黃 晨，李帥兵，胡錦根

（國(guó)家電網(wǎng)公司運(yùn)行分公司青島管理處，山東 青島 266300）

0 引言

換流站配置大量一、二次設(shè)備，如換流變壓器、平波電抗器、換流閥、控制保護(hù)系統(tǒng)等，其可靠運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性［1-4］，而站用電系統(tǒng)則為這些一、二次設(shè)備提供工作電源，對(duì)直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)直流工程已多次發(fā)生由于站用電系統(tǒng)故障導(dǎo)致的停運(yùn)事故［5-6］，提高站用電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，對(duì)于保障直流輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有著積極意義。

站用電系統(tǒng)缺陷主要有3類(lèi)：1）設(shè)計(jì)不滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求；2）設(shè)備制造工藝欠佳；3）現(xiàn)場(chǎng)施工工藝不符合標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求。由于第2）、3）類(lèi)缺陷通過(guò)嚴(yán)把設(shè)備驗(yàn)收關(guān)能夠及時(shí)消除，而設(shè)計(jì)缺陷往往修改困難，因此減少設(shè)計(jì)缺陷對(duì)于提高站用電系統(tǒng)穩(wěn)定性，進(jìn)而提高直流系統(tǒng)可靠性就顯得十分重要。

1 銀東直流站用電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

銀東直流站用電系統(tǒng)采用換流站典型設(shè)計(jì)方案：10kV 母線分為 3 段（10 kVⅠ、Ⅱ、Ⅲ母線），Ⅰ/Ⅲ、Ⅱ/Ⅲ段之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)（141、142），通過(guò)10 kV備自投功能來(lái)實(shí)現(xiàn)一路電源失壓時(shí)，相鄰母線通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)聯(lián)絡(luò)失壓母線；400 V系統(tǒng)采用分段母線方式，段間設(shè)置低壓聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)（410、420、430），通過(guò)400 V備自投邏輯實(shí)現(xiàn)一條母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)失電時(shí)，另一條母線聯(lián)絡(luò)失壓母線運(yùn)行。正常情況下，通過(guò)延時(shí)配合使10 kV備自投優(yōu)先于400 V備自投動(dòng)作，在10 kV備自投退出或故障時(shí)，400 V備自投動(dòng)作，從而保證400 V系統(tǒng)負(fù)荷不失電。

膠東站站用電主接線圖如圖1所示，采用三回35 kV電源供電，第Ⅰ、Ⅱ回電源為主用電源，分別取自站內(nèi)500 kV主變，第Ⅲ回電源為備用電源，取自站外［7］。

第Ⅰ、Ⅱ回電源分別經(jīng)35 kV 301B和302B站用變壓器降壓后連接至10 kVⅠ段和Ⅱ段母線，第Ⅲ回電源經(jīng)35 kV 303B站用變壓器降壓后連接至10 kVⅢ段母線，10 kVⅢ段母線可分別通過(guò)141、142聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和10 kVⅠ段或Ⅱ段母線相連。

10 kVⅠ段母線經(jīng) 10 kV 11B、21B和 31B配電變壓器帶極Ⅰ400 VⅠ段母線、極Ⅱ400 VⅠ段母線和變電站400 VⅠ段母線運(yùn)行，10 kVⅡ段母線經(jīng)10 kV 12B、22B和32B配電變壓器帶極Ⅰ400 VⅡ段母線、極Ⅱ400 VⅡ段母線和變電站400 VⅡ段母線運(yùn)行，極Ⅰ、極Ⅱ和變電站兩段400 V母線可以分別經(jīng)410、420、430開(kāi)關(guān)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行。

圖1 膠東站站用電系統(tǒng)主接線圖

銀川東站站用電系統(tǒng)與膠東站類(lèi)似，不同點(diǎn)的是銀川東站第Ⅰ、Ⅱ回電源取自站內(nèi)750 kV主變，通過(guò)66/10 kV變壓器接入10 kV母線。

2 銀東直流站用電系統(tǒng)典型改進(jìn)

2.1 10 kV聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)未設(shè)置獨(dú)立保護(hù)

1）問(wèn)題分析。10 kV及400 V站用電系統(tǒng)中相應(yīng)開(kāi)關(guān)和變壓器等一次設(shè)備的保護(hù)可以通過(guò)配置變壓器保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器及相關(guān)一次設(shè)備的保護(hù)，也可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)配置獨(dú)立開(kāi)關(guān)保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，膠東站和銀川東站均采用配置變壓器保護(hù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器及其高、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的保護(hù)。

由于兩站的10 kV聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均未配置獨(dú)立的保護(hù)裝置，當(dāng)10 kV系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行時(shí)，只能通過(guò)35 kV（66 kV）站用變后備保護(hù)跳開(kāi)其高、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)來(lái)切除聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)發(fā)生的故障，導(dǎo)致10 kV母線停電。此種設(shè)計(jì)不僅擴(kuò)大了故障時(shí)跳閘范圍，而且在只有1臺(tái)35 kV（66 kV）站用變壓器帶全站負(fù)荷運(yùn)行的特殊工況下，若聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)發(fā)生故障或任一10 kV母線發(fā)生故障，高壓側(cè)站用變保護(hù)動(dòng)作將造成全站失電，導(dǎo)致直流雙極閉鎖。

2）新工程建議。對(duì)10 kV站用電系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)配置獨(dú)立保護(hù)，避免通過(guò)站用變壓器保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以此來(lái)加強(qiáng)站用電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

2.2 10 kV站用電第Ⅰ（Ⅱ）回電源無(wú)法單獨(dú)聯(lián)絡(luò)整個(gè)10 kV母線運(yùn)行

1）問(wèn)題分析。膠東站10 kV站用電系統(tǒng)101（102）進(jìn)線開(kāi)關(guān)和141（142）聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)有互相閉鎖回路，導(dǎo)致10 kV單回電源無(wú)法聯(lián)絡(luò)10 kV系統(tǒng)運(yùn)行，下面以141開(kāi)關(guān)合閘閉鎖回路為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

141開(kāi)關(guān)合閘閉鎖回路如圖2所示，101開(kāi)關(guān)在合閘位置時(shí)，141開(kāi)關(guān)無(wú)法合閘。當(dāng)站用電第Ⅱ回電源檢修時(shí)，若備用的第Ⅲ回電源也出現(xiàn)異常，此種設(shè)計(jì)將導(dǎo)致10 kV站用電第Ⅰ回電源無(wú)法實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，大大降低了站用電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

圖2 改造前的141開(kāi)關(guān)合閘閉鎖回路圖

為確保實(shí)現(xiàn)任意一回10 kV進(jìn)線電源均能夠聯(lián)絡(luò)整個(gè)10 kV系統(tǒng)，對(duì)141和142開(kāi)關(guān)合閘閉鎖回路進(jìn)行修改：在141和142開(kāi)關(guān)合閘回路中增加103開(kāi)關(guān)位置判據(jù)，當(dāng)101（102）和103中任一開(kāi)關(guān)在分閘位置且1411（1421）刀閘在合閘位置時(shí)，141（142）開(kāi)關(guān)可以合閘，從而實(shí)現(xiàn)站用電Ⅰ回（Ⅱ回）單獨(dú)聯(lián)絡(luò)整個(gè)10 kV母線運(yùn)行。修改后的141開(kāi)關(guān)合閘閉鎖回路如圖3所示。

圖3 改造后的141開(kāi)關(guān)合閘閉鎖回路圖

2）新工程建議。站用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮特殊運(yùn)行工況，考慮多回站用電故障情況下的站用電運(yùn)行方式，防止由于聯(lián)鎖設(shè)計(jì)影響站用電系統(tǒng)可靠性。

2.3 35 kV低抗投切策略影響站用電電能質(zhì)量

1）問(wèn)題分析。膠東換流變電站設(shè)計(jì)有4組35 kV低抗參與直流系統(tǒng)無(wú)功控制，在直流低功率運(yùn)行時(shí)4組低抗投入，隨著直流功率上升而陸續(xù)切除。

在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，直流系統(tǒng)解鎖后4組低抗立即投入，膠東站35 kV母線電壓下降10%以上，由于膠東站兩回主用301B、302B站用變壓器分別同參與無(wú)功控制的低抗安裝在同一35 kV母線上，如圖4所示，導(dǎo)致站用電10 kV母線電壓降低5%，400 V母線電壓降低10%，造成站用電電能質(zhì)量大幅降低；同時(shí)由于備自投切換邏輯“欠壓”定值為 0.79 pu［9-10］，此種情況也容易造成 10 kV 及 400 V備自投誤動(dòng)。當(dāng)直流系統(tǒng)在低功率閉鎖時(shí)，4組低抗全部退出，導(dǎo)致10kV母線電壓上升達(dá)15%，400 V母線電壓上升10%，對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成了較大影響。

鑒于以上情況，調(diào)試期間臨時(shí)修改策略，在直流啟動(dòng)時(shí)，將投入低抗的數(shù)量改為2組，發(fā)現(xiàn)35 kV母線電壓降低約4%，10 kV母線電壓降低約5%，400 V母線電壓降低5%；直流系統(tǒng)在低功率閉鎖時(shí)，退出2組低抗，檢查35 kV母線電壓上升至4%，10 kV母線電壓上升10%，400 V母線電壓上升5%，電壓質(zhì)量有了較大改觀。

圖4 膠東站35 kV系統(tǒng)接線圖

2）新工程建議。由于多組35 kV低抗同時(shí)投入、退出，嚴(yán)重降低站用電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，進(jìn)而影響站內(nèi)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，建議新建直流工程中，避免低電壓等級(jí)無(wú)功設(shè)備參與直流無(wú)功控制，不可避免時(shí)應(yīng)將參與無(wú)功控制的無(wú)功設(shè)備與站用變壓器設(shè)計(jì)在不同母線上，防止由于無(wú)功設(shè)備投退造成站用電系統(tǒng)電壓波動(dòng)過(guò)大。

2.4 10 kV電源進(jìn)線側(cè)未配置電壓互感器

1）問(wèn)題分析。膠東站和銀川東站站用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)均未在10 kV電源進(jìn)線側(cè)配置電壓互感器，由此導(dǎo)致10 kV備自投邏輯中的自恢復(fù)功能無(wú)法正常實(shí)現(xiàn)：以膠東站為例，當(dāng)35 kV 301 B、302 B、303 B站用變壓器由失電狀態(tài)轉(zhuǎn)為帶電狀態(tài)時(shí)，由于站用變壓器低壓側(cè)未配置電壓互感器，導(dǎo)致其低壓側(cè)10 kV斷路器無(wú)法根據(jù)電壓自動(dòng)合閘，降低了操作和故障處理的速度。

目前，兩站均對(duì)備自投邏輯進(jìn)行了修改，從軟件上實(shí)現(xiàn)站用電系統(tǒng)的自恢復(fù)功能。以膠東站為例，通過(guò)在運(yùn)行人員工作站站用電監(jiān)視界面中的Ⅰ回、Ⅱ回電源上增加“啟動(dòng)自恢復(fù)”按鈕，當(dāng)35 kV 1號(hào)（2號(hào)）母線電壓正常，并且相應(yīng)的35 kV站用變壓器高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及刀閘在合上位置時(shí)，點(diǎn)擊“啟動(dòng)自恢復(fù)”按鈕后，10 kV聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)拉開(kāi)，相應(yīng)站用變壓器低壓側(cè)10 kV斷路器自動(dòng)合上，站用變壓器由失電狀態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)為帶負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。膠東站運(yùn)行人員工作站站用電監(jiān)視界面如圖5所示。

2）新工程建議。雖然通過(guò)軟件修改可以實(shí)現(xiàn)備自投邏輯自恢復(fù)功能，但由于在恢復(fù)過(guò)程中需要人工操作，恢復(fù)速度較慢，且存在誤操作風(fēng)險(xiǎn)，建議今后新建工程中，在站用電系統(tǒng)的10 kV電源進(jìn)線側(cè)配置相應(yīng)的電壓互感器，如圖6所示，當(dāng)相應(yīng)的10 kV進(jìn)線電源恢復(fù)正常時(shí)，通過(guò)檢測(cè)進(jìn)線側(cè)的電壓互感器電壓?jiǎn)?dòng)其10 kV斷路器自動(dòng)合閘，這不僅可以提升操作和故障處理的速度，同時(shí)在10 kV斷路器偷跳時(shí)，該斷路器也能自動(dòng)合上，提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

2.5 10 kV開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能接點(diǎn)擴(kuò)展回路電源設(shè)計(jì)缺陷

圖5 運(yùn)行人員工作站站用電系統(tǒng)界面

1）問(wèn)題分析。膠東站10 kV開(kāi)關(guān)柜彈簧儲(chǔ)能信號(hào)取自?xún)?chǔ)能接點(diǎn)擴(kuò)展回路，該接點(diǎn)擴(kuò)展回路設(shè)計(jì)為交流220 V電源供電，如圖7所示。當(dāng)10 kV母線進(jìn)線電源失電時(shí)，該擴(kuò)展回路的交流220 V電源丟失，中間繼電器ZJ失磁，彈簧未儲(chǔ)能的接點(diǎn)閉合，控制系統(tǒng)收到10 kV母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)及10 kV聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)彈簧未儲(chǔ)能信號(hào)。由于該信號(hào)用于開(kāi)關(guān)分合閘軟件聯(lián)鎖，這就導(dǎo)致10 kV備自投功能失效，只有待400 V備自投動(dòng)作，擴(kuò)展回路的交流220 V電源恢復(fù)后，10 kV母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)及10 kV聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)彈簧未儲(chǔ)能信號(hào)消失，此時(shí)10 kV備自投才能動(dòng)作將10 kV聯(lián)絡(luò)。

通過(guò)將10 kV開(kāi)關(guān)柜儲(chǔ)能信號(hào)回路中的交流中間繼電器更換為直流中間繼電器，并將擴(kuò)展回路電源改為110 V直流電源供電后，消除了10 kV開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)造成儲(chǔ)能信號(hào)回路失電進(jìn)而影響備自投動(dòng)作的缺陷。

2）新工程建議。為確保10 kV備自投的可靠性，建議10 kV開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能回路應(yīng)采用直流電源供電，避免采用交流電源，防止站用電系統(tǒng)切換過(guò)程中自備投功能受影響。

圖7 改造前的10 kV開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能接點(diǎn)擴(kuò)展回路圖

2.6 開(kāi)關(guān)欠壓脫扣器影響400 V備自投

1）問(wèn)題分析。 膠東站6臺(tái)400 V進(jìn)線開(kāi)關(guān)（即 411、412、421、422、431、432 開(kāi)關(guān)）內(nèi)部均設(shè)計(jì)有欠電壓脫扣器，該欠壓脫扣器在10/0.4 kV干式變壓器失電后立即跳開(kāi)相應(yīng)的400 V開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致站用電400 V備自投控制功能失效，直接影響內(nèi)外冷水設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)已將6臺(tái)400 V進(jìn)線開(kāi)關(guān)的欠壓脫扣器全部拆除，欠壓情況下由備自投功能跳開(kāi)400 V開(kāi)關(guān)，自動(dòng)合上聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。

2）新工程建議。建議新建換流站站用電系統(tǒng)低壓開(kāi)關(guān)和中壓開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮開(kāi)關(guān)自帶的保護(hù)及控制功能與自備投功能的配合，一般情況下進(jìn)線開(kāi)關(guān)不應(yīng)配置欠壓脫扣器。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析銀東直流輸電工程站用電系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)缺陷，立足提高站用電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，確保站用電正常運(yùn)行方式和特殊運(yùn)行方式下均能夠可靠供電，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)采取的改進(jìn)措施，提出針對(duì)性的解決方案，可為后續(xù)直流工程站用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒。