永富直流孤島運行方式風險分析及控制措施

晏慶豐 何亮 韓廣宇 余方強

摘要：本文對±500 kV永仁換流站在孤島運行方式下存在的風險進行分析，并針對各風險點提出有效控制措施，為運行人員運維工作提供可靠保障，從而加強對永富直流孤島運行方式下的風險管控，確保孤島方式下永富直流安全穩定運行。

關鍵字：孤島;控制措施;風險管控;安全穩定

0前言

永仁換流站是永富直流工程的送端站，由于年度檢修、故障跳閘等原因將會導致永仁換流站在孤島方式下運行，而孤島方式下，永仁換流站存在較大的運行風險，一旦發生直流雙極閉鎖，不但會造成切機切負荷的同時，還會給站內相關設備帶來較大損害。本文主要分析永仁換流站孤島方式下的風險，并提出相對應的控制措施，為運行人員運維工作重點提供方向，確保孤島方式下永富直流的運行風險得到有效控制。

1孤島運行方式介紹

孤島方式是指永仁換流站斷開與主網交流系統聯系的運行方式，與觀音巖電廠及直流線路構成獨立電網系統，由觀音巖水電廠經永仁換流站直流雙極單獨向富寧換流站供電。

2孤島方式的判別邏輯

永仁換流站配有單獨的孤島判斷裝置，根據永仁換流站與云南主網以及電廠的連接運行方式來判斷送端是否為孤島運行方式。孤島判別裝置判斷輸出的孤島運行方式信號經過硬接線送到直流站控系統。為保證該信號判斷的準確可靠，運行人員控制系統也設計有孤島運行方式的命令輸出，經過LAN網送到直流站控系統。最終在直流站控系統的軟件中綜合判斷來自孤島判別裝置和運行人員控制系統的孤島運行方式狀態，輸出最終的孤島運行方式信號給運行人員工作站顯示和極控系統，用于孤島方式下的控制邏輯判斷。

3孤島方式下風險分析及控制措施

3.1孤島方式下過電壓風險及控制措施

孤島運行方式下永富直流若發生雙極閉鎖，根據調試結果得知最高暫時過電壓將達到1.6倍額定電壓，500kV 母線的過電壓將隨著站用變壓器傳遞到變壓器的低壓側，導致站用10kV 及400V 交流系統出現過電壓。過電壓將給相應的一、二次設備帶來風險。在二次方面，永仁換流站500kV 站用變壓器電氣量保護采用了兩套南瑞繼保生產的PCS-978Z 變壓器保護，該保護裝置與過電壓相關的保護功能有過激磁保護。過電壓存在導致500kV站用變的過激磁保護誤動的風險，從而擴大停電范圍，針對該風險以及結合暫態過電壓的衰減過程分析，提出對應防范措施，將站用變過激磁保護的動作時間整定適當延長，使其躲過暫態過電壓的恢復時間，從而降低了因系統故障導致站用變過激磁保護誤動的可能性，提高了供電的可靠性。

3.2 孤島方式下低電壓風險及控制措施

孤島運行方式下，若發生交流線路故障或500kV 斷路器拒動，永仁換流站母線電壓最低可降至0.6倍額定電壓。500kV 母線的低電壓將隨著站用變壓器傳遞到變壓器的低壓側，導致站用10kV 及400V 交流系統出現低電壓。交流低電壓還會導致直流充電機的交流輸入電壓質量降低，使直流輸出電壓不滿足要求，造成保護裝置掉電重啟，嚴重時將低于保護動作電壓，若電網發生故障保護無法及時切除故障，將導致設備越級跳閘。為了該風險得到控制，在孤島運行期間可將站外35kV 永仁換流站線備用電源變作一路主供電源使用;500kV 1號站用變作為10kV Ⅰ段母線的備用電源;500kV 2號站用變作為10kV Ⅱ段母線的主電源供電。當電網確實因故障導致母線電壓降低時，還可以由外引備用電源可靠供電。

3.3孤島方式下閥冷系統及備自投裝置安全運行情況分析及預控措施

為了減少由于站用交流電源消失導致的直流停運，站用交流電源系統通過引入備用交流電源和在10kV 及400V 母線分段斷路器裝設備自投等方法增強其可靠性，閥冷卻系統PLC設計了雙路交流電源切換功能保證閥冷卻系統持續供電。

閥冷卻系統交流電源分別取自兩段的400V 交流母線。冷卻系統控制器設置的雙路交流電源切換功能監視兩路交流母線電壓，當正在使用的交流母線電壓低于0.8p.u后閥冷卻系統PLC 控制交流接觸器進行電源切換。在孤島運行方式下，站用電備自投系統及閥冷系統將存在以下問題：永仁換流站的站用電結構中有兩路取自500kV 交流母線，在永富直流進入孤島運行方式之后，由于送端系統較弱，當出現送端交流系統線路故障后永仁換流站的交流母線電壓和頻率都會出現較大波動，在500kV 系統出現長時間的低電壓的情況下，400V 站用電系統也將出現較長時間的低電壓。在閥冷卻系統的控制器中對于400V 交流母線電壓有要求，當單路電壓低于0.8p.u時控制器會將閥冷電源切換到電壓正常的一路。如果雙路電源均長時間低于0.8p.u.則會出現閥冷系統跳閘，最終導致雙極發生直流閉鎖。根據永仁換流站目前的站用電結構及閥冷卻系統對交流電源要求，可以采用以下方式進行相關改造以滿足孤島方式下站用電備自投系統及閥冷系統的安全運行需要。針對閥冷兩路進線電源同時出現短時欠壓的現象，在兩路進線電源出口處的電壓監視回路加裝低電壓延時跳閘繼電器，該繼電器整定時間為秒級，對于不同欠壓程度（85%、80%、70%、60%、50%）的延時整定值不同。當兩路電源同時出現長時間欠壓情況時，兩路電源電壓監視回路將通過延時繼電器發閉鎖信號到相應的閥組控制系統，這樣就避免了因系統短時故障導致電壓不滿足要求造成直流閉鎖的風險，

3.4孤島方式下雙極閉鎖后交流濾波器和換流變進線斷路器跳閘時序產生過電壓分析及改進建議

孤島運行方式下直流系統發生雙極閉鎖時，由于發電機帶長線路運行以及換流站配置有大量無功補償設備，會在換流站交流系統上產生幅值很高的暫時過電壓。根據前期孤島仿真試驗得知永富直流雙極閉鎖時產生的操作過電壓水平在1.59p.u.～1.65p.u.之間。直流閉鎖后換流閥無功消耗幾乎為零，且大量的交流濾波器掛在網上，在交流線路有功為零的情況下無功交換也為零。根據直流控制與保護系統的動作邏輯時序，在發生雙極閉鎖故障后，換流變進線斷路器先于交流濾波器小組斷路器跳開關，這樣會造成交流母線電壓水平大幅度升高，嚴重威脅一次設備的安全運行。為了避免該風險，需修改極控程序，使其滿足直流雙極閉鎖100ms內切除所有濾波器，切除后延時約30ms跳開換流變進線斷路器，確保在換流變斷路器動作跳閘之前，交流濾波器組已經被全部切除，沒有剩余無功容量。避免了無功過剩造成母線過壓損壞設備。

4總結

本文分析了永富直流在孤島運行方式下站用電系統、站用變過激磁保護、閥冷系統、過電壓、低電壓、閥冷系統等方面存在的運行風險，并針對每項風險提出了對應的控制措施，為運行人員在孤島方式下的工作提供了重要幫助，可以大大提高運維人員的事故應急處置能力。

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作者簡介：

晏慶豐（1987），男，工程師，學士，云南電網有限責任公司楚雄供電局變電運行所，從事變電運行與維護及高壓直流輸電技術方面的研究工作，18760869863，（e-mail）724508286@qq.com 。