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        ±500 kV伊穆直流極1線路故障導(dǎo)致極2直流閉鎖原因分析

        2015-06-06 10:45:56高殿瀅崔文軍劉文娟
        東北電力技術(shù) 2015年9期
        關(guān)鍵詞:差流首端尾端

        高殿瀅,崔文軍,洪 鶴,劉文娟

        (國網(wǎng)遼寧省電力有限公司,遼寧 沈陽 110006)

        經(jīng)驗(yàn)交流

        ±500 kV伊穆直流極1線路故障導(dǎo)致極2直流閉鎖原因分析

        高殿瀅,崔文軍,洪 鶴,劉文娟

        (國網(wǎng)遼寧省電力有限公司,遼寧 沈陽 110006)

        ±500 kV伊穆直流極1線路發(fā)生瞬時(shí)性接地故障,由于雙極線路之間的靜電和電磁耦合作用,使極2直流電壓發(fā)生波動(dòng),繼而引起該極直流濾波器快速充放電,產(chǎn)生較大的穿越電流,而該組直流濾波的首端光電式電流互感器、尾端電磁式電流互感器在電流傳變特性方面存在較大差異,穿越電流傳變產(chǎn)生的差流達(dá)到保護(hù)動(dòng)作條件,導(dǎo)致極2直流閉鎖。針對(duì)這次保護(hù)誤動(dòng),將直流濾波器差動(dòng)保護(hù)延時(shí)由40 ms延長至500 ms,提高了保護(hù)的防誤動(dòng)水平。

        直流輸電;重啟動(dòng);直流濾波器;保護(hù)誤動(dòng);直流閉鎖

        1 故障過程

        事故發(fā)生前,±500 kV伊穆直流雙極大地回線全壓運(yùn)行,伊敏換流站送穆家換流站1 600 MW。

        2013年6月30日14:15,穆家換流站極1直流保護(hù)發(fā)“線路故障,突變量檢測(cè)動(dòng)作”、“線路故障,行波檢測(cè)動(dòng)作”等故障信息,極1直流線路重啟,1次成功。同時(shí)穆家換流站極2的12/36次直流濾波器B套保護(hù)動(dòng)作出口,極2直流閉鎖。主要事件記錄如表1所示。

        表1 穆家站極1線路故障導(dǎo)致極2閉鎖故障記錄

        事故發(fā)生后,重點(diǎn)檢查極2的12/36次直流濾波器一次設(shè)備,沒有異常;檢查直流濾波器保護(hù)時(shí),A套保護(hù)無異常,而B套保護(hù)動(dòng)作出口跳閘燈亮,保護(hù)裝置顯示“差動(dòng)動(dòng)作”、“閉鎖直流”動(dòng)作信號(hào),確認(rèn)極2直流閉鎖指令來自極2的12/36次直流濾波器B套保護(hù)。

        2 保護(hù)裝置動(dòng)作分析

        2.1 極1線路保護(hù)裝置動(dòng)作分析

        故障時(shí)刻極1錄波圖如圖1所示。

        故障情況如下。

        a.故障前,極1直流電壓、直流電流正常。b.故障時(shí)刻,極1線路保護(hù)動(dòng)作,直流電壓、直流電流降低。

        c.極1直流線路去游離(150 ms),絕緣恢復(fù)。

        d.極1線路重啟,逐步建立直流電壓和直流電流。

        e.極2的12/36次直流濾波器保護(hù)動(dòng)作,極2直流閉鎖。

        f.極2功率轉(zhuǎn)移到極1,極1過負(fù)荷運(yùn)行。

        通過分析,確定此次故障為伊穆直流極1線路發(fā)生瞬時(shí)性接地,極1線路保護(hù)(電壓突變量保護(hù)、行波保護(hù))正確動(dòng)作,極1直流線路重啟成功[1]。但極2直流濾波器保護(hù)動(dòng)作原因需進(jìn)一步分析。

        2.2 極2直流濾波器保護(hù)動(dòng)作分析

        穆家換流站每極安裝2組直流濾波器,為12/24次和12/36次各1組。直流濾波器組一次接線如圖2所示。直流濾波器組首端電流互感器(T1)為光電式電流互感器,變比為3 000/1;尾端電流互感器(T4)為電磁式電流互感器,二次繞組共4卷,其中變比為100/1的2卷分別接入2套直流濾波器保護(hù)裝置,變比為4 000/1的2卷分別接入2套直流控制保護(hù)裝置,保護(hù)裝置采樣二次回路均相互獨(dú)立。直流濾波器共配置了差動(dòng)保護(hù)(包括差動(dòng)速斷、比率差動(dòng)、變化量比率差動(dòng))、不平衡保護(hù)、過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)[2]。

        圖2 穆家站直流濾波器組一次接線及保護(hù)配置

        分別調(diào)取極2的12/36次直流濾波器A套、B套保護(hù)裝置中電流波形,分析保護(hù)動(dòng)作情況。

        故障時(shí)刻A套保護(hù)中的首端、尾端電流及其差流電流波形如圖3所示,圖中黃色曲線是首端電流互感器(T1)的電流波形、綠色曲線是尾端電流互感器(T4)的電流波形,藍(lán)色為T1、T4的差流波形,紅色為濾波器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作門檻值。

        由圖3可以看出,極2的直流濾波器A套保護(hù)中,T1、T4的差流雖然超過了保護(hù)的啟動(dòng)定值(0.1倍額定值),但各時(shí)間點(diǎn)上藍(lán)色曲線始終沒有穩(wěn)定地越過紅色曲線,即T1、T4的差流始終沒有穩(wěn)定地超過濾波器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作門檻值,故A套保護(hù)沒有動(dòng)作出口,保護(hù)裝置功能正常。

        圖1 穆家站P1線路重啟直流電壓電流波形

        圖3 穆家站極2的12/36次直流濾波器A套保護(hù)中首端、尾端電流及其差流

        故障時(shí)刻B套保護(hù)中的首端、尾端電流及其差流電流波形如圖4所示。

        圖4 穆家站極2的12/36次直流濾波器B套保護(hù)中首端、尾端電流及其差流

        由圖4可以看出,從t1時(shí)刻開始到t2時(shí)刻結(jié)束,T1、T4的差流(圖中的藍(lán)線)已超過穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作門檻(圖中的紅線),持續(xù)時(shí)間也超過穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)的延時(shí)定值(40 ms),滿足保護(hù)動(dòng)作條件,保護(hù)出口。

        3 極2直流閉鎖原因

        3.1 一次系統(tǒng)分析

        此次極2直流閉鎖故障,雖然12/36次直流濾波器的2套保護(hù)1套動(dòng)作、另1套未動(dòng)作,但2套保護(hù)裝置確實(shí)發(fā)生了電流突增(均在2倍額定電流以上)。針對(duì)極1線路接地故障導(dǎo)致極2直流濾波器流過較大的穿越電流這一現(xiàn)象,分析其內(nèi)在機(jī)理。

        以±800 kV特高壓直流工程為例,雙極正常運(yùn)行狀態(tài)下,設(shè)置極1直流線路中點(diǎn)處瞬時(shí)接地故障進(jìn)行仿真,分析極1線路接地故障對(duì)極2的影響。其中逆變站極1仿真結(jié)果如圖5所示,逆變站極2仿真結(jié)果如圖6所示。

        圖5 極1直流線路瞬時(shí)接地故障時(shí)逆變站極1波形

        圖6 極1直流線路瞬時(shí)接地故障時(shí)逆變站極2波形

        由圖5可見,極1直流線路瞬時(shí)接地故障時(shí),直流電壓、直流電流均快速降低。隨著直流、電壓的降低,兩端換流站換流閥等直流設(shè)備及直流線路上存儲(chǔ)的電荷將通過直流場(chǎng)中直流濾波器組等進(jìn)行泄放,上述過程從直流濾波的首端、尾端電流波形變化得以證實(shí)[3]。

        由圖6可見,極1直流線路中點(diǎn)處瞬時(shí)接地故障時(shí),由于雙極線路之間的靜電和電磁耦合作用,使另一極線路電壓發(fā)生波動(dòng),從而引起直流濾波器充放電。經(jīng)中國電科院計(jì)算,此次伊穆直流極1線路瞬時(shí)接地故障,導(dǎo)致極2電壓發(fā)生較大干擾和波動(dòng),最大變化率達(dá)到616 kV/ms,而較大直流電壓變化率,造成穆家站極2的12/36次直流濾波器快速充放電,流過較大的穿越電流。

        3.2 二次系統(tǒng)分析

        依電路原理分析,首端電流互感器是一個(gè)電流源、傳變給2套保護(hù)的T1,尾端電流互感器是另一個(gè)電流源、傳變給2套保護(hù)的T4。電流互感器高壓回路中的電流唯一,則在允許的誤差范圍內(nèi),2套保護(hù)中接收到的二次電流值應(yīng)相同(滿足誤差標(biāo)準(zhǔn)),但是實(shí)際上本次故障中2套保護(hù)接收到的二次值差異較大,且導(dǎo)致1套保護(hù)動(dòng)作、另1套保護(hù)未動(dòng)作。

        本次伊穆直流極1直流線路發(fā)生瞬時(shí)接地故障時(shí),在穆家站極1兩組直流濾波器產(chǎn)生的穿越電流大于在極2兩組直流濾波器產(chǎn)生的穿越電流。但穿越電流大的極1兩組濾波器、4組保護(hù)沒有動(dòng)作,而穿越電流小的極2的兩組濾波器、4組保護(hù)中僅有1套保護(hù)動(dòng)作,分析認(rèn)為這一組濾波器保護(hù)誤動(dòng)作是個(gè)例。那么能夠產(chǎn)生這種差異的,一種可能是電流互感器的變比誤差超標(biāo),另一種可能是2套保護(hù)裝置中的電流傳感器誤差超標(biāo)。

        方案三:谷物、薯類和雜豆統(tǒng)計(jì)為糧食,但不包括大豆。考慮到人們糧食消費(fèi)的多元化,雜豆仍然可以作為糧食的一部分。因此,只將大豆從現(xiàn)有糧食統(tǒng)計(jì)口徑中剔除,其中薯類(不含木薯)仍然按5比1折糧。

        故障后,對(duì)電流互感器的變比誤差進(jìn)行了測(cè)試,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;對(duì)B套保護(hù)裝置進(jìn)行了返廠檢測(cè),各項(xiàng)指標(biāo)正常。

        3.3 綜合分析

        通過以上分析可知,極2直流濾波器中的高頻電流屬于極1線路故障的正常暫態(tài)過程,此次極2閉鎖的原因不在于此。故障原因圈定在二次系統(tǒng)方面,而單獨(dú)測(cè)試首端、尾端電流互感器,單獨(dú)測(cè)試2套保護(hù)裝置,均無問題。

        a.將首端、尾端電流互感器電流波形進(jìn)行對(duì)比分析(如圖7所示)。由圖7可知,首端、尾端電流變化趨勢(shì)及幅值大小等都非常相似,但在同一時(shí)間參考點(diǎn)上,差異卻很大,這說明首端、尾端電流互感器在傳變電流特性上,尤其是傳變速度、時(shí)間響應(yīng)方面存在差異。

        圖7 直流控保系統(tǒng)中采集的極2直流濾波器首端、尾端電流波形

        b.對(duì)直流控保系統(tǒng)計(jì)算得出的直流濾波器首端、尾端差流波形進(jìn)行分析(如圖8所示)。

        由圖8可見,首端、尾端的差流在正負(fù)值之間以極高頻率、不規(guī)則地不斷跳變,差流幅值變化區(qū)域分散、持續(xù)時(shí)間超過300 ms。

        圖8 直流控保系統(tǒng)中計(jì)算的極2直流濾波器首端、尾端差流波形

        由此可見,產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是首端光電式電流互感器、尾端電磁式電流互感器在傳變電流速度、時(shí)間響應(yīng)方面有差異,尾端電磁式電流互感器二次測(cè)量結(jié)果在時(shí)間上超前于首端光電式電流互感器。由于直流濾波器保護(hù)裝置在計(jì)算首端、尾端差流時(shí),選取的是同一時(shí)間坐標(biāo)上的2個(gè)電流值,因此計(jì)算所得差值較大。當(dāng)持續(xù)時(shí)間超過保護(hù)設(shè)置的動(dòng)作延時(shí)(40 ms)后,保護(hù)動(dòng)作出口,極2直流閉鎖[5-6]。

        4 結(jié)論

        a.當(dāng)一極直流線路發(fā)生接地故障時(shí),由于雙極直流線路之間的靜電和電磁耦合作用,使另一極線路電壓發(fā)生波動(dòng),從而引起直流濾波器快速充放電,直流濾波器中將流過穿越電流。

        b.直流濾波器保護(hù)高壓端采用光電式電流互感器,低壓側(cè)采用普通電磁式電流互感器,二者傳變特性配合不好則留下保護(hù)誤動(dòng)的隱患。穆家站極2的12/36次直流濾波器組,其接入B套保護(hù)裝置的首端、尾端電流互感器的傳變特性不一致,導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng),極2直流閉鎖。

        c.對(duì)直流濾波器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作延時(shí),ABB公司設(shè)計(jì)的某幾個(gè)工程中整定為2 s多,而伊穆直流工程直流濾波器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)為40 ms。結(jié)合中國電科院的仿真結(jié)果和此次穆家站極2保護(hù)誤動(dòng)實(shí)際,采取將直流濾波器差動(dòng)保護(hù)延時(shí)由40 ms延長至500 ms,在保證直流濾波器設(shè)備安全運(yùn)行前提下,提高保護(hù)防誤動(dòng)水平。

        d.為更好解決直流濾波器組首端、尾端電流互感器特性不一致的問題,建議采用光電式電流互感器。

        [1]胡宇洋,黃道春.葛南直流輸電線路故障及保護(hù)動(dòng)作分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2008,32(8):102-107.

        [2]文繼鋒,陳松林,李海英,等.超高壓直流系統(tǒng)中的直流濾波器保護(hù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2004,28(21):69-72.

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

        [4]浙江大學(xué)發(fā)電教研組直流輸電科研組.直流輸電[M].北京:電力工業(yè)出版社,1982.

        [5]任達(dá)勇.天廣直流工程歷年雙極閉鎖事故分析[J].高電壓技術(shù),2006,32(9):173-175.

        [6]楊萬開,曾南超,王明新,等.三峽—上海直流輸電工程控制保護(hù)功能的完善[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,32(19):26-30.

        Reason Analysis on±500 kV Yi?Mu HVDC Pole 1 Line Fault Caused by Pole 2 DC Blocking

        GAO Dian?ying,CUI Wen?jun,HONG He,LIU Wen?juan
        (State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Shenyang,Liaoning 110006,China)

        Pole 2 DC voltage fluctuates due to electrostatic and electromagnetic coupling between bipolar circuit when±500 kV Yi?Mu HVDC pole 1 line instantaneity ground fault occurrs,which can lead to Pole 2 DC filter rapidly charge and discharge,as well as pro?duce across current.Photoelectric CT's head and electromagnetic CT's tail are different greatly,difference stream can cause pole 2 bloc?king fault.According to this protection misoperation,differential protection of DC filter delays from 40 ms to 500 ms to improve the preventive mal?operation leavel.

        HVDC transmission;Restart;DC filter;Protection malfunction;DC blocking

        TM77

        A

        1004-7913(2015)09-0019-04

        高殿瀅(1975—),男,本科,高級(jí)工程師,從事高壓直流換流站生產(chǎn)運(yùn)行管理工作。

        2015-06-30)

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