直流输电系统中直流线路故障再启动逻辑分析

吴名星，单浩东，范立明，陈康宁，齐建永

（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118）

0 引言

交流系统输电线路由于雷击、山火、大风等原因可导致线路发生瞬时性故障，经故障隔离、熄弧后，绝缘可很快恢复并通过开关重合闸恢复运行。与交流系统线路故障一样，直流线路上发生此类瞬时性故障后，同样可恢复运行。但与交流系统线路故障不同的是，直流线路故障没有自然的电流过零点，直流电弧无法自行消除，且断路器拉开直流电流的能力十分有限，难以通过断路器进行故障切除。通过合适的顺序操作释放直流线路上累积的能量，使故障点直流电流降为0，并经去游离过程使绝缘恢复后，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再启动［1］。直流线路故障再启动功能对于提高直流输电可靠性、电力系统稳定性具有重要意义，当直流线路发生故障时，只有通过再启动过程，才能释放直流线路上的能量，清除故障点，保证直流系统安全稳定运行。

以鲁固直流输电工程为例，介绍直流线路故障再启动的基本原理和投退原则，并对直流线路故障再启动的动作逻辑进行了重点分析。

1 直流线路故障再启动基本原理

当直流线路故障后，直流线路保护如行波保护、突变量和欠压保护、线路纵差保护动作均可向极控系统发送动作信号，启动线路故障再启动动作逻辑［2］。但由于移相闭锁功能仅配置于整流侧，因此，逆变侧仅有事件报文，不执行再启动动作逻辑。针对直流系统不同运行方式（如运行极数、再启动保护投退情况、运行电压、两站之间通信情况等不同），当直流线路出现故障时，再启动的次数和启动电压是不同的。

直流线路故障再启动过程大致可分为移相和重启2个阶段，其总体作用类似于交流系统中的跳闸／重合闸过程。移相期间，整流侧紧急移相120°，当直流线路电流降至0后移相至160°进入逆变运行状态，两侧换流阀在短时间内均处于逆变运行状态。通过这种方式防止整流站向故障点提供电流，将直流系统中的能量返回至交流系统，清除故障点，使直流故障电流迅速下降到0。再经过一定时间的去游离过程，极控系统将整流器的触发角逐渐减小，尝试将直流系统重新启动，若瞬时故障已消除，则直流系统恢复运行［3］。因此直流线路故障再启动一定程度上减少了直流系统的停运次数，提高直流系统的可用率。

2 直流线路故障再启动功能分析

2.1 直流线路故障再启动逻辑

在“直流线路故障再启动”投入的情况下，直流线路、双极中性母线、接地极引线等发生接地故障后，若本站保护动作发出线路故障重启信号，则屏蔽来自对站的线路重启信号3 s；若本站未发出线路重启信号，则使用对站的重启信号。该启动逻辑可防止由于两站时间差导致重启次数计数器误触发。

当本站移相重启命令、对站的移相重启命令或重启不成功再重启信号3个信号中任一信号出现时，产生有效移相重启命令，并屏蔽再次接受移相重启命令100 ms，并准备下一次移相重启动作。

移相重启不成功再重启逻辑。当前一次移相重启指令经去游离时间返回后，移相重启不成功再重启逻辑会产生1个200 ms的脉冲，延时100 ms后，若此时线路电压小于0.15 pu，并且阀组未闭锁（脉冲使能存在），则移相重启不成功再重启逻辑会产生1个有效的移相重启指令。产生有效的移相重启指令后，通过控制总线送到阀控进行移相重启，并且使该指令保持设定的去游离时间。

重启次数计数［4］。在该逻辑中对重启指令下发采取2种不同的计数方式：对移相重启指令下发时间间隔小于200 ms的一系列重启指令进行计数，若两指令下发时间间隔超过200 ms，则重新进行计数；对第1次有效重启指令产生后30 s内的指令进行计数，30 s后则重新进行计数，即30 s内发生的移相重启动作进行计数累计，达到次数上限则出口极闭锁。线路故障重启逻辑如图1所示。

关于线路故障重启次数，在不同的工况下，其具体重启次数如表1所示。

2.2 直流线路故障再启动不成功闭锁后再重启

不同工况下在规定重启次数内重启不成功时，极控系统将出口 “线路重启不成功闭锁直流系统”。该闭锁命令将继续用以执行极隔离、REBOOT闭锁后重启、锁定再重启电压为1.0 pu等。若线路重启不成功，极控则将出口Y［5］闭锁、隔离低端阀组、极隔离动作，极隔离完成后若满足重启前提，REBOOT程序执行极连接与高端阀组重启动作。

图1 线路故障重启逻辑

表1 线路故障重启次数

线路重启不成功闭锁后重启策略：

1）满足重启前提（无故障停止顺控信号）。在启动直流场顺序控制的同时，无极保护闭锁、极监视功能跳闸、非故障阀组绝对最小滤波器不满足闭锁、超过1 500 ms的移相命令、双阀组阀差动动作、对极未闭锁、无站间通信故障、两极不存在非双极功率控制模式、本站或对站无重合中性母线断路器（Neutral Bus Switch，NBS）命令［6］。

2）默认高端换流器执行自动重启，低端换流器隔离。

3）重启后双极功率值为重启时刻另一极的功率值。

4）若线路重启不成功闭锁后进入降压模式，启用REBOOT重启后，自定转为全压模式。

具体逻辑如图2所示。

图2 REBOOT逻辑判断与出口

2.3 直流线路故障再启动功能投退验证

±800 kV特高压鲁固直流工程在整流侧和逆变侧都配备“直流线路故障再启动”功能。该工程可通过直流顺控界面上的“直流线路故障再启动”按钮实现“投入/退出”功能，整流侧与逆变侧、主控站与非主控站均能通过顺控界面直流线路故障再启动按钮来进行该功能投退操作，但存在控制级别、整流侧和逆变侧逻辑配合问题。针对不同工况，对鲁固直流系统线路故障重启功能进行了3次试验，并记录实验结果，汇总实验结果如表2所示。

表2 线路故障重启实验结果

分析可知，当控制级别为系统层控制时，由主控站控制两站“直流线路故障再启动”功能投退。当控制级别为站层控制时，若站间通信正常，由整流侧控制两站“直流线路故障再启动”功能投退；若站间通信故障，由各站独立控制“直流线路故障再启动”功能投退。在运检工作中，应在运行规程中对此进行明确规定，操作时根据现场情况采取适宜的方法。

3 结语

以±800 kV鲁固直流输电工程为例，介绍了直流线路再启动功能基本配置和原理，针对直流线路再启动功能投退、实现方式进行了重点分析。结合±800 kV鲁固直流系统联调试验结果，对直流线路再启动功能进行了具体的验证与分析，为今后直流输电工程直流线路再启动功能的设计与配置提供了参考和借鉴。