直流输电系统故障动作情况及闭锁案例分析

王琦，周云涛，张飞宇

（国网江苏省电力有限公司检修分公司特高压交直流运检中心，江苏南京，210000）

相比交流输电系统，直流输电系统在发生接地故障时，存在移相、去游离、再启动等过程，控制保护动作情况更加复杂。对于刚接触直流的运行人员，将这个过程详细分解介绍很有必要。

1 直流系统组成及特点

直流输电系统由两端换流站、直流线路和接地极系统三部分构成，如图1所示。换流站的作用是对交流、直流进行互相转换，左、右两端分别是送、受端交流系统。换流站1（整流侧）中，交流被转换成直流，并经过直流输电线路输送到换流站2（逆变侧）；通过换流站2（逆变侧）直流被转换为交流。

图1 直流输电系统构成

与交流系统线路故障一样，直流线路上的瞬时性故障经故障隔离、熄弧后，绝缘可以很快恢复，直流线路同样可以恢复运行。与交流系统故障不同的是，直流线路(含接地极线路)故障没有自然的电流过零点，直流电弧无法自行消除，不可能通过断路器来切除故障，直流系统主要依靠控制整流侧阀控系统实现切除故障和再启动。

2 直流系统故障保护过程

■2.1 基本原理

直流系统通过合适的顺序操作释放直流线路上累积的能量，经过去游离过程等待绝缘恢复后使直流重新投入运行，这一过程在直流控制保护中称为直流线路故障重启。直流线路故障再启动顺序操作大致可以分为移相使电流降为0和等待绝缘恢复再启动两个阶段，总体作用分别类似于交流系统中的跳闸与重合闸过程。

■2.2 操作顺序流程

直流输电系统故障重启的顺序操作一般可分解为以下几个阶段：移相（至逆变态）、释放能量、去游离、移相（至整流态）、建立直流电流、故障清除判断，典型顺序操作过程简况如图2所示。

图2 直流输电系统故障重启典型顺序操作过程

（1）移相（至逆变态）

线路对地闪络故障以后，相关保护动作，一旦确定为线路故障，整流侧换流站迅速增大阀控系统触发角，典型值为120～160°，系统由整流状态移相至逆变状态。该阶段历时Δt1。

（2）释放能量

直流系统进入逆变态后，线路电流逐渐减小至0，该阶段历时Δt2。

（3）去游离

电流减小至0后，系统等待一段时间供短路弧道去游离，使绝缘再恢复。该阶段历时Δt3，Δt3由系统事先设定，典型值为 150～500ms。

（4）移相（至整流态）

等待系统去游离时长后，整流侧换流站迅速减小阀控系统触发角，典型值为15°左右，系统由逆变状态逐渐移相至整流状态。该阶段历时Δt4。

（5）建立直流电流

直流系统恢复至整流状态后，逐步建立线路直流电流，恢复至故障前的输送功率。该阶段历时Δt5。

（6）故障清除判断

系统建立直流电流后完成第一次再启动过程，此时判断故障是否清除，若故障清除则再启动成功，恢复送电，再启动时间 T1 = Δt1+Δt2+Δt3+Δt4+Δt5（T1-Δt3 的典型值为100～150ms）；若故障未清除，故障电流仍存在，则根据事先设定的程序，准备进行第二次再启动，并根据程序决定是否降低电压，若降压则通常降压至额定电压的70%或80%，再重复上述过程，如此循环。

直流线路保护动作有计数器记录保护动作次数，30s内的保护动次数作累加计数，30s后动作计数器清零。上述顺序操作中，允许再启动次数、去游离时间通常根据直流线路的运行潮流等情况事先设定，而且可根据再启动极分别设置。通常30s内允许再启动不超过N次（N为1或2或3），若N次再启动均不成功，则直流系统闭锁停运。若N为2，通常第2次再启动的去游离时间 >第1次再启动的去游离时间；若N为3，通常第3次再启动的去游离时间 ≥ 第2次再启动的去游离时间 >第1次再启动的去游离时间。

■2.3 再启动设置

关于允许再启动次数、去游离时间，国网和南方电网的几个直流工程再启动设置见表1。

表 1 直流工程再启动设置

3 龙政直流闭锁故障事件概况

20时38分49秒，龙政直流极2线路故障，经两次全压重启、一次降压重启不成功后极2闭锁，闭锁执行过程中政平站发生极2换流变阀侧中性点偏移保护动作导致换流变进线开关跳闸。

■3.1 线路故障重启失败分析

由故障录波图可以看出，龙政直流极1线路故障后行波保护动作、突变量保护动作，触发线路重启动逻辑，经两次全压、一次降压重启不成功，极闭锁。

结合故障录波及事件分析，本次线路故障后直流线路经两次全压、切换控制系统及一次降压后不成功，极闭锁，线路重启逻辑执行正确。

■3.2 政平站换流变中性点偏移保护动作分析

政平站收到对站闭锁指令后闭锁极2，并投入旁通对。触发旁通对将两个换流阀（可控硅）同时导通，使故障电流有通路可走，给线路直流电流形成一个回路，以加快熄弧起到快速放电释放故障电流的作用。如图4中红色回路，电流从B相通过。

图3 旁通对投入分流回路图

中性点偏移保护动作条件：①极闭锁；②阀侧零序电压值大于定值；③延时5秒动作。

由于政平站极2投旁通对，解锁Deblock_ind信号由1变为0 (DEBL_IND_N信号由0变为1)，满足条件1。

极1直流电流经龙泉站和政平站极2换流器旁通对形成分流，极2旁通对处于持续导通状态（电流约150A），相当于政平站极2 Y/Y及Y/D换流变阀侧B相（换流变阀侧已经是交流电）通过接地极形成单相（B相）接地，电压三相不平衡，出现零序电压，并大于了中性点偏移保护零序电压定值。满足条件2。

本次极2线路接地故障持续时间较长，超过6s，大于了延时5s的定值，满足条件3。

综上，导致极2 Y/Y及Y/D换流变中性点偏移保护动作出口，跳开5012、5013开关。

4 总结

直流输电线路在发生永久性接地故障后，会经历再启动过程，相当于交流系统的重合闸。若再启动失败，引发极闭锁，此时应研究线路故障闭锁极时应该采用Y闭锁还是Z闭锁，最大程度的避免故障的扩大。

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