滕昭林
摘 要:溪洛渡送電廣東直流輸電工程是“十二五”期間南方電網(wǎng)的重點工程,輸送容量為6400MW,是國內(nèi)首個雙回直流線路同塔架設、雙回換流站共址建設的工程。由于溪洛渡工程直流線路同塔雙回架設,其在運行工況上與以往單回直流工程有許多不同,易發(fā)生同極性線路故障、異極性線路故障,文章分析了造成這類故障的原因、故障時線路保護的動作情況、保護動作后果線路重啟功能。提出雙極直流同時故障時,允許雙極直流同時重啟的觀點。
關鍵詞:直流輸電;同塔雙回;直流保護;線路故障;重啟
1 概述
溪洛渡直流工程是“十二五”期間南方電網(wǎng)西電東送的重點工程,是世界首個雙回線路同塔架設、雙回換流站共址建設工程。工程送端為位于云南省昭通市鹽津縣牛寨鄉(xiāng)的昭通換流站,受端為位于廣東省從化市的從化換流站,輸送容量為6400MW,電壓等級為±500kV,直流輸電線路全長1240余公里。工程計劃于2013年10月Ⅰ回極2單極投運,2014年10月雙回四極投運[1]。
由于溪洛渡工程直流線路同塔雙回架設,其在運行工況上與以往單回直流有許多不同,文章針對溪洛渡工程直流線路同塔雙回架設的特殊性,對常見的同極性線路故障、異極性線路故障的故障原因、故障時直流保護中線路保護的保護動作情況、保護動作后果線路重啟功能進行了分析。并提出雙極直流同時故障時,允許雙極直流同時重啟的觀點。
2 同塔雙回線路極間故障
2.1 溪洛渡直流工程直流線路布置
圖1為溪洛渡工程同塔雙回線路鋼塔布置的截面圖。圖中“1+”為Ⅰ回極1,“1-”Ⅰ回極2,“2+”為Ⅱ回極1,“2-”Ⅱ回極2。
由于直流線路距離長,為同塔雙回架設,當發(fā)生山火、冰災、大風、異物懸掛時,可能導致直流線路間發(fā)生放電現(xiàn)象。
2.2 直流線路故障原因
同塔雙回直流線路極間距離示意如圖2所示,其中L1為Ⅰ回極1、極2之間的距離,L2為Ⅰ回極1與Ⅱ回極2之間的距離,L3為Ⅰ回極1與Ⅱ回極1之間的距離。
在運行中,由于發(fā)生線路結冰、線路附近發(fā)生山火、大風、異物掛在導線上等故障情況時,導致直流線路間放電的情況[2]。以Ⅰ回極1為例,常見的故障有:
(1)山火、結冰等災害造成L1減小,導致Ⅰ回極1、極2間發(fā)生放電現(xiàn)象;(2)大風天氣,造成L2減小,使Ⅰ回極1、Ⅱ回極2間發(fā)生放電現(xiàn)象;(3)當線路存在異物等障礙,造成L3減小,使Ⅰ回極1、Ⅱ回極1間發(fā)生放電現(xiàn)象。
2.3 直流保護配置
溪洛渡工程昭通換流站直流保護采用了改進后的完全雙重化配置,分為A、B兩套保護系統(tǒng)。改進后的完全雙重化保護裝置,在每一套直流保護裝置中都采用了獨立的兩個運算單元,并且每一個運算單元具有獨立的測量回路。只有當每一套保護中的兩個運算單元都動作時,該套保護才會動作出口。只要兩套保護中的任意一套保護動作,則直流保護動作出口[3]。
溪洛渡工程昭通站側,直流線路保護配置了行波保護、電壓突變量保護、低電壓保護、縱聯(lián)差動保護、橫差保護、交直流碰線檢測等保護。
昭通換流站直流線路保護配置及保護出口方式如圖3所示。
2.4 直流線路保護重啟動邏輯
當線路發(fā)生極間放電后,直流線路保護中行波保護、電壓突變量保護、低電壓保護、縱聯(lián)差動、橫差保護可能動作,出口方式為由極控系統(tǒng)發(fā)線路重啟動功能。極控系統(tǒng)收到線路重啟動功能后,將觸發(fā)角移相至164°,將直流電壓、電流降低為零。經(jīng)過一定的去線路去游離時間后,觸發(fā)角恢復至15°±2.5°,重新建立故障前的電壓、電流,恢復正常運行。若線路發(fā)生瞬時性故障時,線路重啟后恢復正常運行,若線路發(fā)生永久性故障,重啟失敗,則極控系統(tǒng)再進行一次全壓重啟動。如果經(jīng)過整定后的全壓重啟動后仍未恢復正常運行,則按照整定值進行降壓重啟動。若降壓重啟失敗后,則極閉鎖。全壓重啟與降壓重啟的次數(shù)根據(jù)運行情況可以整定。溪洛渡工程在調試階段采用的是全壓重啟三次,降壓重啟兩次。
溪洛渡工程雙回直流共四個極,直流線路較多,出現(xiàn)線路故障的幾率較單回線路大一些。為避免單極直流線路故障后重啟期間或者重啟不久以后,其他極又出現(xiàn)線路故障并重新啟動,對交流系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)過大的沖擊,影響其他正常極的穩(wěn)定運行,根據(jù)溪洛渡工程將長期處于孤島運行方式的要求,對各極的線路故障重啟功能作如下限制:(1)一極直流緊急停運后者線路故障重啟失敗后,10s內(nèi),本回另外一極和另一回的兩極均禁止重啟功能。(2)任一極重啟期間,禁止本回另外一極和另一回的兩極的直流線路故障重啟功能。(3)任一極重啟成功以后,10s內(nèi),禁止本回另外一極和另一回的兩極的直流線路故障重啟功能[4]。
3 直流線路發(fā)生極間短路故障時保護動作情況分析
3.1 直流線路極間故障時保護動作情況
(1)山火、結冰等災害造成Ⅰ回極1、極2間距離L1減小,導致Ⅰ回極1、極2間發(fā)生放電現(xiàn)象。當異極性線路之間發(fā)生放電故障時,故障兩極線路保護的電流、電壓量會發(fā)生變化,使得直流線路保護的行波保護、電壓突變量保護可能動作,低電壓保護延時動作。
(2)大風天氣,造成Ⅰ回極1、Ⅱ回極2間距離L2減小,使Ⅰ回極1、Ⅱ回極2間發(fā)生放電情況。異極性線路之間發(fā)生放電故障時,故障兩極線路保護的電流、電壓量會發(fā)生變化,使得直流線路保護的行波保護、電壓突變量保護可能動作,低電壓保護延時動作。
(3)當線路存在異物等障礙,造成Ⅰ回極1、Ⅱ回極1間距離L3減小,使Ⅰ回極1、Ⅱ回極1間發(fā)生放電情況。當線路同極性線路短路時,由于兩條同極性直流線路電壓值差別不大,發(fā)生故障時電壓變化較小,但電流會在放電點重新分配,不過兩站的電流之和保持不變,整體功率保持穩(wěn)定,但是由于碰線點電阻的變化,使得電流重新分配,當電流值變化到一定程度后,線路兩側直流分流器檢測到的電流值將發(fā)生差流,當差動電流值達到差動保護整定值后,將導致直流線路縱差保護動作。
(4)當Ⅰ回極1處于金屬回線方式運行時,由于大風、線路結冰、山火等原因造成Ⅰ回極1、極2間發(fā)生碰線時,直流線路保護中的行波保護、電壓突變量保護、橫差保護可能動作[5]。
3.2 直流線路保護動作重啟動邏輯的優(yōu)缺點
當線路發(fā)生同極性、異極性、金屬回線間放電故障時,兩極行波保護、電壓突變量保護、低電壓保護、縱聯(lián)差動保護、橫差保護動作,動作出口方式均啟動重新啟動功能。
由于溪洛渡工程昭通換流站將處于孤島運行方式,為確保線路故障時對系統(tǒng)沖擊較小,采用了當一極在重啟過程及重啟結束10s內(nèi),不允許另一極線路進行重啟。而本工程直流線路采用同塔雙回架設,線路故障可能性較以往工程較大,故采用一極在重啟過程及重啟結束10s內(nèi),不允許另一極線路進行重啟降低了直流輸電系統(tǒng)的可靠性。
當線路發(fā)生極間碰線等故障時,雙極直流線路保護會同時動作,時間誤差在在毫秒范圍內(nèi),并且啟動線路重啟功能。如果兩極線路保護在毫秒級時間范圍內(nèi)同時動作,可以判定為線路間發(fā)生故障,如果允許雙極同時啟動重啟功能,可提高系統(tǒng)的可靠性。
4 結束語
溪洛渡工程直流輸電線路采用同塔雙回方式,線路運行方式、故障類型與以往工程有著許多不同點。針對直流線路故障時保護動作后的重啟動邏輯,應采用雙回線路由于極間碰線導致雙極同時故障時,允許雙回線路同時啟動重啟動功能,可提高直流工程可靠性。
參考文獻
[1]周德才,等.換流站直擊雷防護設計分析[J].南方電網(wǎng)技術,2009.
[2]曹繼豐.高壓直流輸電現(xiàn)場實用技術問答[M].北京:中國電力出版社,2008:115-151.
[3]徐斌.昭通換流站極保護系統(tǒng)設計規(guī)范[S].南京:南瑞繼保,2010.
[4]鄒強.昭通換流站極控制系統(tǒng)設計規(guī)范[S].南京:南瑞繼保,2010.
[5]楊潔民.高壓直流設備基礎[M].北京:中國電力出版社,2011.