直流線路故障重啟動控制策略改進

李安生

（中國電力技術裝備有限公司，北京 100052）

0 引 言

雖然我國電力經過了多年發展，在很多方面都取得了較大進步，但是還存在電力需求和能源分布不對稱的問題。這就造成了用電需求增長和電網輸電能力之間的矛盾，也就推動了較強輸電能力的直流輸電工程快速發展。對于長距離的直流輸電工程，一般會采取雙極架空線方式，這些線路往往分布在地理條件復雜的區域，常常會遭受到山火以及雷擊等影響，直流線路故障已經成為了最常見的故障之一。所以針對此方面問題需要采用直流線路故障重啟動控制策略，能夠有效降低單極停運率，進一步提升直流輸電工程運行的可靠性。本文主要闡述直流線路故障重啟動策略，同時針對極控系統站間通信故障情況下無法閉鎖直流系統的問題提出相應的改進對策，能夠有效提升直流線路故障重啟動控制策略的可靠性。

1 直流線路故障重啟動策略

1.1 直流線路故障重啟動基本原理介紹

具體應用過程中，一旦直流線路發生某種故障，那么系統的保護部分就能夠判定故障情況，同時能夠形成重啟動信號并發送給極控系統。極控系統接收到信號后，會根據事先設定的指標進行重啟動控制。可以通過多次重啟動來降低直流故障影響，指導故障完全消除。如果系統可以通過有效的重啟動消除直流線路故障，并且重啟之后的直流電壓滿足具體運行要求，就說明系統通過重啟動方式能夠恢復到正常運行狀態；如果在超出重啟動限定次數的情況下還是沒有恢復直流線路的正常運行，就說明系統重啟動無效，這時為了確保整個系統的安全性就會啟動閉鎖控制，使得整個系統無法有效運行。

1.2 直流線路故障重啟動參數設定

具體參數設定如表1 所示。

表1 直流線路故障重啟動參數設定

第一，相關運行人員可以通過OWS 實施直流線路故障重啟動次數設定，需要注意的是，在重啟次數設定時需要對整流站以及逆變站分別實施。

第二，相關運行人員可以通過OWS 實施直流線路故障重啟動后直流電壓等級的設定，需要注意的是，在重啟動后直流電壓等級的設定時需要對整流站以及逆變站分別實施；要保證站層控制整流站跟隨逆變站。要確保直流電壓等級按照第1 次到第5 次的順序進行排列，并且確保每一個設定值需要在額定電壓的100%、80%以及70%三種電壓等級中進行選擇。

第三，直流線路故障重啟動去游離時間設定。此方面的參數主要是通過運行人員在OWS 進行設定，設定過程中要確保站間通信故障時蒸餾站和逆變站的獨立設定；要保證站層控制整流站跟隨逆變站。要確保直流電壓等級按照第1 次到第5 次的順序進行排列，并且確保每一次的設定范圍控制在100～500 ms。

1.3 直流線路故障重啟動順序控制

一旦直流線路發生某種故障，那么系統的保護部分就能夠判定故障情況，同時能夠形成重啟動信號并發送給極控系統。極控系統接收到信號后，會根據事先設定的指標進行重啟動控制[1]。一般直流線路故障重啟動的控制要重點關注如下四方面內容。

第一，直流線路故障檢測階段。故障檢測主要是通過直流保護系統來實現，一旦直流線路發生故障，保護系統就會利用圖1所示的各種保護方式實施檢測，能夠形成直流線路故障重啟動脈沖信號，同時將其信號并發送給極控系統。

圖1 直流系統保護方式

第二，直流系統移相階段的有效控制。極控系統接收到故障重啟動脈沖信號后就要實施直流線路故障重啟動次數的統計，同時在一定時間（約5 s）后對于啟動次數進行歸零，重新進行統計。在此基礎上系統會強行進行移相，首先觸發角會移相到120°并維持，只有在實際電流小于3%額定電流，同時持續時間在50 ms 之后觸發角會向160°移相并維持，直到去游離時間結束為止。

第三，直流線路去游離階段控制。此階段也是通過極控系統實現的，主要是以直流線路物理特性作為基礎進行設定，從極控系統強制移相開始就計算直流線路的去游離時間（放電時間），這個階段無論是電壓還是電流都非常小（趨于零），此種情況下一旦去除掉了線路中的故障，直流線路就可以很快形成較好的絕緣性能。在此過程中，為了避免發生整個直流系統閉鎖的情況，直流保護系統會將低電壓保護功能關閉。

第四，直流系統再啟動階段控制。直流系統再啟

動階段控制主要是利用極控系統來進行的，在放電時間結束后整流站就會將強制移相信號解除，然后整個系統的電壓以及電流都會逐漸恢復。然后對直流線路故障情況進行判定，若是之后限定時間（一般為75 ms） 內直流電壓實際值大于20%額定電壓，就可判定直流線路中的故障已經排除，實現了有效的故障重啟動作，可以保證整個系統的正常運行；若是之后限定時間（一般為75 ms）內直流電壓實際值小于20%額定電壓，就可判定直流線路故障仍然存在，那么就要重復上述過程實現再次的重啟動。經過多次重啟后（事先設定的限定次數）還是無法成功，就可以判定其為永久性故障。這就說明該直流線路始終處在故障狀態，那么極控系統會發出信號完成閉鎖，并且逆變站會通過極控站間通信來得到閉鎖控制指令并執行相應控制。

2 直流線路故障重啟動策略改進

2.1 直流線路故障情況

若是兩站極控系統通信發生故障，那么即便是保護系統發出了直流線路故障重啟動指令，極控系統也無法進行閉鎖而觸發脈沖，不能實現直流系統的閉鎖順序控制，這就需要通過人工啟動的方式緊急停機才可以使得逆變站系統停止運行，此種情況是不合理的。

對于此問題采取相應的改進對策為：在確保原有控制邏輯（整流站執行直流線路故障重啟動失敗閉鎖直流系統邏輯）的同時再增加閉鎖逆變站直流系統邏輯[2]。通過此種設置方式可以保證逆變站在極控系統站間通信故障的情況下，直流線路故障重啟動統計次數大于運行人員的設定次數。圖2 為直流線路故障重啟動改進對策邏輯框圖。

2.2 試驗驗證情況

為了驗證極控系統直流線路故障重啟動控制策略改進的效果，基于RTDS 建立起直流工程仿真系統，進行整流站極1 引線接地故障的模擬[4]。兩站極控系統站間通信故障相應參數設定如表2 所示。

試驗的具體操作為：極控系統實施直流線路故障重啟動控制的同時閉鎖極保護直流低電壓保護功能，這樣就會使得直流電壓、直流電流等漸漸下降；在此過程中對于直流線路故障進行重啟，但是進行了3 次重啟后直流電壓并沒有恢復（仍然小于20%額定電壓），還需要進行再一次重啟動。此種情況下直流線路故障重啟動統計次數會超過事先設定的直流線路故障重啟動次數，這種情況下進行閉鎖觸發脈沖能夠實現直流系統閉鎖順序控制[3]。

圖2 直流線路故障重啟動改進邏輯圖

表2 相應參數設定

通過此方面的試驗能夠得知，改進之后的直流線路故障重啟動控制策略可以在發生通信故障情況下確保實現直流系統的閉鎖，從而實現對直流線路故障重啟動策略的優化。

3 結 論

本文主要分析了直流線路故障重啟動策略，包括直流線路故障重啟動基本原理、直流線路故障重啟動參數設定、直流線路故障重啟動順序控制等方面的內容，在此基礎上提出了直流線路故障重啟動策略改進方式，同時利用試驗驗證了改進后的有效性。通過本文的介紹能夠對類似直流工程具有相應的參考和借鑒意義。