楚穗直流孤島運行方式下電站側孤島專用裝置研發

陳映喜，李銳奎，李春露（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南　大理 675702）

楚穗直流孤島運行方式下電站側孤島專用裝置研發

陳映喜，李銳奎，李春露
（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南大理 675702）

小灣水電站配套送出工程（楚穗直流）運行方式除聯網運行外，還設計了孤島方式運行。孤島運行方式與聯網運行方式有較大區別，相應的調速、勵磁等系統的參數需進行切換，電站側應設置配合孤島運行方式的相應裝置。根據±800kV楚穗直流孤島調試試驗中的工程經驗，總結介紹了電站側孤島專用裝置與安穩裝置之間，孤島專用裝置與站內調速、勵磁等系統之間的相互交換信號內容、要求以及接口方案。

楚穗直流；孤島專用裝置；交換信號；接口方式；小灣水電站

0　概述

小灣水電站配套送出工程（楚穗直流）是世界上首條±800 kV、輸電容量為5 000 MW的特高壓直流輸電線路。楚穗直流運行方式除聯網運行外，還設計了孤島方式運行。為了避免楚穗直流故障時的功率轉移，減少對交流電網的影響，簡化楚穗直流安穩系統的配置以及提高云電外送能力，電網網架規劃設計確定了送端孤島運行方式，該方式將作為楚穗直流運行時的一種正常運行方式。

南方電網公司為了驗證直流線路孤島運行可靠性及可行性，全面檢驗一、二次設備的性能、發現并消除缺陷，由南方電網總調主導進行了楚穗直流孤島調試試驗，從2010年10月至2013年4月，小灣水電站已配合完成直流功率從 1 000 MW 到 5 000 MW（滿負荷）孤島試驗六個階段的調試工作。該調試試驗是首條±800 kV直流輸電線路調試的一部分，同時也是國內直流輸電線路的首次孤島調試，無論在參與調試人員的規模上還是技術難度上都是空前的。

1　送端電站側設置孤島專用裝置必要性

楚穗直流輸電系統轉為孤島運行方式時，與聯網運行方式不同，在孤島運行方式下送端頻率、電壓無法依靠網內機組共同調節，只能依靠機組自身調節和直流頻率控制。同時由于小灣水電站遠離換流站，楚穗直流孤島運行方式下送端電網十分薄弱，有效短路比很低，孤島系統中交直流系統的故障，均有可能引發送端系統失穩，并且直流雙極閉鎖情況下過電壓問題也十分突出，威脅換流站及電站主設備安全。

鑒于以上問題，要求送端電站也應設置配合孤島運行方式的相應裝置，在運行方式由聯網向孤島轉換時，對調速器、勵磁、監控系統AVC、AGC等進行運行參數切換、相應功能投退，同時孤島運行方式下直流雙極閉鎖時能夠快速切機，快速消除發電機組輸出功率與直流系統傳輸功率間的不平衡。

2　孤島專用裝置配置及接口方式

電站安穩裝置所在位置——開關站到設計執行機構機組調速器控制柜所在位置——與地下廠房直線距離約1 000 m，故小灣水電站孤島專用裝置設計為開關站孤島專用裝置和廠房孤島專用裝置。開關站孤島專用裝置和廠房孤島專用裝置均采用A、B兩套PLC雙重化配置，A、B兩套PLC之間采用熱備光纖實現熱備冗余。兩裝置之間通過A、B兩網實現雙網冗余配置、兩裝置間所有信號的交互均采用光纖傳輸來完成。小灣水電站孤島專用裝置配置及接口方式如圖1所示。傳統的繼電器電接口方式雖然簡單、易實現，但由于兩孤島專用裝置間直線距離長，長距離信號處理上采用光纖接口方式較于電接口方式在快速性和可靠性上較好，故裝置間采用光纖接口。

3　孤島專用裝置與楚穗直流安全穩定控制策略相關二次設備的關系以及交換信號

為了保證楚穗直流安全穩定運行，電網設置了孤島判斷系統、換流站的安穩、極控系統、電站的安穩系統相配合。孤島專用裝置與這些設備關系如圖2所示。

圖1　小灣水電站孤島專用裝置配置及接口方式

開關站孤島專用裝置及廠房孤島專用裝置間交換的信號包括孤島方式信號、聯網方式信號和直流停運信號三種。楚穗直流運行方式及運行狀態主要由楚穗直流孤島判別系統進行判別，孤島判別系統中楚雄換裝置采集線路潮流及換流站斷路器位置信息，綜合小灣水電站、和平站裝置傳來的信息，判斷出直流運行方式及運行狀態，并以開關量的形式發送至換流站極控系統及安穩控制系統，換流站安穩系統再將3種信號轉發給電站側安穩系統。電站安穩裝置子站接收換流站安穩裝置送出信號后的信號傳輸示意見圖3。

開關站孤島專用裝置及廠房孤島專用裝置間交換的信號要求見表2。為方便事故追憶，開關站孤島專用裝置接收到信號反饋、廠房孤島專用裝置送出信號反饋、調速器電氣柜收到信號反饋，都自動記錄至小灣水電站監控系統。同時，監控系統根據聯網/孤島模式切換信號，全廠AGC、AVC功能自動退出、電站側AVC調壓系數自動切換；孤島運行方式下直流停運信號時發電機組有無功PID功能自動退出，全廠AGC、AVC功能自動退出，保證電廠的安全穩定運行。

圖2　孤島專用裝置與楚穗直流安全穩定控制策略相關二次設備聯系

圖3　信號傳輸示意

4　孤島專用裝置手動控制回路簡介

楚穗直流孤島調試試驗歷時較長，調試試驗初期電站側控制邏輯方面存在很大的不確定性，為方便電站側配合孤島調試試驗工作，方便孤島專用裝置自動回路的檢修，且保證在自動回路失效的極端情況下，孤島專用裝置仍能發揮作用。小灣水電站孤島專用裝置還設計了由純繼電器回路組成的手動回路，位置設計于廠房孤島專用裝置，如圖4所示。

5　存在的問題和建議

（1）小灣水電站孤島專用裝置設計之初，只考慮與調速器控制柜的接口，為保證孤島運行方式孤島系統的穩定，應同時考慮與勵磁控制柜、電站監控系統的接口。

（2）正式孤島調試試驗前，電站側需根據各自電站實際設備情況，加強機網協調研究，孤島運行方式送端電站側頻率控制、電壓控制的研究，包括AGC、AVC運行的研究，保證主設備的安全。

圖4　孤島專用裝置手動控制回路

（3）孤島專用裝置與電站安穩裝置的交換信號在孤島方式、聯網方式、直流停運的基礎上，建議安穩裝置應盡可能送出更全信號，方便電站側進行邏輯組態。以小灣電站為例，應進一步送孤島A、孤島B（分/合廠）信號。

（4）建議電網統一送端電站側孤島專用裝置設計導則、規范，標準。包括接口方案最低配置、交換信號內容、GPS時鐘、轉發執行最短時間、上送電網主站相應信息等。

孤島運行方式下若發生直流停運，線路、機組頻率、電壓較聯網方式下較大，應統一考慮涉及到的頻率、電壓的量程。如：計算機監控系統監控用頻率、電壓變送器、交采表，PMU裝置、調速器用頻率變送器、勵磁用電壓變送器的量程。

表2　信號要求

（5）若規劃設計階段電站應統籌考慮機組調相運行深度，電氣一次設備過壓能力，調速器、勵磁系統多模式切換功能等。

6　結語

特高壓直流輸電工程孤島運行方式下，送端電站側設置配合孤島運行方式孤島專用裝置，為方便調試試驗以及自動回路檢修需要，孤島專用裝置應設置為自動/手動兩個回路。小灣水電站孤島專用裝置雖然仍存在一些問題，但裝置配置的原則、信號交換內容及要求、接口方式具有一定的參考意義，為后續投運的特高壓直流輸電工程配套電源電站提供了運行經驗。

［1］吳林平，張慶武，王俊生，等.高壓直流工程中交直流系統協調控制接口方式［J］.南方電網技術，2011，5（2）：22-25.

［2］徐攀騰.云廣特高壓直流輸電工程送端孤島頻率控制分析［J］.電力建設，2011，32（11）：48-50.

［3］李宇峰，朱華，等.小灣巨型水電站計算機監控系統在孤島模式下的控制與實現［J］.水電自動化與大壩監測，2012，36（6）：9-11.

［4］梅勇，徐光虎，黃方能，等.南網總調直調安全穩定控制系統調度運行方案（2012年版）［R］.廣州：南方電網公司，2012.

［5］鐘智，曹一凡.小灣電廠孤島方式運行風險分析報告［R］.大理：小灣水電廠，2011.

（責任編輯王琪）

Development of Island Dedicated Devices of Power Station under Chu-Sui DC-Isolated Operation Mode

CHEN Yingxi，LI Ruikui，LI Chunlu
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

The matching power transmission project（Chu-Sui DC system）of Xiaowan Hydropower Station is designed to be able operated in joint or isolated modes.The isolated operation mode is quite different with joint operation，in which the parameters of speed regulating system and excitation system need to should be switched，so the special island dedicated devices should be set in power station.According to the engineering experiences of island debugging test for±800 KV Chu-Sui DC system，the contents and requirements of signal switching and the interface scheme between the island dedicated devices in power station and the security devices and the speed regulating and excitation systems are introduced herein.

Chu-Sui DC system；island dedicated device；exchange of signal；interface mode；Xiaowan Hydropower Station

TM621.6（274）

A

0559-9342（2015）10-0060-04

2015-07-29

陳映喜（1985—），男，云南大理人，工程師，主要從事水電廠計算機監控運行維護工作.