晏慶豐 何亮 韓廣宇 余方強(qiáng)

摘要：本文對(duì)±500 kV永仁換流站在孤島運(yùn)行方式下存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，并針對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)提出有效控制措施，為運(yùn)行人員運(yùn)維工作提供可靠保障，從而加強(qiáng)對(duì)永富直流孤島運(yùn)行方式下的風(fēng)險(xiǎn)管控，確保孤島方式下永富直流安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵字：孤島;控制措施;風(fēng)險(xiǎn)管控;安全穩(wěn)定

0前言

永仁換流站是永富直流工程的送端站，由于年度檢修、故障跳閘等原因?qū)?huì)導(dǎo)致永仁換流站在孤島方式下運(yùn)行，而孤島方式下，永仁換流站存在較大的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生直流雙極閉鎖，不但會(huì)造成切機(jī)切負(fù)荷的同時(shí)，還會(huì)給站內(nèi)相關(guān)設(shè)備帶來較大損害。本文主要分析永仁換流站孤島方式下的風(fēng)險(xiǎn)，并提出相對(duì)應(yīng)的控制措施，為運(yùn)行人員運(yùn)維工作重點(diǎn)提供方向，確保孤島方式下永富直流的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制。

1孤島運(yùn)行方式介紹

孤島方式是指永仁換流站斷開與主網(wǎng)交流系統(tǒng)聯(lián)系的運(yùn)行方式，與觀音巖電廠及直流線路構(gòu)成獨(dú)立電網(wǎng)系統(tǒng)，由觀音巖水電廠經(jīng)永仁換流站直流雙極單獨(dú)向富寧換流站供電。

2孤島方式的判別邏輯

永仁換流站配有單獨(dú)的孤島判斷裝置，根據(jù)永仁換流站與云南主網(wǎng)以及電廠的連接運(yùn)行方式來判斷送端是否為孤島運(yùn)行方式。孤島判別裝置判斷輸出的孤島運(yùn)行方式信號(hào)經(jīng)過硬接線送到直流站控系統(tǒng)。為保證該信號(hào)判斷的準(zhǔn)確可靠，運(yùn)行人員控制系統(tǒng)也設(shè)計(jì)有孤島運(yùn)行方式的命令輸出，經(jīng)過LAN網(wǎng)送到直流站控系統(tǒng)。最終在直流站控系統(tǒng)的軟件中綜合判斷來自孤島判別裝置和運(yùn)行人員控制系統(tǒng)的孤島運(yùn)行方式狀態(tài)，輸出最終的孤島運(yùn)行方式信號(hào)給運(yùn)行人員工作站顯示和極控系統(tǒng)，用于孤島方式下的控制邏輯判斷。

3孤島方式下風(fēng)險(xiǎn)分析及控制措施

3.1孤島方式下過電壓風(fēng)險(xiǎn)及控制措施

孤島運(yùn)行方式下永富直流若發(fā)生雙極閉鎖，根據(jù)調(diào)試結(jié)果得知最高暫時(shí)過電壓將達(dá)到1.6倍額定電壓，500kV 母線的過電壓將隨著站用變壓器傳遞到變壓器的低壓側(cè)，導(dǎo)致站用10kV 及400V 交流系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓。過電壓將給相應(yīng)的一、二次設(shè)備帶來風(fēng)險(xiǎn)。在二次方面，永仁換流站500kV 站用變壓器電氣量保護(hù)采用了兩套南瑞繼保生產(chǎn)的PCS-978Z 變壓器保護(hù)，該保護(hù)裝置與過電壓相關(guān)的保護(hù)功能有過激磁保護(hù)。過電壓存在導(dǎo)致500kV站用變的過激磁保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，從而擴(kuò)大停電范圍，針對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)以及結(jié)合暫態(tài)過電壓的衰減過程分析，提出對(duì)應(yīng)防范措施，將站用變過激磁保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間整定適當(dāng)延長(zhǎng)，使其躲過暫態(tài)過電壓的恢復(fù)時(shí)間，從而降低了因系統(tǒng)故障導(dǎo)致站用變過激磁保護(hù)誤動(dòng)的可能性，提高了供電的可靠性。

3.2 孤島方式下低電壓風(fēng)險(xiǎn)及控制措施

孤島運(yùn)行方式下，若發(fā)生交流線路故障或500kV 斷路器拒動(dòng)，永仁換流站母線電壓最低可降至0.6倍額定電壓。500kV 母線的低電壓將隨著站用變壓器傳遞到變壓器的低壓側(cè)，導(dǎo)致站用10kV 及400V 交流系統(tǒng)出現(xiàn)低電壓。交流低電壓還會(huì)導(dǎo)致直流充電機(jī)的交流輸入電壓質(zhì)量降低，使直流輸出電壓不滿足要求，造成保護(hù)裝置掉電重啟，嚴(yán)重時(shí)將低于保護(hù)動(dòng)作電壓，若電網(wǎng)發(fā)生故障保護(hù)無法及時(shí)切除故障，將導(dǎo)致設(shè)備越級(jí)跳閘。為了該風(fēng)險(xiǎn)得到控制，在孤島運(yùn)行期間可將站外35kV 永仁換流站線備用電源變作一路主供電源使用;500kV 1號(hào)站用變作為10kV Ⅰ段母線的備用電源;500kV 2號(hào)站用變作為10kV Ⅱ段母線的主電源供電。當(dāng)電網(wǎng)確實(shí)因故障導(dǎo)致母線電壓降低時(shí)，還可以由外引備用電源可靠供電。

3.3孤島方式下閥冷系統(tǒng)及備自投裝置安全運(yùn)行情況分析及預(yù)控措施

為了減少由于站用交流電源消失導(dǎo)致的直流停運(yùn)，站用交流電源系統(tǒng)通過引入備用交流電源和在10kV 及400V 母線分段斷路器裝設(shè)備自投等方法增強(qiáng)其可靠性，閥冷卻系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì)了雙路交流電源切換功能保證閥冷卻系統(tǒng)持續(xù)供電。

閥冷卻系統(tǒng)交流電源分別取自兩段的400V 交流母線。冷卻系統(tǒng)控制器設(shè)置的雙路交流電源切換功能監(jiān)視兩路交流母線電壓，當(dāng)正在使用的交流母線電壓低于0.8p.u后閥冷卻系統(tǒng)PLC 控制交流接觸器進(jìn)行電源切換。在孤島運(yùn)行方式下，站用電備自投系統(tǒng)及閥冷系統(tǒng)將存在以下問題：永仁換流站的站用電結(jié)構(gòu)中有兩路取自500kV 交流母線，在永富直流進(jìn)入孤島運(yùn)行方式之后，由于送端系統(tǒng)較弱，當(dāng)出現(xiàn)送端交流系統(tǒng)線路故障后永仁換流站的交流母線電壓和頻率都會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，在500kV 系統(tǒng)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的低電壓的情況下，400V 站用電系統(tǒng)也將出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的低電壓。在閥冷卻系統(tǒng)的控制器中對(duì)于400V 交流母線電壓有要求，當(dāng)單路電壓低于0.8p.u時(shí)控制器會(huì)將閥冷電源切換到電壓正常的一路。如果雙路電源均長(zhǎng)時(shí)間低于0.8p.u.則會(huì)出現(xiàn)閥冷系統(tǒng)跳閘，最終導(dǎo)致雙極發(fā)生直流閉鎖。根據(jù)永仁換流站目前的站用電結(jié)構(gòu)及閥冷卻系統(tǒng)對(duì)交流電源要求，可以采用以下方式進(jìn)行相關(guān)改造以滿足孤島方式下站用電備自投系統(tǒng)及閥冷系統(tǒng)的安全運(yùn)行需要。針對(duì)閥冷兩路進(jìn)線電源同時(shí)出現(xiàn)短時(shí)欠壓的現(xiàn)象，在兩路進(jìn)線電源出口處的電壓監(jiān)視回路加裝低電壓延時(shí)跳閘繼電器，該繼電器整定時(shí)間為秒級(jí)，對(duì)于不同欠壓程度（85%、80%、70%、60%、50%）的延時(shí)整定值不同。當(dāng)兩路電源同時(shí)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間欠壓情況時(shí)，兩路電源電壓監(jiān)視回路將通過延時(shí)繼電器發(fā)閉鎖信號(hào)到相應(yīng)的閥組控制系統(tǒng)，這樣就避免了因系統(tǒng)短時(shí)故障導(dǎo)致電壓不滿足要求造成直流閉鎖的風(fēng)險(xiǎn)，

3.4孤島方式下雙極閉鎖后交流濾波器和換流變進(jìn)線斷路器跳閘時(shí)序產(chǎn)生過電壓分析及改進(jìn)建議

孤島運(yùn)行方式下直流系統(tǒng)發(fā)生雙極閉鎖時(shí)，由于發(fā)電機(jī)帶長(zhǎng)線路運(yùn)行以及換流站配置有大量無功補(bǔ)償設(shè)備，會(huì)在換流站交流系統(tǒng)上產(chǎn)生幅值很高的暫時(shí)過電壓。根據(jù)前期孤島仿真試驗(yàn)得知永富直流雙極閉鎖時(shí)產(chǎn)生的操作過電壓水平在1.59p.u.～1.65p.u.之間。直流閉鎖后換流閥無功消耗幾乎為零，且大量的交流濾波器掛在網(wǎng)上，在交流線路有功為零的情況下無功交換也為零。根據(jù)直流控制與保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)作邏輯時(shí)序，在發(fā)生雙極閉鎖故障后，換流變進(jìn)線斷路器先于交流濾波器小組斷路器跳開關(guān)，這樣會(huì)造成交流母線電壓水平大幅度升高，嚴(yán)重威脅一次設(shè)備的安全運(yùn)行。為了避免該風(fēng)險(xiǎn)，需修改極控程序，使其滿足直流雙極閉鎖100ms內(nèi)切除所有濾波器，切除后延時(shí)約30ms跳開換流變進(jìn)線斷路器，確保在換流變斷路器動(dòng)作跳閘之前，交流濾波器組已經(jīng)被全部切除，沒有剩余無功容量。避免了無功過剩造成母線過壓損壞設(shè)備。

4總結(jié)

本文分析了永富直流在孤島運(yùn)行方式下站用電系統(tǒng)、站用變過激磁保護(hù)、閥冷系統(tǒng)、過電壓、低電壓、閥冷系統(tǒng)等方面存在的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，并針對(duì)每項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)提出了對(duì)應(yīng)的控制措施，為運(yùn)行人員在孤島方式下的工作提供了重要幫助，可以大大提高運(yùn)維人員的事故應(yīng)急處置能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 熊紅英李明.±800kV 特高壓直流輸電系統(tǒng)過電壓分析[J].，2011，39（4）：.

[2] 李向宏 .發(fā)變組過激磁問題探討 [J].山西電力技術(shù)， 1999，89（6）：23，59.

[3]? 蔡漢生金小明張東輝.云廣特高壓直流線路孤島運(yùn)行方式過電壓保護(hù)方案，高電壓技術(shù)，2009

[4] 陳云海.±800kV楚穗直流孤島方式下站用電系統(tǒng)運(yùn)行情況及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施分析，中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014， （22）：117～118

作者簡(jiǎn)介：

晏慶豐（1987），男，工程師，學(xué)士，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局變電運(yùn)行所，從事變電運(yùn)行與維護(hù)及高壓直流輸電技術(shù)方面的研究工作，18760869863，（e-mail）724508286@qq.com 。