關(guān)于特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)研究

孫瀟

摘要：近年來，我國電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展迅速，在建設(shè)與正常使用的直流輸電工程項(xiàng)目數(shù)量快速增加，同時(shí)工作水平也開始向傳送電壓更大、容量更大、傳輸距離更長方向發(fā)展，并且同時(shí)也在我國很多重要電力輸送工程中發(fā)揮了有效作用。再此背景下，特高壓直流在中國很多換流站得到了很大的普及，與高壓直流相比，特高壓直流的運(yùn)行方式更加靈活，容量比高壓要高，傳輸距離更遠(yuǎn)，不僅如此，其損耗比高壓直流更低，對于中國現(xiàn)如今的國情來說，特高壓直流無疑是符合當(dāng)前的能源優(yōu)化配置的目標(biāo)的。對于特高壓直流輸出工程來說，控制保護(hù)系統(tǒng)是換流站的大腦，對于特高壓換流站的正常運(yùn)行具有重要作用。我國特高壓直流換流站發(fā)展迅速，但是還面臨著一些問題，所以增強(qiáng)特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)是最重要的環(huán)節(jié)。本文從特高壓直流換流站面臨的問題和特高壓直流的特點(diǎn)出發(fā)，分別介紹了特高壓直流控制系統(tǒng)的功能配置和特高壓直流保護(hù)系統(tǒng)的功能配置。

關(guān)鍵詞：特高壓直流;保護(hù);控制;配置

一、特高壓直流換流站面臨的問題

（一）對相應(yīng)的配套設(shè)備的質(zhì)量要求以及專業(yè)要求高

特高壓直流與高壓直流的差別就是因?yàn)殡妷旱燃壍倪^高，導(dǎo)致對換流變壓器的制造材料的絕緣作用就相應(yīng)地要求更高。受這一情況影響，在系統(tǒng)設(shè)置當(dāng)中使用的絕緣材料量較大。在±800kv換流變壓器，閥側(cè)引線絕緣件設(shè)計(jì)與研制過程中需要進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，閥繞絕緣、匝絕緣在設(shè)計(jì)與試驗(yàn)是設(shè)備研制中需要得到解決的難點(diǎn)問題。

（二）直流場的吸污特性導(dǎo)致的事故

直流場具有吸污的特性，特別是對于特高壓直流，這一問題更為嚴(yán)重。當(dāng)換流站的污穢積累到一定程度時(shí)，就會(huì)造成直流場設(shè)備的絕緣，從而導(dǎo)致直流場的污閃事故。這是一個(gè)十分嚴(yán)重而又十分普遍的問題。我國近些年來，工業(yè)化發(fā)展十分迅速，污染問題也隨之越來越嚴(yán)重，尤其是大氣污染對直流設(shè)備的影響十分嚴(yán)重，很多特高壓直流換流站的污染程度已經(jīng)達(dá)到了很嚴(yán)重的程度。解決換流站的污染問題，提高換流站的耐污能力是現(xiàn)在很多電網(wǎng)公司的重點(diǎn)研究的項(xiàng)目，以確保特高壓直流換流站的穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）輸送容量大，設(shè)備難以承受

特高壓直流輸電容量大，但與此同時(shí)換流變壓器的體積以及重量也隨之增加。這就給運(yùn)輸條件帶來很大的影響。在一些特殊地區(qū)收技術(shù)條件限制，無法進(jìn)行大型設(shè)備的運(yùn)輸任務(wù)。針對這一問題，我國很多電網(wǎng)公司在特高壓直流輸電工程建設(shè)中，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行規(guī)劃，以期能夠解決大件設(shè)備的運(yùn)輸問題，使特高壓換流站穩(wěn)定運(yùn)行。

二、特高壓直流控制與保護(hù)系統(tǒng)

在±800 kV的特高壓直流換流站控制及保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，所遵循的基本原則和±500 kV的常規(guī)直流換流站基本相同。在±800 kV特高壓直流換流站工程當(dāng)中，極需要由串聯(lián)換流單元構(gòu)成，在每個(gè)單元當(dāng)中，都需要獨(dú)立配備獨(dú)立旁通斷路與隔離開關(guān)設(shè)備，才能保證換流單元實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投退功能，所以在控制措施設(shè)計(jì)、保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備配置設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要要保證每個(gè)換流單元都能得到有效的控制和保護(hù)，同時(shí)在設(shè)備當(dāng)中其功能應(yīng)保持相對獨(dú)立，在能夠?qū)崿F(xiàn)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，能夠滿足技術(shù)性要求與功能要求，同時(shí)還要為設(shè)備的運(yùn)行操控、設(shè)備維護(hù)提供便捷。但是因?yàn)樘馗邏褐绷鲹Q流站的特殊性，導(dǎo)致相對應(yīng)的特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)的特殊性，其功能相對于常規(guī)的直流換流站也有很大的不同。特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)能夠預(yù)防很多特高壓直流出現(xiàn)問題時(shí)引發(fā)的事故，能夠促進(jìn)特高壓直流系統(tǒng)合理穩(wěn)定地運(yùn)行。

三、直流控制系統(tǒng)的功能配置

在特高壓直流控制系統(tǒng)當(dāng)中，采取的控制方式為雙極控制、極控制和換流單元控制，控制之間存在串聯(lián)關(guān)系，同時(shí)在雙極控制、極控制之間，極控制、換流器控制之間具備特定控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

1、雙極控制層

雙極控制層能夠控制兩極之間電流的平衡，能夠?qū)蓸O之間的功率大小進(jìn)行控制，還能夠?qū)崿F(xiàn)兩極之間功率的轉(zhuǎn)移，能夠?qū)蓸O之間串聯(lián)或者是閉合進(jìn)行控制。這些功能能夠?qū)崿F(xiàn)對正在運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行有效的控制，能夠在命令下發(fā)時(shí)及時(shí)做出反應(yīng)，對突發(fā)事件也能夠及時(shí)做出調(diào)整。

2、極控制層

極控制層能夠?qū)崿F(xiàn)對極的開啟和停止的控制，也能夠像雙極控制層一樣對兩極之間的功率大小進(jìn)行控制以及對兩極之間串聯(lián)或者是閉合進(jìn)行控制，能夠?qū)O的順序進(jìn)行控制，能夠控制分接頭，使之能夠合理而迅速地運(yùn)行。另外，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，還能夠?qū)收线M(jìn)行及時(shí)的處理，控制專門處理故障的設(shè)備，減少故障引發(fā)的損失。極控制層還能對極與極之間的站內(nèi)通信與極間通信進(jìn)行控制，以便信息及時(shí)的傳遞。

3、換流單元控制層

在換流單元控制當(dāng)中，可以進(jìn)行換流單元閥組的開關(guān)，同時(shí)也能滿足對換流單元閥組開啟與關(guān)閉需求，進(jìn)行換流單元閥組投入操作與退出操作，能夠?qū)Q流單元順序進(jìn)行靈活把握，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，還能對閥組是否超過負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。

四、特高壓直流保護(hù)功能配置

1、換流器保護(hù)

換流器主要是在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)對設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的保護(hù)。主要方法有電動(dòng)差動(dòng)保護(hù)、過流保護(hù)以及換流器觸發(fā)保護(hù)等。為保護(hù)特高壓直流系統(tǒng)的安全，換流器會(huì)在設(shè)備出現(xiàn)一些故障時(shí)，及時(shí)保護(hù)閥短路，以免故障造成的過應(yīng)力對設(shè)備造成影響。在故障發(fā)生后，換流器可以實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)擾動(dòng)情況測定與異常現(xiàn)象的檢測功能，同時(shí)還會(huì)檢測換流器保護(hù)情況，對接地故障進(jìn)行判斷，從而保證直流系統(tǒng)設(shè)備安全性。同時(shí)，使用換流器還能夠?qū)崿F(xiàn)故障當(dāng)中的內(nèi)部保護(hù)，防止造成換流設(shè)備遭受電流損壞。換流器還會(huì)對觸發(fā)異常進(jìn)行及時(shí)的檢測和排除，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

2、換流變保護(hù)

換流變的保護(hù)設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)換流變壓器設(shè)備的保護(hù)。實(shí)現(xiàn)換流變保護(hù)的主要方式為，通過實(shí)現(xiàn)對換流變差保護(hù)、過流保護(hù)和變壓器保護(hù)，繼而實(shí)現(xiàn)對換流變的有效保護(hù)。換流變差動(dòng)的保護(hù)方式為防止換流變壓器發(fā)生繞組問題，使設(shè)在故障出現(xiàn)時(shí)也不會(huì)發(fā)生損壞。過流保護(hù)主要能夠?qū)崿F(xiàn)對電流的保護(hù)，檢測換流變壓器當(dāng)中電流，保護(hù)換流器換流變區(qū)域內(nèi)的故障。換流變壓器不平衡保護(hù)主要是對換流變飽和保護(hù)，保護(hù)的目的是防止直流電進(jìn)入換流變壓器引起換流變壓器飽和而導(dǎo)致的問題。

3、直流線路故障保護(hù)系統(tǒng)

當(dāng)直流線路出現(xiàn)故障時(shí)，極易觸發(fā)接地故障，將會(huì)對換流站造成很大的事故以及損失，所以，直流線路故障保護(hù)系統(tǒng)的重要性很大。直流線路故障保護(hù)系統(tǒng)主要分為直流線路行波保護(hù)、微分欠壓保護(hù)以及直流線路縱差保護(hù)。

4、直流濾波器保護(hù)

使用直流濾波器設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)直流濾波電抗器過載保護(hù)功能，在直流濾波電容器不平衡狀態(tài)下進(jìn)行游有效保護(hù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)直流濾波器差保護(hù)。直流濾波器的基本功能是避免電容單元發(fā)生故障，同時(shí)對保護(hù)范圍內(nèi)的接地故障進(jìn)行分析。

結(jié)語：綜上所述，對于特高壓直流輸出工程來說，控制保護(hù)系統(tǒng)對于特高壓換流站的正常運(yùn)行具有重要作用。我國特高壓直流換流站發(fā)展迅速，但是還面臨著一些問題，所以增強(qiáng)特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)是最重要的環(huán)節(jié)。直流輸電控制系統(tǒng)與直流輸電保護(hù)系統(tǒng)有密切的聯(lián)系，只有將直流輸電保護(hù)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)結(jié)合起來才能有效地排除故障，保證換流站的設(shè)備正常運(yùn)行。與此同時(shí)，還應(yīng)該加強(qiáng)科技的投入，完善特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)，使之不斷與時(shí)俱進(jìn)，促進(jìn)特高壓直流輸電工程的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊萬開，李新年，印永華，王雅婷，班連庚，吳婭妮，雷霄，楊悅.±1100kV特高壓直流系統(tǒng)試驗(yàn)技術(shù)分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35（S1）：8-14.

[2]張慶武，王永平，陳小軍，徐兵，趙森林，李秋華.特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（21）：88-93.

[3]雷霄，許自強(qiáng)，王華偉，李新年，吳婭妮，楊鵬，劉耀.±800kV特高壓直流輸電工程實(shí)際控制保護(hù)系統(tǒng)仿真建模方法與應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（05）：1359-1364.

[4]楊光亮，邰能靈，鄭曉冬，朱云華.±800kV特高壓直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)分析[J].高電壓技術(shù)，2012，38（12）：3277-3283.