特高壓換流站接地極線路保護(hù)的新方法

柴斌+李小娣+雷戰(zhàn)斐

摘 要：目前特高壓換流站接地極線路保護(hù)，通常配置接地極線路不平衡保護(hù)和接地極線路阻抗監(jiān)視。接地極線路不平衡保護(hù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)保護(hù)線路全長(zhǎng)。接地極線路阻抗監(jiān)視功能在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)警，可靠性較低。本文提供一種接地極線路保護(hù)的方法，實(shí)現(xiàn)了接地極線路的全長(zhǎng)保護(hù)，故障情況下可以準(zhǔn)確的確定故障點(diǎn)，大大提高了接地極線路的運(yùn)維效率，增強(qiáng)了直流系統(tǒng)的可靠性，減輕檢修人員的工作強(qiáng)度和時(shí)間，極大減少接地極址的運(yùn)行維護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：接地極線路保護(hù)；阻抗監(jiān)視；新方法

0 引言

特高壓直流輸電技術(shù)具有輸送容量大、輸電距離遠(yuǎn)和控制性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在電能的遠(yuǎn)距離傳輸及區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)中發(fā)揮了舉足輕重的作用。接地極是特高壓直流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，主要起到提供大地電流回路、建立系統(tǒng)電壓參考點(diǎn)等作用。隨著特高壓直流輸電工程的不斷建設(shè)和投運(yùn)，接地極引線的保護(hù)顯得越來(lái)越重要。

接地極線路阻抗監(jiān)視功能，通過(guò)在站內(nèi)和接地極側(cè)配置變壓器、阻斷濾波器和注流濾波器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)到接地極這一段接地極線路狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。其原理是向極引線注入高頻交流電流，并測(cè)量注入點(diǎn)處的對(duì)地電壓，通過(guò)該電流和電壓值計(jì)算出阻抗值，該阻抗值反應(yīng)了極引線的狀況，其幅值的突然變化可以作為阻抗故障的判據(jù)。但實(shí)際運(yùn)行中該功能經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)警，可靠性低。鑒于上述原因，提出一種接地極線路保護(hù)的新策略，即在接地極站端增加兩臺(tái)電流互感器，分別與站內(nèi)接地極出線電流互感器構(gòu)成接地極線路兩條導(dǎo)線全長(zhǎng)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，對(duì)于特高壓直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要的理論及實(shí)際意義。

1 接地極線路差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法

1.1 接地極線路差動(dòng)保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)

接地極線路差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法是在換流站接地極側(cè)增加兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，該測(cè)點(diǎn)與站內(nèi)的接地線側(cè)IEDL1和IDEL2測(cè)點(diǎn)一起完成接地極線路差動(dòng)保護(hù)，如圖1所示。其具體步驟為：在接地極（接地站）端接地極線路兩組引線至構(gòu)架處分別加裝電流互感器T3和電流互感器T4，將流過(guò)電流互感器T3、T4的電流IDEE1、IDEE2分別經(jīng)接地極線路光纜送入換流站內(nèi)極保護(hù)裝置，與換流站內(nèi)接地極線路出線處電流互感器T1、T2的電流IDEL1、IDEL2進(jìn)行邏輯比較，當(dāng)任意一組接地極線路引線兩段電流差的絕對(duì)值|IDEL1-IDEE1|或|IDEL2-IDEE2|>max{200A，0.05*（|IDEL1+IDEE1|或|IDEL2+IDEE2|）}時(shí)，判定為接地極故障，否則判定接地極運(yùn)行正常。此方法不僅能保護(hù)接地極線路全長(zhǎng)，而且可以有效地反應(yīng)接地極線路的故障點(diǎn)并準(zhǔn)確動(dòng)作。

增加的主要設(shè)備包括：CT一次測(cè)量設(shè)備，CT二次接口設(shè)備，當(dāng)采用不同的CT時(shí)，配置不一樣。下面分別按零磁通CT和光CT配置介紹具體的實(shí)現(xiàn)方案。

1.1.1 采用零磁通CT

當(dāng)采用零磁通CT時(shí)，需要從國(guó)外采購(gòu)設(shè)備，每站兩臺(tái)。

零磁通電子單元需要配置兩面屏柜，每個(gè)屏柜配置三個(gè)電子單元。控制保護(hù)的IO接口單元需要配置兩面，每極一面，每面里配置3臺(tái)IO接口裝置，分別用于A、B、C三套保護(hù)，采集量需要送至站內(nèi)的保護(hù)裝置，需要在接地極屏柜內(nèi)增加多模轉(zhuǎn)單模模塊，在站內(nèi)保護(hù)主機(jī)屏柜增加單模轉(zhuǎn)多模模塊。一種需要4面屏柜。

1.1.2 采用光CT

當(dāng)采用光CT時(shí)，可以采用南瑞繼保公司光CT，每站兩臺(tái)。

現(xiàn)場(chǎng)只需配置2面合并單元柜，每極一面，每面里配置3臺(tái)合并單元裝置，分別用于A、B、C三套保護(hù)，采集量需要送至站內(nèi)的保護(hù)裝置，需要在接地極屏柜內(nèi)增加多模轉(zhuǎn)單模模塊，在站內(nèi)保護(hù)主機(jī)屏柜增加單模轉(zhuǎn)多模模塊。共需兩面屏柜。

當(dāng)采用光CT時(shí)，與站內(nèi)的IDEL1、IDEL2類型不一致，可以通過(guò)延時(shí)躲過(guò)特性不一致的情況，不會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

1.2 接地極線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作策略

保護(hù)原理：|IDEL1-IDEE1|或者|IDEL2-IDEE2|>max{I_set，0.05*（|IDEL1+IDEE1|或|IDEL2+IDEE2|）}（其中I_set為200安）時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，雙極運(yùn)行時(shí)執(zhí)行極平衡命令，單極運(yùn)行時(shí)先執(zhí)行移相重啟，重啟不成功再跳閘。

1.3 接地極線路差動(dòng)保護(hù)功能驗(yàn)證

本發(fā)明方法是在接地極（接地站）內(nèi)引線至進(jìn)線構(gòu)架處增加兩組電流互感器T3、T4以及二次接口設(shè)備，測(cè)得的二次電流送入轉(zhuǎn)換及遠(yuǎn)傳接口柜中的接口設(shè)備，經(jīng)接地極線路光纜OPGW傳送至換流站內(nèi)，再經(jīng)接口設(shè)備送入極保護(hù)裝置，極保護(hù)通過(guò)判別接地極線路兩組導(dǎo)線兩段電流差的絕對(duì)值是否滿足判據(jù)條件，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)功能。

案例：某換流站單極雙閥組大地回線運(yùn)行，輸送功率4000MW（1.0p.u），電流5000A，單根接地極線路電阻約為2歐姆。如圖2所示，當(dāng)接地極引線1中點(diǎn)附近發(fā)生接地故障時(shí)，進(jìn)行分析計(jì)算，并判斷保護(hù)動(dòng)作情況。

（1）正常運(yùn)行：正常運(yùn)行時(shí)流過(guò)T1、T2、T3、T4電流都為2500A，則任意一組接地極線路引線兩端電流差為零，接地極正常運(yùn)行。

（2）接地極引線1中點(diǎn)發(fā)生接地時(shí)：

IDEL1=5000A×3=3333.33A IDEE1=0A

IDEL2=5000 A×3=1666.67A IDEE2=1666.67A

則可知|IDEL1-IDEE1|=3333.33A

|IDEL2-IDEE2|=0A；

|IDEL1+IDEE1|=3333.33A

|IDEL2+IDEE2|=3333.34A

max{I_set，0.05*（|IDEL1+IDEE1|或IDEL2+IDEE2）}=200A。

邏輯判斷如下：

|IDEL2-IDEE2|=0A<200A，條件不滿足，接地極差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。

|IDEL1-IDEE1|=3333.33A>200A，條件滿足，接地極差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，先執(zhí)行移相重啟，重啟不成功再跳閘。

2 接地極線路差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)需具備條件

1.為實(shí)現(xiàn)接地極線路差動(dòng)保護(hù)，需要在接地極側(cè)增加兩個(gè)CT，與換流站內(nèi)的IDEL1和IDEL2配合完成差動(dòng)保護(hù)，CT的選型應(yīng)滿足保護(hù)所需的測(cè)量精度。

2.接地極至站內(nèi)的通信采用一路OPGW方案，如接地極線路與直流線路同桿并架，可分用直流線路OPGW中部分光纖芯。

3.接地極配置一路10kV站用電源，蓄電池按兩電三充配置。

4.接地極線路差動(dòng)保護(hù)作為提升特高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性措施之一，是對(duì)目前保護(hù)配置的有效補(bǔ)充，該保護(hù)退出運(yùn)行時(shí)，不影響直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種全新的特高壓直流輸電系統(tǒng)接地極線路保護(hù)方法。該方法是在接地極內(nèi)引線至進(jìn)線構(gòu)架處增加兩組電流互感器以及二次接口設(shè)備，測(cè)得的二次電流送入轉(zhuǎn)換及遠(yuǎn)傳接口柜中的接口設(shè)備，經(jīng)接地極線路光纜OPGW傳送至換流站內(nèi)，再經(jīng)接口設(shè)備送入極保護(hù)裝置，極保護(hù)通過(guò)判別接地極線路兩組導(dǎo)線兩段電流差的絕對(duì)值是否滿足判據(jù)條件，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)功能。接地極線路差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)了極地極線路的全長(zhǎng)保護(hù)和故障的準(zhǔn)確定位，提高換流站整體運(yùn)行的安全性和可靠性。