陳映喜，李銳奎，李春露（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南　大理 675702）

楚穗直流孤島運(yùn)行方式下電站側(cè)孤島專用裝置研發(fā)

陳映喜，李銳奎，李春露
（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南大理 675702）

小灣水電站配套送出工程（楚穗直流）運(yùn)行方式除聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行外，還設(shè)計(jì)了孤島方式運(yùn)行。孤島運(yùn)行方式與聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方式有較大區(qū)別，相應(yīng)的調(diào)速、勵(lì)磁等系統(tǒng)的參數(shù)需進(jìn)行切換，電站側(cè)應(yīng)設(shè)置配合孤島運(yùn)行方式的相應(yīng)裝置。根據(jù)±800kV楚穗直流孤島調(diào)試試驗(yàn)中的工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)介紹了電站側(cè)孤島專用裝置與安穩(wěn)裝置之間，孤島專用裝置與站內(nèi)調(diào)速、勵(lì)磁等系統(tǒng)之間的相互交換信號(hào)內(nèi)容、要求以及接口方案。

楚穗直流；孤島專用裝置；交換信號(hào)；接口方式；小灣水電站

0　概述

小灣水電站配套送出工程（楚穗直流）是世界上首條±800 kV、輸電容量為5 000 MW的特高壓直流輸電線路。楚穗直流運(yùn)行方式除聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行外，還設(shè)計(jì)了孤島方式運(yùn)行。為了避免楚穗直流故障時(shí)的功率轉(zhuǎn)移，減少對(duì)交流電網(wǎng)的影響，簡(jiǎn)化楚穗直流安穩(wěn)系統(tǒng)的配置以及提高云電外送能力，電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃設(shè)計(jì)確定了送端孤島運(yùn)行方式，該方式將作為楚穗直流運(yùn)行時(shí)的一種正常運(yùn)行方式。

南方電網(wǎng)公司為了驗(yàn)證直流線路孤島運(yùn)行可靠性及可行性，全面檢驗(yàn)一、二次設(shè)備的性能、發(fā)現(xiàn)并消除缺陷，由南方電網(wǎng)總調(diào)主導(dǎo)進(jìn)行了楚穗直流孤島調(diào)試試驗(yàn)，從2010年10月至2013年4月，小灣水電站已配合完成直流功率從 1 000 MW 到 5 000 MW（滿負(fù)荷）孤島試驗(yàn)六個(gè)階段的調(diào)試工作。該調(diào)試試驗(yàn)是首條±800 kV直流輸電線路調(diào)試的一部分，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)直流輸電線路的首次孤島調(diào)試，無論在參與調(diào)試人員的規(guī)模上還是技術(shù)難度上都是空前的。

1　送端電站側(cè)設(shè)置孤島專用裝置必要性

楚穗直流輸電系統(tǒng)轉(zhuǎn)為孤島運(yùn)行方式時(shí)，與聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方式不同，在孤島運(yùn)行方式下送端頻率、電壓無法依靠網(wǎng)內(nèi)機(jī)組共同調(diào)節(jié)，只能依靠機(jī)組自身調(diào)節(jié)和直流頻率控制。同時(shí)由于小灣水電站遠(yuǎn)離換流站，楚穗直流孤島運(yùn)行方式下送端電網(wǎng)十分薄弱，有效短路比很低，孤島系統(tǒng)中交直流系統(tǒng)的故障，均有可能引發(fā)送端系統(tǒng)失穩(wěn)，并且直流雙極閉鎖情況下過電壓?jiǎn)栴}也十分突出，威脅換流站及電站主設(shè)備安全。

鑒于以上問題，要求送端電站也應(yīng)設(shè)置配合孤島運(yùn)行方式的相應(yīng)裝置，在運(yùn)行方式由聯(lián)網(wǎng)向孤島轉(zhuǎn)換時(shí)，對(duì)調(diào)速器、勵(lì)磁、監(jiān)控系統(tǒng)AVC、AGC等進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)切換、相應(yīng)功能投退，同時(shí)孤島運(yùn)行方式下直流雙極閉鎖時(shí)能夠快速切機(jī)，快速消除發(fā)電機(jī)組輸出功率與直流系統(tǒng)傳輸功率間的不平衡。

2　孤島專用裝置配置及接口方式

電站安穩(wěn)裝置所在位置——開關(guān)站到設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)組調(diào)速器控制柜所在位置——與地下廠房直線距離約1 000 m，故小灣水電站孤島專用裝置設(shè)計(jì)為開關(guān)站孤島專用裝置和廠房孤島專用裝置。開關(guān)站孤島專用裝置和廠房孤島專用裝置均采用A、B兩套PLC雙重化配置，A、B兩套PLC之間采用熱備光纖實(shí)現(xiàn)熱備冗余。兩裝置之間通過A、B兩網(wǎng)實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)冗余配置、兩裝置間所有信號(hào)的交互均采用光纖傳輸來完成。小灣水電站孤島專用裝置配置及接口方式如圖1所示。傳統(tǒng)的繼電器電接口方式雖然簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，但由于兩孤島專用裝置間直線距離長(zhǎng)，長(zhǎng)距離信號(hào)處理上采用光纖接口方式較于電接口方式在快速性和可靠性上較好，故裝置間采用光纖接口。

3　孤島專用裝置與楚穗直流安全穩(wěn)定控制策略相關(guān)二次設(shè)備的關(guān)系以及交換信號(hào)

為了保證楚穗直流安全穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)設(shè)置了孤島判斷系統(tǒng)、換流站的安穩(wěn)、極控系統(tǒng)、電站的安穩(wěn)系統(tǒng)相配合。孤島專用裝置與這些設(shè)備關(guān)系如圖2所示。

圖1　小灣水電站孤島專用裝置配置及接口方式

開關(guān)站孤島專用裝置及廠房孤島專用裝置間交換的信號(hào)包括孤島方式信號(hào)、聯(lián)網(wǎng)方式信號(hào)和直流停運(yùn)信號(hào)三種。楚穗直流運(yùn)行方式及運(yùn)行狀態(tài)主要由楚穗直流孤島判別系統(tǒng)進(jìn)行判別，孤島判別系統(tǒng)中楚雄換裝置采集線路潮流及換流站斷路器位置信息，綜合小灣水電站、和平站裝置傳來的信息，判斷出直流運(yùn)行方式及運(yùn)行狀態(tài)，并以開關(guān)量的形式發(fā)送至換流站極控系統(tǒng)及安穩(wěn)控制系統(tǒng)，換流站安穩(wěn)系統(tǒng)再將3種信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給電站側(cè)安穩(wěn)系統(tǒng)。電站安穩(wěn)裝置子站接收換流站安穩(wěn)裝置送出信號(hào)后的信號(hào)傳輸示意見圖3。

開關(guān)站孤島專用裝置及廠房孤島專用裝置間交換的信號(hào)要求見表2。為方便事故追憶，開關(guān)站孤島專用裝置接收到信號(hào)反饋、廠房孤島專用裝置送出信號(hào)反饋、調(diào)速器電氣柜收到信號(hào)反饋，都自動(dòng)記錄至小灣水電站監(jiān)控系統(tǒng)。同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)網(wǎng)/孤島模式切換信號(hào)，全廠AGC、AVC功能自動(dòng)退出、電站側(cè)AVC調(diào)壓系數(shù)自動(dòng)切換；孤島運(yùn)行方式下直流停運(yùn)信號(hào)時(shí)發(fā)電機(jī)組有無功PID功能自動(dòng)退出，全廠AGC、AVC功能自動(dòng)退出，保證電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2　孤島專用裝置與楚穗直流安全穩(wěn)定控制策略相關(guān)二次設(shè)備聯(lián)系

圖3　信號(hào)傳輸示意

4　孤島專用裝置手動(dòng)控制回路簡(jiǎn)介

楚穗直流孤島調(diào)試試驗(yàn)歷時(shí)較長(zhǎng)，調(diào)試試驗(yàn)初期電站側(cè)控制邏輯方面存在很大的不確定性，為方便電站側(cè)配合孤島調(diào)試試驗(yàn)工作，方便孤島專用裝置自動(dòng)回路的檢修，且保證在自動(dòng)回路失效的極端情況下，孤島專用裝置仍能發(fā)揮作用。小灣水電站孤島專用裝置還設(shè)計(jì)了由純繼電器回路組成的手動(dòng)回路，位置設(shè)計(jì)于廠房孤島專用裝置，如圖4所示。

5　存在的問題和建議

（1）小灣水電站孤島專用裝置設(shè)計(jì)之初，只考慮與調(diào)速器控制柜的接口，為保證孤島運(yùn)行方式孤島系統(tǒng)的穩(wěn)定，應(yīng)同時(shí)考慮與勵(lì)磁控制柜、電站監(jiān)控系統(tǒng)的接口。

（2）正式孤島調(diào)試試驗(yàn)前，電站側(cè)需根據(jù)各自電站實(shí)際設(shè)備情況，加強(qiáng)機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)研究，孤島運(yùn)行方式送端電站側(cè)頻率控制、電壓控制的研究，包括AGC、AVC運(yùn)行的研究，保證主設(shè)備的安全。

圖4　孤島專用裝置手動(dòng)控制回路

（3）孤島專用裝置與電站安穩(wěn)裝置的交換信號(hào)在孤島方式、聯(lián)網(wǎng)方式、直流停運(yùn)的基礎(chǔ)上，建議安穩(wěn)裝置應(yīng)盡可能送出更全信號(hào)，方便電站側(cè)進(jìn)行邏輯組態(tài)。以小灣電站為例，應(yīng)進(jìn)一步送孤島A、孤島B（分/合廠）信號(hào)。

（4）建議電網(wǎng)統(tǒng)一送端電站側(cè)孤島專用裝置設(shè)計(jì)導(dǎo)則、規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)。包括接口方案最低配置、交換信號(hào)內(nèi)容、GPS時(shí)鐘、轉(zhuǎn)發(fā)執(zhí)行最短時(shí)間、上送電網(wǎng)主站相應(yīng)信息等。

孤島運(yùn)行方式下若發(fā)生直流停運(yùn)，線路、機(jī)組頻率、電壓較聯(lián)網(wǎng)方式下較大，應(yīng)統(tǒng)一考慮涉及到的頻率、電壓的量程。如：計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控用頻率、電壓變送器、交采表，PMU裝置、調(diào)速器用頻率變送器、勵(lì)磁用電壓變送器的量程。

表2　信號(hào)要求

（5）若規(guī)劃設(shè)計(jì)階段電站應(yīng)統(tǒng)籌考慮機(jī)組調(diào)相運(yùn)行深度，電氣一次設(shè)備過壓能力，調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)多模式切換功能等。

6　結(jié)語

特高壓直流輸電工程孤島運(yùn)行方式下，送端電站側(cè)設(shè)置配合孤島運(yùn)行方式孤島專用裝置，為方便調(diào)試試驗(yàn)以及自動(dòng)回路檢修需要，孤島專用裝置應(yīng)設(shè)置為自動(dòng)/手動(dòng)兩個(gè)回路。小灣水電站孤島專用裝置雖然仍存在一些問題，但裝置配置的原則、信號(hào)交換內(nèi)容及要求、接口方式具有一定的參考意義，為后續(xù)投運(yùn)的特高壓直流輸電工程配套電源電站提供了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

［1］吳林平，張慶武，王俊生，等.高壓直流工程中交直流系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制接口方式［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2011，5（2）：22-25.

［2］徐攀騰.云廣特高壓直流輸電工程送端孤島頻率控制分析［J］.電力建設(shè)，2011，32（11）：48-50.

［3］李宇峰，朱華，等.小灣巨型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在孤島模式下的控制與實(shí)現(xiàn)［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2012，36（6）：9-11.

［4］梅勇，徐光虎，黃方能，等.南網(wǎng)總調(diào)直調(diào)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行方案（2012年版）［R］.廣州：南方電網(wǎng)公司，2012.

［5］鐘智，曹一凡.小灣電廠孤島方式運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析報(bào)告［R］.大理：小灣水電廠，2011.

（責(zé)任編輯王琪）

Development of Island Dedicated Devices of Power Station under Chu-Sui DC-Isolated Operation Mode

CHEN Yingxi，LI Ruikui，LI Chunlu
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

The matching power transmission project（Chu-Sui DC system）of Xiaowan Hydropower Station is designed to be able operated in joint or isolated modes.The isolated operation mode is quite different with joint operation，in which the parameters of speed regulating system and excitation system need to should be switched，so the special island dedicated devices should be set in power station.According to the engineering experiences of island debugging test for±800 KV Chu-Sui DC system，the contents and requirements of signal switching and the interface scheme between the island dedicated devices in power station and the security devices and the speed regulating and excitation systems are introduced herein.

Chu-Sui DC system；island dedicated device；exchange of signal；interface mode；Xiaowan Hydropower Station

TM621.6（274）

A

0559-9342（2015）10-0060-04

2015-07-29

陳映喜（1985—），男，云南大理人，工程師，主要從事水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控運(yùn)行維護(hù)工作.