标识码：A

文章编号：1009-3664(2015)02-0128-02

作者简介：杨建文(1988-)，男，重庆人，本科，助理工程师，研究方向：高压直流输电运行维护。

收稿日期：2014-11-17