±800 kV直流輸電交流濾波器過流保護(hù)

周源，陳國峰，高暉

(中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司，昆明 650217)

1 前言

特高壓直流輸電系統(tǒng)輸電容量大，換流裝置多，在換流時產(chǎn)生大量的諧波。諧波會引起電氣應(yīng)力的增加、發(fā)熱、控制保護(hù)的誤動作、干擾通信系統(tǒng)等危害，必須予以抑制。通常采用裝設(shè)交流濾波器的方法來消除交流側(cè)的諧波，交流濾波器還可以起到調(diào)控電壓和無功的作用。某±800 kV換流站輸送容量達(dá)5000 MW，輸送距離1373 km，采用雙十二脈動閥組串聯(lián)的接線方式，但是孤島運(yùn)行方式下單極閉鎖會導(dǎo)致A、B型濾波器過流保護(hù)異常動作，須深入分析研究，采取措施避免該保護(hù)誤動作。

2 系統(tǒng)配置

2.1 交流濾波器的配置

±800 kV換流站的換流器的脈動數(shù)為十二，交流側(cè)產(chǎn)生的諧波次數(shù)為12k±1(k為正整數(shù))，且特征諧波次數(shù)越高，其有效值越小。為此裝設(shè)了4個大組交流濾波器，共17小組，每個小組均提供額定無功187 Mvar，總共可提供的無功功率為3179 Mvar，有四種類型:A:DT(11/24)、B:DT(13/36)、C:HP3、D:Shunt C。接線如圖1所示。

圖1 換流站交流濾波器配置圖

2.2 交流濾波器過流保護(hù)

交流濾波器過流保護(hù)主要保護(hù)濾波器組或并聯(lián)電容器組，防止過電流的損壞，固定采用濾波器高壓端電流。其電流定值可整定為交流濾波器做大可能通過電流的均方根的1.2倍，延時應(yīng)該考慮濾波器的熱穩(wěn)定因素，同時需要考慮躲開交流線路故障及恢復(fù)的最長時間。對于楚穗直流和普僑直流，還應(yīng)考慮孤島運(yùn)行方式下單極閉鎖時短時過壓及頻率升高的情況下不會誤動。該保護(hù)在濾波器首端電流互感器的采樣電流達(dá)到保護(hù)動作定值的0.95倍時啟動，開放保護(hù)正電源，達(dá)到保護(hù)定值后，經(jīng)動作延時出口，跳開相應(yīng)小組濾波器。

2.3 直流孤島運(yùn)行方式

楚穗直流正常運(yùn)行有聯(lián)網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行方式。以下三種情況下將采用孤島運(yùn)行方式:一是當(dāng)汛末云南面臨全面棄水或小灣水庫接近蓄滿后，小灣電廠出力不再受流域優(yōu)化限制時;二是當(dāng)云南外送電力需求超過9600 MW時;三是當(dāng)楚穗直流聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，云南總外送功率大于8400 MW時 (直流輸送功率大于3800 MW，500 kV交流斷面按最大能力4050 MW滿送、另外魯布革電廠通過220 kV外送550 MW)，雙極閉鎖大功率潮流轉(zhuǎn)移將導(dǎo)致主網(wǎng)功角失穩(wěn)時。由此可見，孤島運(yùn)行對增大云南外送電量及增強(qiáng)主網(wǎng)穩(wěn)定性方面有較大優(yōu)勢，但是孤島運(yùn)行方式下單極閉鎖時產(chǎn)生的瞬時過電壓 (交流場線電壓最高達(dá)到640 kV左右)及高頻率 (達(dá)到55 Hz左右)，對設(shè)備形成嚴(yán)峻考驗，極易造成設(shè)備損壞，甚至發(fā)生單極閉鎖演變成雙極閉鎖的嚴(yán)重事故。

3 實例分析

楚穗直流孤島調(diào)試進(jìn)行極I單極保護(hù)出口閉鎖試驗過程中，試驗人員人工設(shè)置27DC直流低電壓保護(hù)使極I閉鎖，極I閉鎖后3.2 s，直流功率由閉鎖前約4905 MW快速降到3500 MW(極II三秒過負(fù)荷1.4 pu)，因直流功率大幅降低，換流器消耗無功功率相應(yīng)大幅減少，導(dǎo)致楚雄換流站交流電壓快速升高至612 kV左右，直流站控過電壓限制控制邏輯啟動切交流濾波器小組 (交流母線電壓大于588 kV后延時1秒啟動，約160 ms切除一組ACF小組)，共切除4小組D型交流濾波器，楚雄站交流電壓在極I閉鎖后約1.72 s被控制在580 kV左右。

極I閉鎖后3.2 s，極2經(jīng)過3 s的1.4倍過負(fù)荷后，極II輸送功率降為1.1倍過負(fù)荷，因有功功率再次大幅降低導(dǎo)致閥組消耗無功再次大幅減少，導(dǎo)致楚雄站500 kV交流母線電壓由582 kV左右快速升高至605 kV以上，從現(xiàn)場錄波TFR可見，此時直流站控過電壓限制控制邏輯再次啟動發(fā)出切交流濾波器小組命令，但因PSD故障而使交流濾波器小組未能切除，極II三秒過負(fù)荷結(jié)束后約2 s，楚雄站運(yùn)行中的全部8小組A、B型交流濾波器因過流保護(hù)動作跳閘，從而使直流運(yùn)行不滿足最小交流濾波器要求 (無A、B型濾波器)，導(dǎo)致極II因FASOFF動作最終閉鎖。從故障錄波波形上看，500 kV 563、564、571、572、581、582、594、595小組濾波器首端CT電流在故障時間內(nèi)三相交替或同時大于保護(hù)定值272 A(二次值0.68 A)，且持續(xù)時間均達(dá)到動作時間2 s，滿足動作邏輯，保護(hù)動作正確。595小組濾波器保護(hù)的錄波如圖2所示，其余小組濾波器的錄波與此類似。

圖2 595小組濾波器保護(hù)錄波圖

圖中可看出，單極閉鎖后，交流場母線電壓最高達(dá)到640.2 kV，頻率最高達(dá)到55.2 Hz，交流濾波器首端電流上升到292 A(二次值為0.73 A)左右。

從此次保護(hù)動作行為上看，雖然另一極閉鎖原因是由于PSD裝置故障未發(fā)小組濾波器切除指令而導(dǎo)致A、B小組濾波器過流，但是單極閉鎖后電壓和頻率均會升高，對交流濾波器的影響必須加以考慮，即原來的定值0.68 A/2 s(A、B型)需要作出調(diào)整，以適應(yīng)之后的孤島運(yùn)行方式。

4 過流保護(hù)整定原理

4.1 穩(wěn)態(tài)額定值計算原理

穩(wěn)態(tài)額定值計算的原理如圖3所示。

圖3 交流濾波器定值計算原理圖

圖3中為等效的系統(tǒng)諧波源，為等效的換流器諧波源，、分別是等效的系統(tǒng)阻抗和濾波器阻抗。定值計算首先要考慮換流器諧波。斷開K1，閉合K2、K3，計算系統(tǒng)阻抗與濾波器阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振時，換流器諧波在濾波器元件上引起的應(yīng)力。斷開K2，閉合K1、K3，計算系統(tǒng)阻抗與濾波器阻抗發(fā)生串聯(lián)諧振時，系統(tǒng)諧波在濾波器元件上引起的應(yīng)力。根據(jù)上述兩種諧波源影響下濾波器元件上所受到的應(yīng)力，來確定濾波器元件定值參數(shù)。

4.2 穩(wěn)態(tài)額定值計算

在性能計算得到滿足要求的交流濾波器配置和確定投切策略之后，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)額定值計算，最終決定交流濾波器穩(wěn)態(tài)額定值結(jié)果。性能計算和穩(wěn)態(tài)額定值計算的流程圖如圖4所示。在穩(wěn)態(tài)額定值計算之后，計算交流濾波器暫態(tài)額定值，以確定交流濾波器元件的最終定值。

按照上述方法，計算出的A型交流濾波器的電容器電壓電流值如表1。

圖4 性能計算和穩(wěn)態(tài)額定值計算流程圖

直流交流濾波器接線方式及參數(shù)如圖5。

圖5 ±800 kV楚雄換流站交流濾波器接線及參數(shù)

表1 換流站A型電容穩(wěn)態(tài)額定值計算結(jié)果 (均方根)

根據(jù)上述參數(shù)，在PSCAD軟件上進(jìn)行仿真分析，正常運(yùn)行時交流濾波器首端電流均在200 A(變比400/1，二次值為0.5 A)左右.孤島運(yùn)行方式下單極閉鎖的情況，A、B型交流濾波器的首端電流都能在4 s內(nèi)下降到272 A(二次值0.68 A)以下，C型交流濾波器能在2 s內(nèi)降到320 A(二次值0.8 A)以下，D型交流濾波器能在2 s內(nèi)降到316 A(二次值0.79 A)以下。同時，交流濾波器首端最大電流還應(yīng)考慮各元件允許的最大運(yùn)行電流。綜合上述各種因素，A、B型交流濾波器過流保護(hù)的電流定值設(shè)置為0.68 A是合適的，但是時間延時應(yīng)由2 s改為4 s較為合適，C型與D型交流濾波器過流保護(hù)的定值分別為0.8 A/2 s、0.79 A/2 s。

針對換流站在孤島運(yùn)行方式下出現(xiàn)的過壓和高頻的情況，應(yīng)更改A、B型交流濾波器的過流保護(hù)定值，宜將過流保護(hù)延時由2 s改為4 s，確保一次設(shè)備在可承受的電壓電流條件下，不發(fā)生保護(hù)誤動。

5 結(jié)束語

通過交流濾波器穩(wěn)態(tài)額定值計算原理和模型，計算出合適的過流保護(hù)定值，使楚雄換流站在孤島運(yùn)行方式下，不會因電壓和頻率的升高而誤動，減少由單極閉鎖發(fā)展成雙極閉鎖的風(fēng)險。

［1］趙婉君.高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2004.

［2］浙江大學(xué)直流輸電科研組.直流輸電［M］.北京:水利電力出版社，2011，5(1):25－28.

［3］黃瑩，黎小林，饒宏，等.云廣±800 kV直流輸電工程交流濾波器設(shè)計關(guān)鍵問題研究 ［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2010，4(2):67－71.

［4］徐峰，呂濤，曹繼豐.云廣直流±800 kV交流濾波器的電阻過負(fù)荷保護(hù) ［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2011，5(1):53－56.

［5］賈磊，蔡漢生，吳小辰，等.云廣±800 kV直流工程孤島運(yùn)行過電壓水平研究［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2011，5(4):24－28.

［6］朱韜析，郭衛(wèi)明，何杰.南方電網(wǎng)直流輸電工程的交流濾波器保護(hù)［J］.電力建設(shè)，2011，32(1):45－48.

［7］南瑞繼保.RCS－976AG系列交流濾波器成套保護(hù)裝置［M］.南京，南瑞繼保，2008.

［8］羅宇航，夏擁，左干清.穗東換流站交流濾波器保護(hù)誤動作分析及改進(jìn)措施［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2010，4(2):85－87.

［9］羅宇航，張振華，張文，等.云廣直流系統(tǒng)交流濾波器保護(hù)誤動作分析及改進(jìn)措施［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39(3):137－140.