吳貽志，江一，劉東，毛海鵬

（南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州 510405）

直流輸電系統(tǒng)CSD控制關(guān)斷功能分析及改進建議

吳貽志，江一，劉東，毛海鵬

（南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州 510405）

控制關(guān)斷順序是高壓直流輸電系統(tǒng)控制重要功能。介紹了控制關(guān)斷功能的設(shè)置原因、啟動條件和后果，指出主備直流站控均故障時，控制關(guān)斷功能設(shè)計存在缺陷。對比云廣特高直流控制優(yōu)化邏輯，提出改進建議，這些分析和結(jié)論有助于增強系統(tǒng)可靠性，提高直流輸電運行維護水平。

直流輸電；控制關(guān)斷；直流站控；極控；交流濾波器

0 引 言

控制系統(tǒng)對直流輸電運行起著極為重要的作用。為避免控制系統(tǒng)自身故障或功能異常對直流輸電運行造成影響，一般采用冗余設(shè)計與控制設(shè)備自身全面自診斷功能相結(jié)合，確保直流輸電連續(xù)穩(wěn)定運行［1－2］。

若主備直流站控同時故障，則啟動CSD，直流系統(tǒng)以10 MW／s降低直流功率，并延時切除所有小組交流濾波器。功率等下降和ACF小組切除延時配合，保證了連接的ACF小組比諧波性能／無功補償滿足要求。同時交流站控將通過來自極控雙極閉鎖故障信號將大組ACF進線開關(guān)跳開，這樣所有剩余的ACF小組會被切除，以避免過電壓和自激危險［3］。

1 直流輸電系統(tǒng)CSD功能介紹

1．1 設(shè)置CSD功能原因

天廣直流天生橋站曾發(fā)生直流站控就地光纖環(huán)網(wǎng)總線1頻繁故障，引起2套就地光纖環(huán)網(wǎng)瞬時故障，導(dǎo)致直流站控判斷所有A型ACF不可用啟動ESOF，雙極緊急停運［4］。為避免類似情況再次發(fā)生，貴廣Ⅱ回直流工程增加了判斷直流站控主備系統(tǒng)與所有ACF就地控制Fieldbus通信同時故障或直流站控主備系統(tǒng)均故障的程序，并配置了系統(tǒng)CSD功能。

1．2 CSD啟動條件

設(shè)計中2套直流站控運行正常信號20XJ01＋XJ1．A＿RDY和20XJ01＋XJ1．B＿RDY均輸出信號時，直流站控將通過硬連線發(fā)出CSD信號到極控、交流站控、SER事件順序記錄和就地控制設(shè)備等。

直流站控是通過軟件程序來判斷20XJ01＋XJ1．A＿RDY信號，如圖1，當(dāng)A直流站控作為主系統(tǒng)運行正?；蛘逜直流站控作為備用系統(tǒng)運行正常且未發(fā)生所有連接A直流站控ACF現(xiàn)場總線故障的條件下，則輸出信號。20XJ01＋XJ1．B＿RDY是B直流站控運行正常信號，判斷方法同A直流站控。

圖1 直流站控正常判斷邏輯

1．3 CSD啟動后果

直流站控主備系統(tǒng)與所有ACF就地控制Fieldbus通信故障或直流站控主備系統(tǒng)均故障時，直流站控將通過硬接線啟動CSD［5］。

極控收到直流站控輸出的CSD信號后，將啟動控制停運順序。

1）整流側(cè)停運順序

（1）站間通訊正常

①以10 MW／sec將電流容量降到最小值。

② 電流容量到最小值后，啟動極閉鎖邏輯。

（2）站間通訊故障

① 若CSD出現(xiàn)在整流站，則順序與站間通訊正常一樣。

② 若CSD出現(xiàn)在逆變站，則逆變側(cè)投入旁通對，整流側(cè)直流低電壓保護動作閉鎖。

2）逆變側(cè)停運順序

（1）站間通訊正常

①逆變側(cè)CSD會通過DUST通訊啟動整流側(cè)的CSD順序。

②整流側(cè)以10 MW／sec將電流容量降到最小值，啟動極閉鎖邏輯。

（2）站間通訊故障

① 若CSD出現(xiàn)在整流站，由于整流側(cè)閉鎖，逆變側(cè)直流零電流保護動作閉鎖。

②若CSD出現(xiàn)在逆變站，逆變站以10 MW／sec將電流容量降到最小值，（由于通訊故障，實際并未降低），當(dāng)電流容量到最小值后，逆變側(cè)投旁通對，整流側(cè)直流低電壓閉鎖極。

就地控制設(shè)備通過二次回路執(zhí)行CSD命令，ACF小組自動依次切除，切除延時與極控降功率配合，確保在ACF切除中能滿足諧波性能要求，先電容器后濾波器，同類型按屏間，繼電器室間連線最少原則來實現(xiàn)。未投入ACF小組自動跳過。

直流站控將通過硬連線發(fā)出CSD信號到交流站控，當(dāng)功率降到最小輸送容量時，且交流站控收到極控信號從DEBLOCKED到BLOCKED跳變的同時切除ACF大組，這樣所有剩余ACF小組被切除，以避免過電壓和自激危險

若在CSD執(zhí)行過程中在極控閉鎖前有一套直流站控恢復(fù)，則CSD將終止，極控停止降功率，就地控制設(shè)備不再執(zhí)行ACF小組退出邏輯。

系統(tǒng)CSD功能簡化如圖2。

圖2 系統(tǒng)CSD功能圖

2 CSD功能設(shè)計缺陷

2．1 CSD極控設(shè)計功能不合理

CSD功能按10 MW／sec可在4．5 min內(nèi)將3 000 MW直流功率降到最小值并啟動雙極閉鎖順序，在較短時間內(nèi)，運行人員無法進行有效判斷并處理故障，很大程度上降低了系統(tǒng)可靠性，并對區(qū)域電網(wǎng)造成負面沖擊。

在實際工程中，若主備直流站控同時故障或兩個系統(tǒng)中控制ACF的Fieldbus故障時，無需立即啟動CSD，只要發(fā)出告警信號，提醒運行人員查看Fieldbus通信和控制設(shè)備并進行必要維修。若故障時無直流功率調(diào)整，則維持當(dāng)前狀態(tài)；若故障時有直流功率調(diào)整，則手動停止調(diào)整；若故障時有控制保護啟動功率限制功能，此時可通過合理配置主備直流站控，同時故障時過壓保護定值達到ACF小組自動依次切除目的，降低對電網(wǎng)的不良影響。

2．2 就地控制設(shè)備ACF小組二次CSD跳閘回路設(shè)計存在缺陷

就地控制設(shè)備通過二次回路執(zhí)行直流站控CSD命令，按先電容器后濾波器，同類型按屏間，繼電器室間連線最少的原則，ACF以30 s一組的間隔順序跳閘。

以寶安站為例，561ACF就地控制單元最先收到直流站控＝20XJ01／DC＿SC＿FLT故障信號。若561開關(guān)在合位且控制地點在“遠方”時，則延時30 s跳開561開關(guān)，561開關(guān)分位輔助接點閉合。若561開關(guān)在分位或者561開關(guān)控制地點在“就地”，則561開關(guān)分位輔助接點在閉合狀態(tài)或561開關(guān)“就地”控制輔助接點在閉合狀態(tài)。直流站控故障正電位信號將通過上述輔助接點送至564ACF就地控制單元，并執(zhí)行561開關(guān)相同跳閘邏輯。

ACF開關(guān)將以30 s一組的間隔按561→564→571→574→581→584→583→582→573→572→563→562順序退出運行，執(zhí)行中若ACF開關(guān)控制地點在“就地”或開關(guān)在分位時，則無延時跳轉(zhuǎn)到下一組ACF開關(guān)，如圖3。

圖3 就地控制設(shè)備CSD二次跳閘回路

但按目前6MD單元內(nèi)CSD啟動ACF開關(guān)順序跳閘回路設(shè)計，所有ACF開關(guān)跳閘回路串接，一旦出現(xiàn)某一組開關(guān)跳閘過程中出現(xiàn)拒動或之前跳閘回路中相關(guān)輔助接點有故障，將導(dǎo)致后續(xù)ACF開關(guān)無法按設(shè)計執(zhí)行ACF順序退出邏輯。而隨著直流功率下降，無功功率將過剩，交流母線電壓將越限導(dǎo)致一系列后果。

以雙極2 700 MW投10組ACF為例，4min將功率降至300 MW，然后執(zhí)行閉鎖命令，根據(jù)運行經(jīng)驗每投一組ACF500 kV交流母線升高約3 kV計算，最嚴重后果是4 min內(nèi)母線將升高30 kV，然后交流站控收到極控發(fā)來的雙極閉鎖信號跳3組ACF大組開關(guān)，交流母線瞬間跌落30 kV，將對電網(wǎng)潮流造成沖擊，可能造成網(wǎng)內(nèi)其他直流系統(tǒng)發(fā)生換相失敗。

3 云廣特高壓主備直流站控故障時控制邏輯的優(yōu)化

云廣直流系統(tǒng)中，ACF就地控制單元通過IRC總線通信，將ACF投入情況實時傳送到極控接口屏，極控接口屏再將該信息通過現(xiàn)場總線傳送給極控?zé)o功后備控制［6－7］。

主備套直流站控故障或站控連接ACF就地控制單元雙套現(xiàn)場總線故障時，直流站控通過硬接點信號送給極控接口屏，啟動無功后備控制。

極控將根據(jù)當(dāng)前ACF投入情況按表1計算出可傳輸?shù)墓β仕剑? h后若故障仍不能消除，則極控將電流限制到10%。

表1 單組ACF支撐功率

當(dāng)極控降低電流時，ACF由極控接口屏來控制切除，由于剩余無功會造成交流側(cè)電壓逐漸升高，當(dāng)電壓達到一定程度后，ACF的就地控制單元檢測到過壓，則極控接口屏通過IRC通信按照如下原則切除ACF：從第一大組至第四大組逐個切除C型ACF，C型全部切除后再比較4個大組ACF中A型B型各自投入數(shù)量來切除投入多者。每切除一組ACF后，極控接口屏將延時200 ms再次發(fā)切除下一組命令。若在延時時間內(nèi)過壓消除，則停止發(fā)切除命令，否則將切除至最小ACF組合1A＋1B。

云廣特高壓主備直流站控故障不再立即觸發(fā)CSD功能，而是延長一定時間讓運維人員處理故障，這大大增強了系統(tǒng)可靠性，減小了對區(qū)域電網(wǎng)的負面沖擊［8］。

4 直流輸電系統(tǒng)CSD功能改進建議

貴廣Ⅰ回Ⅱ回直流目前配置的CSD都存在上文提到的設(shè)計缺陷，如采用云廣特高壓優(yōu)化設(shè)計改造，改動較大費用昂貴。針對現(xiàn)有設(shè)備，考慮成本可采用下面改進方案。

首先，考慮不立即觸發(fā)極控降功率和就地設(shè)備跳ACF，給運行人員一定判斷處理時間，即在直流站控送CSD信號到極控和就地控制設(shè)備的回路中增加延時2 h。

其次，考慮改造就地控制設(shè)備ACF小組二次CSD跳閘回路各自獨立，在ACF大組保護中增加主備站控故障時過壓保護功能，通過電壓定值和時間定值配合，使濾波器按先電容器后濾波器退出，且交流母線不出現(xiàn)過壓情況，此保護不同于原來ACF聯(lián)線保護中過壓保護（59），其由CSD信號開入來啟動跳閘回路。以寶安站561ACF為例，設(shè)計如圖4。

圖4 就地控制設(shè)備CSD二次跳閘回路獨立設(shè)計

5 結(jié)束語

在高壓直流工程中，主備直流站控同時故障將啟動CSD，以控制直流系統(tǒng)停運順序，但目前CSD中極控設(shè)計功能不合理，就地控制設(shè)備ACF小組二次CSD跳閘回路設(shè)計也存在缺陷。對比云廣特高壓優(yōu)化控制邏輯，本文提出直流輸電系統(tǒng)控制關(guān)斷功能的改進建議，為運行人員有效判斷和處理故障提供一定的時間，并使得ACF開關(guān)CSD跳閘回路獨立設(shè)計，避免出現(xiàn)某一組跳閘不成功導(dǎo)致后續(xù)ACF小組無法執(zhí)行CSD跳閘順序的情況出現(xiàn)，以期提高直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可用率。

［1］趙婉君．高壓直流輸電工程技術(shù)［M］．北京：中國電力出版社，2004．

［2］浙江大學(xué)直流輸電科研組．直流輸電［M］．北京：水利電力出版社，1985．

［3］張望，黃利軍，郝俊芳，等．高壓直流輸電控制保護系統(tǒng)的冗余設(shè)計［J］．電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（13）：88－91．

［4］羅遠峰，李標?。F廣Ⅱ回直流輸電系統(tǒng)無功控制功能優(yōu)化和改進［J］．電力建設(shè)，2008，29（8）：29－32．

［5］盧世才，禹晉云．貴廣Ⅰ、Ⅱ回直流工程控制保護系統(tǒng)的對比分析［J］．高電壓技術(shù)，2006，32（9）：96－99．

［6］劉茂濤，張志朝，宋述波，等．±800 kV云廣特高壓直流輸電無功后備控制功能改進［J］．電力系統(tǒng)自動化，2011，35（19）：93－96．

［7］張志朝，汪洋，周翔勝，等．云廣±800 kV直流系統(tǒng)濾波器組投切控制策略優(yōu)化［J］．南方電網(wǎng)技術(shù)，2010，4（4）：63－67．

［8］胡銘，田杰，曹冬明，等．特高壓直流輸電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置分析［J］．電力系統(tǒng)自動化，2008，32（24）：88－92．

Analysis and Im provement Suggestion on the Control Shut Down Function of DC Power Transm ission System

WU Yi-zhi，JIANG Yi，LIU Dong，MAO Hai-peng
（CSG EHV Power Transmission Company Guangzhou Bureau，Guangzhou Guangdong 510405，China）

Control shut down（CSD）sequence is an important function of the HVDC power transmission system．This paper explains its setup reason，start conditions and consequences，and points out that the CSD function design has defects when simultaneous faults are detected in the master and standby DC station controls．In comparison with Yun-Guang UHVDC control optimization，some improvement suggestions are given．The analysis and conclusionsmade in this paperwill be valuable for the reliability enhancementof the system and improvement of themaintenance level of the DC power transmission operation．

DC power transmission；control shut down；DC station control；pole control；ACF

10．3969／j·issn．1000－3886．2014．04．019

TM721．1

A

1000－3886（2014）04－0056－03

吳貽志（1979－），男，安徽人，工程師，從事高壓直流輸電系統(tǒng)生產(chǎn)管理工作。 江一（1979－），男，貴州人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)運行管理。 劉東（1978－），男，湖北人，高級工程師，從事直流輸電管理工作。 毛海鵬（1979－），男，廣東人，工程師，從事直流輸電管理工作。

定稿日期：2013－09－05

南方電網(wǎng)公司科技項目（K－GY2012－027）