一起直流功率异常波动事件分析

姚言超，周登波，严海健，凡朋

（南方电网超高压输电公司广州局， 广州 510000）

0 前言

某±800 kV直流输电工程全长1 413 km，额定输送容量5 GW[1]。因单一送电规模过大[2]，若直流功率发生异常突变，将严重威胁受端电网的安全稳定运行。以下对直流发生的一起低压限流功能误动引起的功率异常突变事件进行了分析，并给出优化措施。

1 直流低压限流功能简介

高压直流输电系统的逆变器发生诸如 换相失败等故障时,将造成直流电压的下 降和直流电流的上升[3]，使直流系统运行条件更加恶劣。为解决该情况，直流系统一般配置低压限流功能，当直流电压低于某一定值时，自动按照预设定曲线降低直流电流；当直流电流高压恢复后，按照曲线恢复相应电流。文献[4]梳理了低压限流的主要作用：可以避免逆变器长期换相失败；减少交流系统内干扰对系统影响；交流系统故障切除后，快速恢复直流系统。

直流系统的低压限流功能由极控系统实现。极控系统分别采集直流电压实际值（直流线路故障和直流闭锁期间，直流电压实际值直接置零）和计算出的直流电压参考值，将两者的比值作为直流电压的输入变量。随后，根据普侨直流低压限流曲线计算出低压限流参考值。低压限流计算值与当前直流电流进行比较，若低压限流计算值较小，则采用低压限流计算值作为有效的电流参考值；反之，则采用当前电流作为有效的电流参考值。为满足电流裕度保护方式，逆变站和整流站采用不同的低压电流特性曲线。直流逆变站低压限流特性曲线如图1所示。

2 故障过程分析

2.1 故障过程简述

15:27，极二高端阀组主系统-控制系统2报故障录波总线故障、系统2与系统1 LAN网通信故障、现场总线故障；极2高端阀组组控系统1故障（主、备用系统LAN故障后闭锁主备用系统的切换，同时会导致备用系统机架故障，备用系统不可用）。

2.2 触发脉冲未闭锁原因分析

相比常规500 kV高压直流工程，特高压直流每个极由两个阀组组成，同时为了保证一个阀组在停运，另外一个阀组可以在解锁状态，每个阀组均配置了旁路开关和旁路刀闸。当两个阀组在解锁状态，手动闭锁其中一个阀组，预闭锁阀组的旁路开关会自动合上，组控系统收到现场总线上送的旁路开关合位信号后，将把触发脉冲闭锁。本次事件，手动闭锁高端阀组后，旁路开关自动合上，但主用系统-组控系统2现场总线故障，导致旁路开关合位信号无法正常上送，引起触发脉冲长期使能。

图1 逆变站低压限流特性图

2.3 直流功率波动原因分析

直流功率波动时录波，如图2和图3所示。从录波图可以看出，功率突降时刻，低压限流功能激活；功率突升时刻，低压限流功能退出，因此，本次直流功率波动和低压限流功能存在因果关系。

图2 功率下降时刻波形

图3 功率上升时刻波形

按上述分析结论，对低压限流功能逻辑进行梳理。直流电压参考值和实际值在极控计算中均是按照标幺值进行表示，基准值为800 kV。为了简化直流参考电压计算，直流电压参考值在单阀组和双阀组额定电压运行条件下，其标幺值均为1，数值均为800 kV,即单阀组运行时标幺值扩大两倍。由于单阀组和双阀组运行时，电压量程不同，为适应参考电压值的定义，直流电压实际值在单阀组和双阀组运行时计算也相应不同。单阀组运行时，其实际电压标幺计算后，再乘于2，为最终的实际电压标幺值；双阀组运行时，实际电压标幺计算后，再乘于1，为最终的实际电压标幺值。判断双阀组运行的条件为两个阀组的触发脉冲同时使能、极控系统未下发阀组紧急停运信号和两个阀组组控系统没有上送组控系统紧急停运信号；上述条件任意一个不满足，则判断为单阀组运行。

手动闭锁极2高端阀组，直流极2直流电压由800 kV降至400 kV，但由于极2高端阀组触发脉冲仍然使能，极控系统认为系统仍然为双阀组运行状态，直流电压比值达到低压限流启动定值，低电压电流功能启动，极2直流电流限流，直流功率由1 250 MW突降至408 MW。极二高端阀组控制系统2报机架故障，两套组控系统均不可用，导致组控紧急停运，并将紧急停运信号通过控制总线上送到极控系统。极控系统收到信号后，判断系统为单阀组运行状态，直流电压比值低于低压限流定值，低压限流功能退出，直流电流恢复正常，直流功率由408 MW突升至1 250 MW。

3 改进措施

3.1 存在问题

由以上分析可知，本次直流功率异常波动根本原因为，旁路开关位置信号上送异常引起的低压限流功能误动。由于旁路开关位置信号涉及到两个阀组在解锁状态、闭锁其中一个阀组情况下的触发脉冲闭锁逻辑，其对直流可靠运行相当关键。然而，阀组控制系统触发脉冲闭锁逻辑仅采用现场总线上送的旁路开关位置信号，信号采用单一。若信号上送回路异常，将严重影响直流系统稳定运行。

3.2 改进措施

近期措施：若阀组控制系统发生类似故障时，及时申请将直流功率降低到最低值或将相应极闭锁，避免出现类似事件。

远期措施：普侨特高压直流工程在第二个阀组解锁时触发脉冲解锁也需要与阀组旁路开关位置信号配合，其分别采用旁路开关位置检测单元和现场总线上送的旁路开关位置信号[5-6]，实现旁路开关位置信号冗余配置。因此，在两个阀组在解锁状态、闭锁其中一个阀组的情况，旁路开关位置信号采集，可以增加采集旁路开关位置检测单元上送的信号。该方法只需进行软件升级，改动比较容易实现。

4 结束语

相比常规500 kV高压直流工程，特高压直流工程控制保护逻辑更复杂。在涉及到两个阀组在解锁状态、闭锁其中一个阀组情况下，旁路开关位置信号参与触发脉冲闭锁逻辑。若旁路开关信号无法正常上送，可能导致阀组触发脉冲无法闭锁，引起低压限流功能误动，最终导致直流功率波动。