特高压换流站接地极线路保护的新方法

柴斌+李小娣+雷战斐

摘 要：目前特高压换流站接地极线路保护，通常配置接地极线路不平衡保护和接地极线路阻抗监视。接地极线路不平衡保护，无法实现保护线路全长。接地极线路阻抗监视功能在实际运行中经常出现误报警，可靠性较低。本文提供一种接地极线路保护的方法，实现了接地极线路的全长保护，故障情况下可以准确的确定故障点，大大提高了接地极线路的运维效率，增强了直流系统的可靠性，减轻检修人员的工作强度和时间，极大减少接地极址的运行维护成本。

关键词：接地极线路保护；阻抗监视；新方法

0 引言

特高压直流输电技术具有输送容量大、输电距离远和控制性能强等优点，在电能的远距离传输及区域电网互联中发挥了举足轻重的作用。接地极是特高压直流输电系统的重要组成部分，主要起到提供大地电流回路、建立系统电压参考点等作用。随着特高压直流输电工程的不断建设和投运，接地极引线的保护显得越来越重要。

接地极线路阻抗监视功能，通过在站内和接地极侧配置变压器、阻断滤波器和注流滤波器等设备，实现对站内到接地极这一段接地极线路状态的动态监控。其原理是向极引线注入高频交流电流，并测量注入点处的对地电压，通过该电流和电压值计算出阻抗值，该阻抗值反应了极引线的状况，其幅值的突然变化可以作为阻抗故障的判据。但实际运行中该功能经常出现误报警，可靠性低。鉴于上述原因，提出一种接地极线路保护的新策略，即在接地极站端增加两台电流互感器，分别与站内接地极出线电流互感器构成接地极线路两条导线全长纵联差动保护，对于特高压直流系统的安全运行具有重要的理论及实际意义。

1 接地极线路差动保护实现方法

1.1 接地极线路差动保护硬件结构

接地极线路差动保护实现方法是在换流站接地极侧增加两个测点，该测点与站内的接地线侧IEDL1和IDEL2测点一起完成接地极线路差动保护，如图1所示。其具体步骤为：在接地极（接地站）端接地极线路两组引线至构架处分别加装电流互感器T3和电流互感器T4，将流过电流互感器T3、T4的电流IDEE1、IDEE2分别经接地极线路光缆送入换流站内极保护装置，与换流站内接地极线路出线处电流互感器T1、T2的电流IDEL1、IDEL2进行逻辑比较，当任意一组接地极线路引线两段电流差的绝对值|IDEL1-IDEE1|或|IDEL2-IDEE2|>max{200A，0.05*（|IDEL1+IDEE1|或|IDEL2+IDEE2|）}时，判定为接地极故障，否则判定接地极运行正常。此方法不仅能保护接地极线路全长，而且可以有效地反应接地极线路的故障点并准确动作。

增加的主要设备包括：CT一次测量设备，CT二次接口设备，当采用不同的CT时，配置不一样。下面分别按零磁通CT和光CT配置介绍具体的实现方案。

1.1.1 采用零磁通CT

当采用零磁通CT时，需要从国外采购设备，每站两台。

零磁通电子单元需要配置两面屏柜，每个屏柜配置三个电子单元。控制保护的IO接口单元需要配置两面，每极一面，每面里配置3台IO接口装置，分别用于A、B、C三套保护，采集量需要送至站内的保护装置，需要在接地极屏柜内增加多模转单模模块，在站内保护主机屏柜增加单模转多模模块。一种需要4面屏柜。

1.1.2 采用光CT

当采用光CT时，可以采用南瑞继保公司光CT，每站两台。

现场只需配置2面合并单元柜，每极一面，每面里配置3台合并单元装置，分别用于A、B、C三套保护，采集量需要送至站内的保护装置，需要在接地极屏柜内增加多模转单模模块，在站内保护主机屏柜增加单模转多模模块。共需两面屏柜。

当采用光CT时，与站内的IDEL1、IDEL2类型不一致，可以通过延时躲过特性不一致的情况，不会导致保护误动。

1.2 接地极线路差动保护动作策略

保护原理：|IDEL1-IDEE1|或者|IDEL2-IDEE2|>max{I_set，0.05*（|IDEL1+IDEE1|或|IDEL2+IDEE2|）}（其中I_set为200安）时，保护动作，双极运行时执行极平衡命令，单极运行时先执行移相重启，重启不成功再跳闸。

1.3 接地极线路差动保护功能验证

本发明方法是在接地极（接地站）内引线至进线构架处增加两组电流互感器T3、T4以及二次接口设备，测得的二次电流送入转换及远传接口柜中的接口设备，经接地极线路光缆OPGW传送至换流站内，再经接口设备送入极保护装置，极保护通过判别接地极线路两组导线两段电流差的绝对值是否满足判据条件，实现差动保护功能。

案例：某换流站单极双阀组大地回线运行，输送功率4000MW（1.0p.u），电流5000A，单根接地极线路电阻约为2欧姆。如图2所示，当接地极引线1中点附近发生接地故障时，进行分析计算，并判断保护动作情况。

（1）正常运行：正常运行时流过T1、T2、T3、T4电流都为2500A，则任意一组接地极线路引线两端电流差为零，接地极正常运行。

（2）接地极引线1中点发生接地时：

IDEL1=5000A×3=3333.33A IDEE1=0A

IDEL2=5000 A×3=1666.67A IDEE2=1666.67A

则可知|IDEL1-IDEE1|=3333.33A

|IDEL2-IDEE2|=0A；

|IDEL1+IDEE1|=3333.33A

|IDEL2+IDEE2|=3333.34A

max{I_set，0.05*（|IDEL1+IDEE1|或IDEL2+IDEE2）}=200A。

逻辑判断如下：

|IDEL2-IDEE2|=0A<200A，条件不满足，接地极差动保护不动作。

|IDEL1-IDEE1|=3333.33A>200A，条件满足，接地极差动保护动作，先执行移相重启，重启不成功再跳闸。

2 接地极线路差动保护实现需具备条件

1.为实现接地极线路差动保护，需要在接地极侧增加两个CT，与换流站内的IDEL1和IDEL2配合完成差动保护，CT的选型应满足保护所需的测量精度。

2.接地极至站内的通信采用一路OPGW方案，如接地极线路与直流线路同杆并架，可分用直流线路OPGW中部分光纤芯。

3.接地极配置一路10kV站用电源，蓄电池按两电三充配置。

4.接地极线路差动保护作为提升特高压直流输电系统可靠性措施之一，是对目前保护配置的有效补充，该保护退出运行时，不影响直流输电系统正常运行。

3 结束语

本文提出了一种全新的特高压直流输电系统接地极线路保护方法。该方法是在接地极内引线至进线构架处增加两组电流互感器以及二次接口设备，测得的二次电流送入转换及远传接口柜中的接口设备，经接地极线路光缆OPGW传送至换流站内，再经接口设备送入极保护装置，极保护通过判别接地极线路两组导线两段电流差的绝对值是否满足判据条件，实现差动保护功能。接地极线路差动保护实现了极地极线路的全长保护和故障的准确定位，提高换流站整体运行的安全性和可靠性。