朱韜析，王超

（1.中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州市，510405；2.浙江電力調(diào)度通信中心，杭州市，310007）

0 引言

投旁通對(duì)是直流保護(hù)系統(tǒng)的重要?jiǎng)幼鞑呗灾唬酝▽?duì)的投入可以形成直流側(cè)短路，大大縮短直流分量流過換流變壓器的時(shí)間[1]，快速將直流電壓降至0，便于實(shí)現(xiàn)交流側(cè)斷路器快速跳閘[2]，隔離交直流回路；同時(shí)有助于釋放線路上的殘余電荷，避免閉鎖時(shí)出現(xiàn)過電壓。

由于旁通對(duì)本身就是換流器的工作閥臂，所以保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)投入旁通對(duì)時(shí)，除了保證旁通對(duì)可靠投入，同時(shí)應(yīng)盡量縮小故障范圍，避免事故擴(kuò)大[3-8]。本文結(jié)合運(yùn)行中發(fā)生的實(shí)際案例以及部分仿真試驗(yàn)結(jié)果，分別說明了投旁通對(duì)的作用、誤投旁通對(duì)以及通信故障情況下投入旁通對(duì)的不良影響，并探討了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 投入旁通對(duì)的作用

直流保護(hù)動(dòng)作后，將保護(hù)動(dòng)作信號(hào)送至極控，然后極控將投入旁通對(duì)的信號(hào)送至換流閥控制裝置，保持最后導(dǎo)通的那個(gè)閥的觸發(fā)脈沖，同時(shí)發(fā)出與其同一相的另一個(gè)閥的觸發(fā)脈沖，閉鎖其他閥的觸發(fā)脈沖，使直流電壓迅速下降到0[9]。投入旁通對(duì)后，提供了換流器的直流電流旁路回路，一方面縮短直流電流分量流過換流變的時(shí)間，便于交流側(cè)斷路器快速跳閘；另一方面降低了整個(gè)直流系統(tǒng)的回路阻抗，便于整流側(cè)的快速移相及閉鎖。

圖1為某直流輸電系統(tǒng)緊急停運(yùn)時(shí)逆變側(cè)的電流、電壓錄波。投入旁通對(duì)后形成直流側(cè)短路，逆變側(cè)直流電流先升高，隨即降至0；直流電壓下降，并隨著閥的閉鎖降至0；直流輸電系統(tǒng)快速、穩(wěn)定停運(yùn)。

同時(shí)，在基于某直流工程實(shí)際控制保護(hù)系統(tǒng)的仿真模型上，對(duì)逆變側(cè)緊急停運(yùn)且未投入旁通對(duì)進(jìn)行了模擬。試驗(yàn)中，整流側(cè)直流過電壓保護(hù)動(dòng)作，整流側(cè)錄波如圖2所示。由圖2可知：故障發(fā)生后，逆變側(cè)直流電流升高、直流電壓降低，但由于未投入旁通對(duì)，直流電流下降速度可能稍慢；而整流側(cè)經(jīng)短延時(shí)便發(fā)出閉鎖換流器的命令，卻造成了直流線路電壓升高。這一結(jié)果還很可能對(duì)設(shè)備安全造成危害。

2 誤投旁通對(duì)的影響

某些特殊故障情況下，盲目投入旁通對(duì)不但未能快速隔離故障點(diǎn)，甚至可能會(huì)擴(kuò)大故障范圍，造成事故進(jìn)一步發(fā)展。一般情況下，各直流輸電工程中設(shè)置在逆變側(cè)高壓母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后禁投旁通對(duì)。

2.1 投入旁通對(duì)恰好與故障點(diǎn)同相別時(shí)的影響

假設(shè)逆變側(cè)極Ⅱ閥側(cè)C相發(fā)生接地故障，保護(hù)動(dòng)作后投入的旁通對(duì)恰好是C相，如圖3所示。這種情況下，極Ⅰ將通過旁通對(duì)與故障點(diǎn)形成回路，顯然這將影響極Ⅰ正常運(yùn)行。

在某直流工程實(shí)際控制保護(hù)系統(tǒng)的仿真模型上模擬圖3所示故障的錄波，試驗(yàn)中，首先極Ⅱ角側(cè)橋短路保護(hù)動(dòng)作，停運(yùn)極Ⅱ，跳開交流側(cè)開關(guān)；隨即極Ⅰ接地極母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，停運(yùn)極Ⅰ。仿真錄波如圖4所示。

極Ⅱ發(fā)生故障后，極Ⅱ角側(cè)橋短路保護(hù)動(dòng)作，斷開交流側(cè)開關(guān)，并投入旁通對(duì)；由于旁通對(duì)正好與故障點(diǎn)同相，極Ⅰ的電流通過極Ⅱ中性母線開關(guān)流經(jīng)旁通對(duì)，并最終通過接地點(diǎn)和整流側(cè)接地極形成直流回路，極Ⅰ高壓直流電流、中性母線電流、接地極母線電流和極Ⅱ中性母線電流均升高，而接地極線路電流卻仍然很低；最后，極Ⅰ接地極母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，停運(yùn)了極Ⅰ。

2.2 投入旁通對(duì)與故障點(diǎn)不同相別時(shí)的影響

假設(shè)極Ⅰ閥側(cè)C相發(fā)生接地短路故障，而保護(hù)動(dòng)作后投入的旁通對(duì)為A相，如圖5所示。這種情況下，在換流變交流側(cè)斷路器斷開前，將造成交流分量將串入直流系統(tǒng)。

在某直流工程實(shí)際控制保護(hù)系統(tǒng)的仿真模型上模擬如圖5所示故障的錄波，試驗(yàn)中，首先極Ⅰ角側(cè)橋短路保護(hù)動(dòng)作，停運(yùn)極Ⅰ；由于跳開交流側(cè)開關(guān)需要一定時(shí)間，這期間，交流分量經(jīng)極Ⅰ中性母線串入極Ⅱ，造成極Ⅱ交直流碰線保護(hù)動(dòng)作。仿真錄波如圖6所示。

極Ⅰ換流變閥側(cè)C相發(fā)生接地短路后，保護(hù)動(dòng)作并投入了A相旁通對(duì)；根據(jù)A、C相的電流波形，判斷此時(shí)發(fā)生了相間短路，故障電流形成2個(gè)回路：

（1）從A相旁通對(duì)經(jīng)極Ⅰ中性母線、極Ⅱ中性母線流入極Ⅱ，并最終經(jīng)整流側(cè)接地極和C相接地故障點(diǎn)，流入換流變C相。

（2）從A相旁通對(duì)經(jīng)極Ⅰ中性母線、接地極母線、逆變側(cè)接地極和C相故障接地點(diǎn)，流入換流變C相。

回路1流經(jīng)的故障電流造成極Ⅱ交直流碰線保護(hù)動(dòng)作，停運(yùn)了極Ⅱ；而直流系統(tǒng)中的交流分量以及換流變閥側(cè)A、C相間短路故障，隨著換流變交流側(cè)開關(guān)的斷開，才得以消除。

根據(jù)上述分析，設(shè)置保護(hù)動(dòng)作后選擇故障相對(duì)應(yīng)的旁通對(duì)，再次進(jìn)行試驗(yàn)，則可以快速隔離故障，極Ⅱ穩(wěn)定運(yùn)行[10]。

2.3 改進(jìn)措施分析

針對(duì)上述逆變側(cè)換流變閥側(cè)接地故障相關(guān)保護(hù)動(dòng)作后投旁通對(duì)時(shí)可能帶來的問題，如果在極Ⅰ相關(guān)保護(hù)動(dòng)作需投旁通對(duì)時(shí)，首先通過保護(hù)內(nèi)選相元件判斷故障相別，然后投入與故障點(diǎn)同相的閥組作為旁通對(duì)；而在極Ⅱ相關(guān)保護(hù)動(dòng)作、需投旁通對(duì)時(shí)，則投入與故障點(diǎn)不同相的閥組作為旁通對(duì)，則可以避免影響另一極的正常運(yùn)行。

3 通信系統(tǒng)故障時(shí)投入旁通對(duì)的影響

通信系統(tǒng)正常條件下，直流輸電系統(tǒng)的停運(yùn)需要兩側(cè)的配合：啟動(dòng)停運(yùn)的一側(cè)將停運(yùn)信號(hào)通過通信系統(tǒng)送至對(duì)側(cè)，對(duì)側(cè)才能快速停運(yùn)。如果通信系統(tǒng)故障，停運(yùn)信號(hào)無法送至另一側(cè)，此時(shí)另一側(cè)只能依靠后備保護(hù)動(dòng)作如低電壓保護(hù)（27DC）動(dòng)作來停運(yùn)。

3.1 整流側(cè)保護(hù)未檢測到故障、逆變側(cè)保護(hù)動(dòng)作并投入旁通對(duì)時(shí)的影響

假如在通信系統(tǒng)故障、逆變側(cè)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)停運(yùn)、同時(shí)整流側(cè)保護(hù)未檢測到故障的情況下，整流側(cè)只能依靠后備保護(hù)動(dòng)作來停運(yùn)。由于后備保護(hù)的延時(shí)往往比較長，所以，如果此時(shí)逆變側(cè)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)投入了旁通對(duì)，將造成逆變側(cè)直流短路并維持較長時(shí)間，甚至造成其他保護(hù)動(dòng)作。

調(diào)試過程中，在單極金屬回線方式下和通信故障的情況下，逆變側(cè)線路故障后備保護(hù)動(dòng)作后，投入了旁通對(duì)，接著又造成了逆變側(cè)閥組差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故障錄波如圖7所示。

如圖7所示，逆變側(cè)金屬回線下相關(guān)保護(hù)動(dòng)作后，由于投入了旁通對(duì)，不僅造成瞬間的過流，而且高壓直流母線和中性母線通過旁通對(duì)始終導(dǎo)通；同時(shí)由于通信系統(tǒng)故障，逆變側(cè)發(fā)出的閉鎖命令無法送至整流側(cè)，直流輸電系統(tǒng)仍維持一定的電流，最終引起了逆變側(cè)閥組差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

3.2 逆變側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作并投入旁通對(duì)的影響

在某直流輸電工程中，在通信系統(tǒng)故障情況下啟動(dòng)停運(yùn)時(shí)，設(shè)置另一側(cè)依靠直流低電壓保護(hù)（27DC）的動(dòng)作來停運(yùn)。最初，直流低電壓保護(hù)動(dòng)作后果設(shè)置為閉鎖換流閥，逆變側(cè)需投入旁通對(duì)。

調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，直流低電壓保護(hù)動(dòng)作后果設(shè)置不當(dāng)，啟動(dòng)逆變側(cè)閉鎖且投入旁通對(duì)，這將引起換流變閥側(cè)過壓。圖8為上述直流輸電工程在通訊中斷時(shí)手動(dòng)停運(yùn)試驗(yàn)中的錄波，整流側(cè)手動(dòng)停運(yùn)極Ⅰ后，逆變側(cè)經(jīng)延時(shí)后直流低電壓保護(hù)動(dòng)作并投入了旁通對(duì)。隨著旁通對(duì)的投入，換流變壓器閥側(cè)相當(dāng)于不接地系統(tǒng)出現(xiàn)了一點(diǎn)接地，另外兩相電壓隨即升高，最后依靠其他保護(hù)動(dòng)作斷開換流變交流側(cè)斷路器后，才恢復(fù)了正常。

對(duì)此，考慮到直流低電壓保護(hù)僅在通信故障的情況下起作用，保護(hù)動(dòng)作時(shí)直流電流實(shí)際已降低，是否投入旁通對(duì)對(duì)閉鎖換流器并無影響，最后決定退出逆變側(cè)直流低電壓保護(hù)動(dòng)作投入旁通對(duì)的功能。

4 結(jié)論

（1）運(yùn)行實(shí)例和仿真案例證明，逆變側(cè)直流保護(hù)動(dòng)作后投入旁通對(duì)可以最大限度降低過電壓水平，有助于快速隔離故障。

（2）某些特殊故障情況下，投入旁通對(duì)不僅不能快速隔離故障，甚至可能會(huì)造成故障擴(kuò)大；除了常見的逆變側(cè)直流極母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后禁投旁通對(duì)，建議在投旁通對(duì)時(shí)增加合理選相功能。

（3）通信故障情況下，逆變側(cè)投入旁通對(duì)后有可能造成其他保護(hù)動(dòng)作，目前暫無更好的處理措施，只能依靠整流側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作后停運(yùn)直流系統(tǒng)。

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