高嶺換流站換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作的分析研究

周仁偉，嚴(yán) 兵，徐留杰，楊超峰，王曉武，楊成飛

(許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000)

高嶺換流站換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作的分析研究

周仁偉，嚴(yán) 兵，徐留杰，楊超峰，王曉武，楊成飛

(許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000)

簡(jiǎn)要介紹了直流極保護(hù)中換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)的原理，分析了高嶺換流站換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作的原因，指出其動(dòng)作是正確的；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)一次設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行了修改，并對(duì)相應(yīng)的換流變一次和二次設(shè)備進(jìn)行了檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)異常。最后指出，末屏電壓在閉鎖后波形出現(xiàn)畸變?yōu)殡娙蓦姼旭詈闲?yīng)所致。

直流輸電；換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)；電壓

0 引言

東北-華北聯(lián)網(wǎng)高嶺背靠背換流站位于遼寧省綏中縣高嶺鎮(zhèn)高嶺開關(guān)站的西北側(cè)，換流站設(shè)計(jì)容量1 500 MW，工程于2008年11月25日正式投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了東北電網(wǎng)與華北電網(wǎng)的直流背靠背聯(lián)網(wǎng)。高嶺背靠背換流站兩側(cè)交流電壓均為500 kV，直流側(cè)電壓為±125 kV，分2個(gè)單元，每個(gè)單元輸送容量為750 MW。控制保護(hù)系統(tǒng)用的是SIMADY D平臺(tái)，其中直流保護(hù)系統(tǒng)采用三重化配置，動(dòng)作出口邏輯為三取二邏輯，當(dāng)3套保護(hù)系統(tǒng)都正常運(yùn)行時(shí)，至少有兩套保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作保護(hù)才會(huì)出口[1-11]。

2010年04月11日，高嶺背靠背換流站進(jìn)行修改極控抑制次阻尼同步振蕩功能后的大負(fù)荷驗(yàn)證試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前系統(tǒng)工況為：雙單元輸送直流功率600 MW運(yùn)行，功率正送；冗余的兩套極控系統(tǒng)和3套保護(hù)系統(tǒng)都處于正常運(yùn)行狀態(tài)。在試驗(yàn)開始階段，手動(dòng)閉鎖單元2并轉(zhuǎn)到熱備用狀態(tài)。09:25:24:000，發(fā)單元2東北側(cè)運(yùn)行到熱備用狀態(tài)命令;09:25:28:622，單元2閉鎖，在此期間，事件記錄顯示單元2避雷器F5處的閥避雷器有沖擊電流；09:25:29:862，單元2由閉鎖轉(zhuǎn)到熱備用狀態(tài)；09:25:43:737，單元2東北側(cè)3套換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作，發(fā)禁止閥解鎖命令，跳開并鎖定相應(yīng)的換流變進(jìn)線開關(guān)。

1 換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)基本原理

換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)是在換流閥閉鎖狀態(tài)下，用于檢測(cè)換流變閥側(cè)交流連線的接地故障。閥解鎖狀態(tài)下，此保護(hù)功能自動(dòng)退出。

換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)測(cè)量換流變壓器二次側(cè)末屏電壓。閥閉鎖時(shí)，正常狀態(tài)下三相電壓的矢量和為零；如果發(fā)生單相接地故障，三相電壓零序分量不為零。零序電壓若超過設(shè)定值，保護(hù)動(dòng)作，發(fā)禁止閥解鎖命令到極控系統(tǒng)，同時(shí)跳兩側(cè)交流斷路器、起動(dòng)兩側(cè)斷路器失靈保護(hù)和兩側(cè)交流斷路器鎖定繼電器。

保護(hù)判據(jù)為：

UaY(sec)+UbY(sec)+UcY(sec)>Δ

或

UaD(sec)+UbD(sec)+UcD(sec)>Δ

且Id<Δ，Id=max{Id1,Id2}

其中，Id1為高壓側(cè)直流電流，Id2為低壓側(cè)直流電流。

圖1 換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)邏輯框圖

其邏輯框圖如圖1所示，其中，LVM為滯環(huán)比較器；UsumY、UsumD分別為星型接線和三角型接線換流變閥側(cè)末屏零序電壓3U0的153.093%倍，180%表示換流變末屏二次額定電壓(57.7 V)的1.8倍。當(dāng)極保護(hù)系統(tǒng)收到閥已閉鎖的信號(hào)并延時(shí)10 s后，若UsumY、UsumD的值持續(xù)5 s大于1.8倍的設(shè)定值時(shí)，保護(hù)就會(huì)動(dòng)作。

程序中詳細(xì)軟件邏輯圖如圖2、圖3所示。由圖2可知，直流保護(hù)將星型接線和三角型接線的換流變閥側(cè)末屏零序電壓3U0分別乘以153.093%后，再進(jìn)入換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)邏輯程序(如圖3所示)進(jìn)行邏輯運(yùn)算。程序中用到的功能模塊及其功能描述如表1所示。

圖2 換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)交流采樣軟件圖

圖3 換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)邏輯軟件圖

表1 功能塊描述

2 換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作的分析

高嶺一期每面直流保護(hù)屏內(nèi)有3個(gè)電壓變換裝置，變比為25∶1。換流變閥側(cè)套管末屏電壓接至電壓變換裝置一次側(cè)，并在電壓變換裝置二次側(cè)接成開口三角形式，用以測(cè)量換流變閥側(cè)套管末屏零序電壓3U0。而在單元2的直流故障錄波器屏內(nèi)，末屏電壓3U0采用外接星型接線方式接入，不是開口三角形，如圖4所示。故障錄波器屏內(nèi)將Uan、Ubn、Ucn和U0n端接在一起，即取UN的電壓作為換流變閥側(cè)末屏零序電壓3U0。由于電壓二次回路中性點(diǎn)一點(diǎn)接地，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)(A相為例)，中性點(diǎn)的電壓幅值大小是U0=UN=Ua，即故障錄波器屏采樣的零序電壓為1倍的U0,所以實(shí)際的閥側(cè)末屏零序電壓3U0應(yīng)為故障錄波器屏采樣值的3倍；其中，三相電壓和中性點(diǎn)電壓的矢量關(guān)系如圖5所示。

圖4 直流故障錄波器屏交流采樣圖

換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作后觸發(fā)故障錄波，故障錄波波形如圖6、圖7所示。由圖6、圖7可知：從09：25：28：593開始，020換流變閥Y側(cè)末屏電壓Ua、Ub開始畸變，3U0開始增大；根據(jù)上面的分析，此時(shí)的3U0為140 V左右，達(dá)到換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)定值104 V。020換流變D側(cè)、021換流變Y側(cè)和021換流變D側(cè)電壓波形均無畸變現(xiàn)象。

圖5 電壓矢量圖

圖6 04月11日09時(shí)25分27秒單元2直流故障錄波

圖7 04月11日09時(shí)25分43秒單元2直流故障錄波

根據(jù)事件記錄，09:25:28:622時(shí)刻，單元2處于閉鎖狀態(tài)，延時(shí)10 s后為09:25:38:622，再延時(shí)5 s為09:25:43:622，與換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)實(shí)際動(dòng)作時(shí)間09:25:43:737相吻合。因此，定值和延時(shí)都滿足換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作的條件，保護(hù)正確動(dòng)作。

另外，在換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)程序中，以100 V作為換流變閥側(cè)套管末屏線電壓額定值進(jìn)行計(jì)算，保護(hù)屏內(nèi)電壓變換裝置變比為25∶1，且5 V對(duì)應(yīng)比例為100%。相電壓的峰值和對(duì)應(yīng)5 V的比例計(jì)算如下：

57.7÷25×1.414=3.264 V

5÷3.264=153.093%

而現(xiàn)場(chǎng)換流變閥側(cè)套管末屏線電壓額定值是110 V，相電壓額定值是63.5 V，按上述方法計(jì)算相電壓峰值是3.592 V，折算到5 V的比例是139.198%。因此，保護(hù)程序中所乘的系數(shù)由153.093%調(diào)整為139.198%。

3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢測(cè)和處理

在故障發(fā)生后，管理處立即組織進(jìn)行設(shè)備檢查，現(xiàn)場(chǎng)檢查換流變一、二次設(shè)備均無異常；進(jìn)入單元2閥廳對(duì)可能存在問題的Y/Y的A相、B相閥的可控硅級(jí)進(jìn)行了阻抗測(cè)量，測(cè)量值在允許的范圍之內(nèi)，表明A相、B相閥的可控硅級(jí)正常。經(jīng)許繼閥廠分析，認(rèn)為末屏電壓畸變可能由電容電感耦合效應(yīng)所致，通過可控硅級(jí)檢查可以判斷閥本身沒有問題，可以投入運(yùn)行。

經(jīng)各方人員討論，并經(jīng)試驗(yàn)指揮同意后，14:14:55:572，合上換流變進(jìn)線開關(guān)5062，對(duì)單元2東北側(cè)換流變充電，充電成功；14:23:42:000，單元2解鎖，監(jiān)視閥廳和換流變相關(guān)設(shè)備，未見異常，故障錄波查看末屏電壓正常；14:32:39:221，單元2手動(dòng)正常閉鎖，閉鎖過程中未再報(bào)出閥避雷器動(dòng)作告警，解鎖過程正常，故障錄波末屏電壓正常。

4 結(jié)論

本文介紹了直流極保護(hù)中換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)的原理，詳細(xì)分析了高嶺換流站換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作的原因，指出其動(dòng)作是正確的；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)一次設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行了調(diào)整，并對(duì)相應(yīng)的換流變一次和二次設(shè)備進(jìn)行了檢測(cè)，并未發(fā)現(xiàn)異常。最后指出，末屏電壓在閉鎖后波形出現(xiàn)畸變是由電容電感耦合效應(yīng)所致。之后投入使用，沒有再出現(xiàn)異常，運(yùn)行良好。

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Research of AC valve winding ground fault supervision in Gaoling converter station

Zhou Renwei, Yan Bing, Xu Liujie, Yang Chaofeng, Wang Xiaowu, Yang Chengfei

(XJ Electric Co., Ltd.，Xuchang 461000，China)

This paper briefly introduces the principle of AC valve winding ground fault supervision in Gaoling converter station, analyzes the reason of the protections action in detail, and points out the correctness of the DC protections action. The parameter of the protection is modified based on the designed parameters of primary equipments. No faulted equipment is found after testing the primary and secondary equipments. At last, it points out that the distortion of the voltage after blocked because of capacitance and inductance coupling effect.

HVDC transmission；AC valve winding ground fault supervision；voltage

TM77

A

1674-7720(2016)04-0001-03

周仁偉，嚴(yán)兵，徐留杰，等．高嶺換流站換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作的分析研究[J] .微型機(jī)與應(yīng)用，2016，35(4)：1-3,6.

2015-09-21)

周仁偉(1980-)，通信作者，男，碩士，工程師，主要研究方向：高壓直流輸電保護(hù)系統(tǒng)研究。E-mail: zz081226@163.com。

嚴(yán)兵(1972-)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：高壓直流輸電系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及研究。

徐留杰(1980-)，男，碩士，工程師，主要研究方向：高壓直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)仿真研究。