高岭换流站换流变阀侧中性点偏移保护动作的分析研究

周仁伟，严 兵，徐留杰，杨超峰，王晓武，杨成飞

(许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000)

高岭换流站换流变阀侧中性点偏移保护动作的分析研究

周仁伟，严 兵，徐留杰，杨超峰，王晓武，杨成飞

(许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000)

简要介绍了直流极保护中换流变阀侧中性点偏移保护的原理，分析了高岭换流站换流变阀侧中性点偏移保护动作的原因，指出其动作是正确的；在此基础上，根据一次设备的设计参数，对换流变阀侧中性点偏移保护的参数设定进行了修改，并对相应的换流变一次和二次设备进行了检测，未发现异常。最后指出，末屏电压在闭锁后波形出现畸变为电容电感耦合效应所致。

直流输电；换流变阀侧中性点偏移保护；电压

0 引言

东北-华北联网高岭背靠背换流站位于辽宁省绥中县高岭镇高岭开关站的西北侧，换流站设计容量1 500 MW，工程于2008年11月25日正式投入运行，实现了东北电网与华北电网的直流背靠背联网。高岭背靠背换流站两侧交流电压均为500 kV，直流侧电压为±125 kV，分2个单元，每个单元输送容量为750 MW。控制保护系统用的是SIMADY D平台，其中直流保护系统采用三重化配置，动作出口逻辑为三取二逻辑，当3套保护系统都正常运行时，至少有两套保护系统动作保护才会出口[1-11]。

2010年04月11日，高岭背靠背换流站进行修改极控抑制次阻尼同步振荡功能后的大负荷验证试验。实验前系统工况为：双单元输送直流功率600 MW运行，功率正送；冗余的两套极控系统和3套保护系统都处于正常运行状态。在试验开始阶段，手动闭锁单元2并转到热备用状态。09:25:24:000，发单元2东北侧运行到热备用状态命令;09:25:28:622，单元2闭锁，在此期间，事件记录显示单元2避雷器F5处的阀避雷器有冲击电流；09:25:29:862，单元2由闭锁转到热备用状态；09:25:43:737，单元2东北侧3套换流变阀侧中性点偏移保护动作，发禁止阀解锁命令，跳开并锁定相应的换流变进线开关。

1 换流变阀侧中性点偏移保护基本原理

换流变阀侧中性点偏移保护是在换流阀闭锁状态下，用于检测换流变阀侧交流连线的接地故障。阀解锁状态下，此保护功能自动退出。

换流变阀侧中性点偏移保护测量换流变压器二次侧末屏电压。阀闭锁时，正常状态下三相电压的矢量和为零；如果发生单相接地故障，三相电压零序分量不为零。零序电压若超过设定值，保护动作，发禁止阀解锁命令到极控系统，同时跳两侧交流断路器、起动两侧断路器失灵保护和两侧交流断路器锁定继电器。

保护判据为：

UaY(sec)+UbY(sec)+UcY(sec)>Δ

或

UaD(sec)+UbD(sec)+UcD(sec)>Δ

且Id<Δ，Id=max{Id1,Id2}

其中，Id1为高压侧直流电流，Id2为低压侧直流电流。

图1 换流变阀侧中性点偏移保护逻辑框图

其逻辑框图如图1所示，其中，LVM为滞环比较器；UsumY、UsumD分别为星型接线和三角型接线换流变阀侧末屏零序电压3U0的153.093%倍，180%表示换流变末屏二次额定电压(57.7 V)的1.8倍。当极保护系统收到阀已闭锁的信号并延时10 s后，若UsumY、UsumD的值持续5 s大于1.8倍的设定值时，保护就会动作。

程序中详细软件逻辑图如图2、图3所示。由图2可知，直流保护将星型接线和三角型接线的换流变阀侧末屏零序电压3U0分别乘以153.093%后，再进入换流变阀侧中性点偏移保护逻辑程序(如图3所示)进行逻辑运算。程序中用到的功能模块及其功能描述如表1所示。

图2 换流变阀侧中性点偏移保护交流采样软件图

图3 换流变阀侧中性点偏移保护逻辑软件图

表1 功能块描述

2 换流变阀侧中性点偏移保护动作的分析

高岭一期每面直流保护屏内有3个电压变换装置，变比为25∶1。换流变阀侧套管末屏电压接至电压变换装置一次侧，并在电压变换装置二次侧接成开口三角形式，用以测量换流变阀侧套管末屏零序电压3U0。而在单元2的直流故障录波器屏内，末屏电压3U0采用外接星型接线方式接入，不是开口三角形，如图4所示。故障录波器屏内将Uan、Ubn、Ucn和U0n端接在一起，即取UN的电压作为换流变阀侧末屏零序电压3U0。由于电压二次回路中性点一点接地，当发生单相接地时(A相为例)，中性点的电压幅值大小是U0=UN=Ua，即故障录波器屏采样的零序电压为1倍的U0,所以实际的阀侧末屏零序电压3U0应为故障录波器屏采样值的3倍；其中，三相电压和中性点电压的矢量关系如图5所示。

图4 直流故障录波器屏交流采样图

换流变阀侧中性点偏移保护动作后触发故障录波，故障录波波形如图6、图7所示。由图6、图7可知：从09：25：28：593开始，020换流变阀Y侧末屏电压Ua、Ub开始畸变，3U0开始增大；根据上面的分析，此时的3U0为140 V左右，达到换流变阀侧中性点偏移保护定值104 V。020换流变D侧、021换流变Y侧和021换流变D侧电压波形均无畸变现象。

图5 电压矢量图

图6 04月11日09时25分27秒单元2直流故障录波

图7 04月11日09时25分43秒单元2直流故障录波

根据事件记录，09:25:28:622时刻，单元2处于闭锁状态，延时10 s后为09:25:38:622，再延时5 s为09:25:43:622，与换流变阀侧中性点偏移保护实际动作时间09:25:43:737相吻合。因此，定值和延时都满足换流变阀侧中性点偏移保护动作的条件，保护正确动作。

另外，在换流变阀侧中性点偏移保护程序中，以100 V作为换流变阀侧套管末屏线电压额定值进行计算，保护屏内电压变换装置变比为25∶1，且5 V对应比例为100%。相电压的峰值和对应5 V的比例计算如下：

57.7÷25×1.414=3.264 V

5÷3.264=153.093%

而现场换流变阀侧套管末屏线电压额定值是110 V，相电压额定值是63.5 V，按上述方法计算相电压峰值是3.592 V，折算到5 V的比例是139.198%。因此，保护程序中所乘的系数由153.093%调整为139.198%。

3 现场设备检测和处理

在故障发生后，管理处立即组织进行设备检查，现场检查换流变一、二次设备均无异常；进入单元2阀厅对可能存在问题的Y/Y的A相、B相阀的可控硅级进行了阻抗测量，测量值在允许的范围之内，表明A相、B相阀的可控硅级正常。经许继阀厂分析，认为末屏电压畸变可能由电容电感耦合效应所致，通过可控硅级检查可以判断阀本身没有问题，可以投入运行。

经各方人员讨论，并经试验指挥同意后，14:14:55:572，合上换流变进线开关5062，对单元2东北侧换流变充电，充电成功；14:23:42:000，单元2解锁，监视阀厅和换流变相关设备，未见异常，故障录波查看末屏电压正常；14:32:39:221，单元2手动正常闭锁，闭锁过程中未再报出阀避雷器动作告警，解锁过程正常，故障录波末屏电压正常。

4 结论

本文介绍了直流极保护中换流变阀侧中性点偏移保护的原理，详细分析了高岭换流站换流变阀侧中性点偏移保护动作的原因，指出其动作是正确的；在此基础上，根据一次设备的设计参数，对换流变阀侧中性点偏移保护的参数设定进行了调整，并对相应的换流变一次和二次设备进行了检测，并未发现异常。最后指出，末屏电压在闭锁后波形出现畸变是由电容电感耦合效应所致。之后投入使用，没有再出现异常，运行良好。

[1] 赵婉君. 高压直流输电工程技术[M]. 北京: 中国电力出版社, 2004.

[2] 徐海军, 阮思烨, 吕鹏飞. 高岭背靠背直流50 Hz和100 Hz保护动作分析[J]. 电力系统保护与控制, 2010, 38(4): 54-57.

[3] 张爱玲. 溪洛渡送电广东同塔双回直流输电工程控制保护策略研究[J]. 电力系统保护与控制, 2011, 39(9): 72-76.

[4] 张望，黄利军，郝俊芳，等. 高压直流输电控制保护系统的冗余设计[J].电力系统保护与控制，2009，37(13)：88-91.

[5] 李延龙，杨亚璞，李楠. 高压直流输电控制保护系统的冗余可靠性研究[J].电力系统保护与控制，2009，37(16):59-62.J

[6] 张爱玲, 黄金海, 周仁伟, 等. 高岭换流站潮流反转保护动作的分析研究[J]. 微型机与应用, 2013, 32(6): 95-97.

[7] 吴庆范, 黄金海, 张爱玲, 等. 基于HCM3000平台的高岭扩建工程直流极保护系统实施策略[J]. 东北电力技术, 2012, 33(10): 35-40.

[8] 董倩,王素珍,韩冬，等.输电线路智能巡检系统中GPS技术的研究与应用[J].微型机与应用,2013,32(16):8-10.

[9] 王力,胡祖伟.基于MATLAB仿真的输电线路风偏闪络影响因素分析[J].微型机与应用,2014,33(14):75-77,81.

[10] 周娟,王斌,向文祥，等.基于检修标准化的输电线路工器具配置系统[J].电子技术应用,2014,40(12):133-135,139.

[11] 林峰,焦群,朱江，等.统一代理技术在输电线路状态监测前端的研究[J].电子技术应用,2014,40(8):122-125.

Research of AC valve winding ground fault supervision in Gaoling converter station

Zhou Renwei, Yan Bing, Xu Liujie, Yang Chaofeng, Wang Xiaowu, Yang Chengfei

(XJ Electric Co., Ltd.，Xuchang 461000，China)

This paper briefly introduces the principle of AC valve winding ground fault supervision in Gaoling converter station, analyzes the reason of the protections action in detail, and points out the correctness of the DC protections action. The parameter of the protection is modified based on the designed parameters of primary equipments. No faulted equipment is found after testing the primary and secondary equipments. At last, it points out that the distortion of the voltage after blocked because of capacitance and inductance coupling effect.

HVDC transmission；AC valve winding ground fault supervision；voltage

TM77

A

1674-7720(2016)04-0001-03

周仁伟，严兵，徐留杰，等．高岭换流站换流变阀侧中性点偏移保护动作的分析研究[J] .微型机与应用，2016，35(4)：1-3,6.

2015-09-21)

周仁伟(1980-)，通信作者，男，硕士，工程师，主要研究方向：高压直流输电保护系统研究。E-mail: zz081226@163.com。

严兵(1972-)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：高压直流输电系统软件设计及研究。

徐留杰(1980-)，男，硕士，工程师，主要研究方向：高压直流输电控制保护系统仿真研究。