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.