同塔雙回直流共用接地極對單極金屬與單極大地回線方式轉換影響研究

王　蒙，陳　浩

(南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣州　510405)

?

同塔雙回直流共用接地極對單極金屬與單極大地回線方式轉換影響研究

王蒙，陳浩

(南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣州510405)

牛從直流為同塔雙回共用接地極建設，一回單極金屬與單極大地回線方式相互轉換過程中存在接地極接入、站高速接地開關合上的短暫過程，若此時另一回為單極大地回線方式運行，則接地極電流將在轉換回產生分流。分析了單極大地運行回線的接地極電流分流至另一回線的機理，梳理的了該分流電流對保護的影響，并提出了防范措施和建議。

牛從直流；共用接地極；單極金屬回線

牛從直流采用兩個典型的直流雙極接線方式并共用接地極[1]，存在一回接地極電流通過接地極線路及接地極形成通路流入另一回的可能。正常運行中，極在檢修狀態時，則必在隔離狀態，接地極電流無法形成通路；極在非檢修狀態時無地刀在合位，接地極電流也法形成通路。但在一回單極金屬與單極大地回線方式相互轉換過程中存在接地極接入、站高速接地開關合上的短暫過程，若此時另一回為單極大地回線方式運行，則接地極電流通過接地極線路、接地極刀閘、站高速接地開關、大地形成回路，將在轉換回產生分流，將對轉換過程和接地極電流有關的保護造成影響。

1　過程分析

圖1為牛從直流接線圖。以Ⅰ回(牛從甲)極1為例，在金屬回線轉大地回線過程中，考慮到直流開關本身的動作時間，控制系統從檢測到10500刀閘合位再發出斷開1040開關命令，直到1040開關完全斷開，這個過程一般在90ms左右。同理大地回線轉金屬回線過程中，先合上1040開關，再拉開10500刀閘，這個過程一般在7.5 s左右。所以在單極金屬回線與單極大地回線轉換過程中，會短暫出現接地極接入，站高速接地開關合上的特殊工況。

圖1　牛從直流接線圖

2　接地極入地電流分流至另一回的分析

金屬回線方式與大地回線方式轉換過程中整流站的站接地開關不會動作，僅逆變站站接地開關合上以鉗制電位，所以此轉換過程中整流站不會出現接地極接入站高速接地開關合上導致分流的情況，僅逆變站可能出現。以下分析均以逆變站，且Ⅱ回極1單極大地回線運行，入地電流分流至Ⅰ回為例進行。

圖2為一回單極大地回線方式運行時，接地極入地電流分流至另一回簡化圖。圖2中，U11M和U21M分別表示單極大地回線運行極的正極整流側及逆變側12脈動閥體兩側的電壓；Re1M、Re2M分別代表整流側和逆變側接地極接地電阻；ReL1M和ReL2M分別代表整流側和逆變側接地極引線電阻；IdM代表直流電流；Rd1M代表直流線路電阻；R站代表換流站站接地網電阻；ReL2代表另一回接地極引線電阻。在逆變站，ReL2=ReL2M=3.590 7Ω，R站=0.432Ω,Re2M=0.25Ω[2]。

圖2　接地極入地電流分流至另一回簡化圖

根據電路原理，當單極大地回線極直流電流為IdM時，在另一回接地極線路上分得的電流為。

當Ⅱ回單極大地回線運行在額定功率時電流為3 200 A，則分流至Ⅰ回的電流則為187 A，考慮故障閉鎖導致的單極大地運行極3 s過負荷能力為1.4倍則分流電流為262 A，2 h過負荷能力為1.2倍則分流電流為225 A。此分流電流將嚴重危及接地極線路上或換流站內接地極刀閘靠線路側檢修人員的人身安全，并可能在單極金屬與單極大地回線轉換過程中出現帶電流分開關或刀閘的情況。

3　單極金屬與單極大地回線轉換過程中分流電流對保護的影響

由于換流器保護區、直流母線保護區、直流濾波器保護區和直流線路保護區的保護范圍沒有涉及接地極部分，因此主要分析極中性母線保護區、雙極保護區和接地極線路保護區的保護受影響情況。雙極區保護測點及配置如圖3所示[3]。

圖3　雙極區保護測點及配置

單極金屬與單極大地回線方式轉換過程中，接地極接入，站高速接地開關合上時，此時通過接地極線路、接地極刀閘、站高速接地開關形成回路，造成Idee1、Idee2、Idee4量(正常方式下應為0)相關的保護受到影響，且此時Idee1+Idee2=Idee4=ΔI。取Idee1、Idee2、Idee4量的保護主要為接地極開路保護59EL、接地極電流不平衡保護60EL、接地極過流保護76EL、接地極母線差動保護87EB、金屬回線接地保護51MRGF、高速接地開關保護82-HSGS、站接地網過流保護76S G[4]。

3.1接地極開路保護59EL

接地極開路保護59EL邏輯為UdN>U_set&(|Idee1+Idee2|

Idee1、Idee2僅作為防止感應電壓的輔助判據，且分流過來的電流使得|Idee1+Idee2|增大，與59EL邏輯相反。根據牛從直流共用接地極研究報告，共用接地極對地電位抬升值△U僅提高0.58 kV，遠遠小于接地極線開路保護的定值。所以因共用接地極引起的分流和中性母線電壓升高均不會造成59EL動作。

3.2接地極電流不平衡保護60EL

Ⅰ回接地極線路上分得的電流在Idee1和Idee2測點上仍將相同，所以接地極電流不平衡保護60EL不會受到影響。

3.3接地極過流保護76EL

接地極過流保護76EL邏輯為:|Idee1|>I_set或|Idee2|>I_set，且檢測接地極接入，報警定值為0.75 pu=2 400 A，動作定值為0.85 pu=2 720 A。

根據分析可知，分流電流遠遠小于定值，且不滿足接地極接入的條件。所以對接地極過流保護76EL無影響。

3.4接地極母線差動保護87EB

單極金屬回線運行時接地極母線差動保護87EB邏輯為：|IdLN1-IdLH_OP-(Idee1+Idee2+Idee4)|>I_set+k_set*IdLN1。告警定值為0.05 pu=160 A，k_set=0.1,I_set=0.06 pu=192 A，告警時間為1 s，單極方式下動作時間定值為600 ms，動作后直接跳閘。

判別式可簡化為2ΔI>192+0.1*IdLN1，將ΔI=0.058 5Id代入其中即為0.117Id>192+0.1*Id，此時對應Ⅱ回單極大地運行功率為大于5 647 MW，由于不可能達到此功率，所以87EB保護不會動作。但是該保護的報警定值為160 A、報警時間定值為1 s，可知電流大小有可能達到告警定值，此時對應的Ⅱ回單極大地運行極功率為大于684 MW。在正常情況下，單極金屬回線方式轉單極大地回線方式的暫態過程時間小于保護告警時間定值，保護不會報警，但在轉換過程中考慮開關各次動作時間的差異和分布，以及發生站接地開關拒動的可能，則87EB保護可能滿足時間定值而報警。在單極大地回線方式轉單極金屬回線方式轉換過程中，如果接地極刀閘在分閘過程中切斷電流的時間若滿足保護動作時間定值，或者接地極刀閘拒動，則87EB保護可能報警。

3.5金屬回線接地保護51MRGF

金屬回線接地保護51MRGF邏輯為：金屬回線方式下，|Idee1+Idee2+Idee4|>I_set+k_set*IdLN。告警定值60 A，告警時間定值60 ms，k_set=0.1，I_set=100 A，動作時間定值800 ms。

在方式轉換的暫態過程中保護仍按單極金屬回線方式考慮，判別式可簡化為2ΔI>100+0.1*IdLN。將ΔI=0.058 5Id代入其中即為0.117Id>100+0.1*Id，此時對應Ⅱ回單極大地運行功率為大于2 941 MW(1.84倍額定電流)，由于不可能達到此功率，所以51MRGF保護不會動作。但是該保護的報警定值為60 A、報警時間定值為60 ms，可知有可能達到告警定值，此時對應的Ⅱ回單極大地運行極功率為大于256 MW時。

牛從直流某日在調試過程中，Ⅰ回極1為備用狀態、Ⅰ回極2在單極金屬回線方式閉鎖狀態、Ⅱ極1在單極大地回線解鎖狀態。運行人員發出Ⅰ回極2由金屬回線轉大地回線方式的命令后，該極金屬回線接地保護51MRGF報警，約1.3s后信號復歸。原因為Ⅰ回極2由金屬回線轉大地回線方式過程中，短暫出現接地極接入，站高速接地開關合上的工況，此時Ⅰ回極2金屬回線狀態信號尚未消失，造成Ⅱ回極1接地極電流分流至Ⅰ回，達到報警定值從而發51MRGF保護報警。

3.6高速接地開關保護82-HSGS

高速接地開關保護82-HSGS邏輯為：站接地開關HSGS指示分閘位置后，滿足|Idee4|>I_set，I_set=75 A，動作時間定值為40 ms，動作后果為發重合快速接地開關HSGS命令，并鎖定開關。

在Ⅰ回為單極金屬回線方式與單極大地回線方式互轉的暫態過程中，站接地開關HSGS在合位，不滿足判據中的HSGS分位要求，82-HSGS保護不會動作。

3.7站接地網過流保護76SG

站接地網過流保護76SG的邏輯為：|Idee4|>I_set。報警定值為60 A，報警時間定值為2 s；雙極運行時動作定值為80 A，動作時間定值為1 700 ms，單極運行時動作定值為100 A，動作時間定值為900 ms。

在方式轉換過程中，Idee4=ΔI可能大于動作定值100 A，即Ⅱ回運行功率大于855 MW。正常情況下單極金屬回線方式轉單極大地回線方式的暫態過程為90 ms左右，小于保護動作時間定值，保護不會動作，但在轉換過程中考慮開關各次動作時間的差異和分布，以及發生站接地開關拒動的可能，則76SG保護可能滿足時間定值而動作。在單極大地回線方式轉單極金屬回線方式轉換過程中，如果接地極刀閘在分閘過程中切斷電流的時間若滿足保護動作時間定值，或者接地極刀閘拒動，則76SG保護可能動作。

4　結語及建議

牛從直流因共用接地極，兩回之間既相互獨立又相互聯系，當一回為單極大地回線運行時，若另一回接地極區域存在接地點，如接地極線路檢修或單極金屬與單極大地回線方式轉換過程中短暫出現的接地極接入站接地開關合上的工況時，將在另一回產生分流，此分流電流與單極大地運行極的功率成正比關系，并可能對人身、設備造成傷害，以及導致保護誤動：

(1)若另一回接地極線路或換流站內接地極刀閘靠線路側設備檢修時，接地極線路地刀合上或接地極線路上懸掛有接地線，單極大地運行極的入地電流將分流至檢修的接地極線路上，嚴重威脅接地極線路或換流站內檢修人員的人身安全。

(2)另一回單極金屬與單極大地回線轉換過程中出現帶電流分開關或刀閘的情況，損傷設備。

(3)若單極大地運行極的功率較大，另一回在單極金屬與單極大地回線轉換過程中，存在金屬回線接地保護51MRGF、接地極母線差動保護87EB報警和站接地網過流保護76SG動作跳閘的可能性。

為避免入地電流分流至另一回造成的影響，建議采取如下措施：

(1)嚴禁接地極極址刀閘未拉開、與另一回接地極未有效隔離的情況下在接地極線路上或換流站內接地極刀閘靠線路側設備上開展檢修工作，以防止另一回的入地電流分流至檢修回對人員造成傷害。

(2)一回單極大地回線方式運行時，應盡量避免在解鎖狀態下進行另一回單極大地回線與單極金屬回線方式的相互轉換，防止轉換過程中入地電流分流造成87EB、51MRGF、76SG等保護可能動作或報警。

(3)必須在解鎖狀態下進行單極大地回線與單極金屬回線方式的相互轉換時，應盡量避免另一回在單極大地回線方式運行，且功率不得過大，防止轉換過程中帶過大的電流分斷開關或刀閘，更不得超過855 MW可能造成76SG保護動作。

(4)研究存在通過共用接地極分流情況下，單極大地回線與單極金屬回線相互轉換過程中，接地極刀閘和站高速接地開關切斷電流的時間與76SG保護延時的配合關系，并進行優化，防止轉換過程中76SG保護動作跳閘。

[1]王春成.共換流站±500 kV同塔雙回直流輸電工程控制系統的分層結構[J].電網技術,2010,34(8):74-75.

WANG Chun-cheng. Hierarchical structure of control system for ± 500 kV DC power transmission project adopting common converter station and double circuits on the same tower [J]. Power System Technology, 2010，34(8)：74-75．

[2]中國南方電網超高壓輸電公司廣州局.從西換流站運行規程[S]. 廣州：中國南方電網超高壓輸電公司廣州局,2013.

(本文編輯：趙艷粉)

Effects of Shared Grounding Electrode With Double Circuit Lines on the Same Tower on the Conversion Between Unipolar Metal Loop and Unipolar Earth Loop

WANG Meng, CHEN Hao

(Guangzhou Bureau, Southern Power Grid EHV Power Transmission Company, Guangzhou 510405, China)

Niuzhai Conghua HVDC project is the construction of the shared grounding electrode with double circuit lines on the same tower. There exists the transient process of grounding electrode connection and high speed grounding switch closing during the conversion of one unipolar metal loop to monopole earth loop. If at this time the other loop is unipolar earth line, the grounding current will produce shunt. This paper analyzes the mechanism of monopole earth loop grounding electrode current producing shunt to the other loop, describes the shunt current influence on protection, and puts forward the preventive measures and suggestions.

Niuzhai Conghua HVDC project；shared grounding electrode; unipolar metal loop

10.11973/dlyny201604007

王蒙，男，工程師，研究方向為高壓直流輸電。

TM771

A

2095-1256(2016)04-0438-04

2016-03-18