甘卿忠，徐晟，馮家偉，黃華，李倩

（超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州，510670）

0 引言

本文通過回顧一起特高壓直流輸電工程現(xiàn)場檢修作業(yè)過程中二次回路交直流串電引起的直流三閥組跳閘事件，分析跳閘事件產(chǎn)生的原因，指出該工程最后斷路器回路技術(shù)路線存在的設(shè)計(jì)缺陷以及交直流串電對(duì)高壓直流系統(tǒng)的危害，最后提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，對(duì)高壓直流輸電工程的設(shè)計(jì)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。

1 事件概述

1.1 基本情況

云廣直流輸電系統(tǒng)（如圖1所示）是世界上第一個(gè)±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)，是國內(nèi)特高壓直流示范工程。該系統(tǒng)西連云南電網(wǎng)、東接粵港澳大灣區(qū)負(fù)荷中心，是南方電網(wǎng)西電東送的主通道之一，其安全與穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)粵港澳大灣區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到重要促進(jìn)作用。該直流系統(tǒng)采用雙極4閥組結(jié)構(gòu),每極由2組12脈動(dòng)閥組串聯(lián)(400kV+ 400kV)，4個(gè)閥組共輸送額定容量5000MW，全站共配備24臺(tái)單相雙繞組換流變壓器(另有4臺(tái)備用)。

圖1 云廣直流輸電系統(tǒng)主接線圖

該工程220V直流系統(tǒng)共有四組，每組有二個(gè)相同的子系統(tǒng)，也就是I段、II段直流電源。其中一組用于給交流場設(shè)備供電，一組用于給站公用設(shè)備供電，剩下的兩組分別給極1高、低端閥組和極2高、低端閥組相關(guān)設(shè)備供電。

1.2 事件前狀態(tài)

事件前直流系統(tǒng)狀態(tài)：極1高端閥組在解鎖狀態(tài)，極1低端閥組在接地狀態(tài)，極2雙閥組在解鎖狀態(tài)，雙極輸送功率3750MW，雙極大地回線方式，500kV交流場九串共25臺(tái)開關(guān)間隔均在正常運(yùn)行狀態(tài)。

1.3 事件經(jīng)過

2020年08月14日，云廣直流受端穗東換流站發(fā)現(xiàn)極1低端Y/Y A相換流變油色譜乙炔含量為43.56μL/L，氫氣含量為82.34μL/L等數(shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo)的重大缺陷，現(xiàn)場隨即申請(qǐng)將極1低端閥組停電，開展換流變應(yīng)急更換處置更換工作。

2020年8月17日，現(xiàn)場檢修人員完成極1低端YY A相換流變更換，在重瓦斯動(dòng)作停冷卻器試驗(yàn)過程中，當(dāng)合上極1低端Y/Y A相GH010就地控制柜內(nèi)F21直流空開時(shí)，因交直流串電導(dǎo)致極1高端閥組、極2雙閥組退至備用狀態(tài)。

2 現(xiàn)場檢查情況

故障發(fā)生后對(duì)SER信號(hào)源進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)部分跳閘信號(hào)存在間隔20ms頻發(fā)且瞬時(shí)復(fù)歸的現(xiàn)象，見表1。檢查保護(hù)裝置動(dòng)作情況，四閥組換流變保護(hù)接口屏內(nèi)外部跳閘裝置1均發(fā)出“最后斷路器”跳閘命令，另外極1高端外部跳閘裝置1發(fā)穿墻套管SF6跳閘信號(hào)。

表1 跳閘過程的事件列表

現(xiàn)場測量極1低端Y/Y A相GH010就地控制柜內(nèi)F21、F22直流空開下端電位，均有220V交流電壓。

3 跳閘原因分析

3.1 接線錯(cuò)誤導(dǎo)致交直流串電

綜合現(xiàn)場檢查，判斷本次故障原因?yàn)椋簶O1低端Y/Y A相換流變調(diào)壓機(jī)構(gòu)箱GX001內(nèi)存在廠家接線錯(cuò)誤情況，調(diào)壓開關(guān)電機(jī)三相交流電源B相接線（應(yīng)接X1:5）被誤接在直流加熱、照明回路正端（X1:4），交流電串入控制柜內(nèi)直流回路如圖2/3所示。檢修人員在恢復(fù)加熱、照明回路上級(jí)直流電源空開F21作業(yè)時(shí)，交流電串入220V極1低壓直流系統(tǒng)，導(dǎo)致四閥組最后斷路器及極1穿墻套管SF6出口繼電器動(dòng)作。

圖2 現(xiàn)場誤接線端子圖

圖3 誤接線圖紙示意圖

3.2 最后斷路器回路設(shè)計(jì)缺陷

穗東站四個(gè)閥組均配備最后斷路器跳閘功能，500kV交流場開關(guān)保護(hù)出口重動(dòng)繼電器輔助節(jié)點(diǎn)串聯(lián)6MD66測控裝置最后斷路器邏輯節(jié)點(diǎn)，開入至各閥組換流變保護(hù)接口屏，勵(lì)磁最后斷路器出口繼電器，如圖4。四閥組最后斷路器動(dòng)作繼電器第一組跳閘回路電源均取自極1低壓直流系統(tǒng)1段母線，第二組跳閘回路電源均取自極2低壓直流系統(tǒng)2段母線。現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)最后斷路器出口繼電器動(dòng)作功率偏低，最后斷路器跳閘出口光耦繼電器型號(hào)為菲尼克斯PLC-RSC-230UC/21AU，驅(qū)動(dòng)電源為AC/DC交直流通用。對(duì)其備品進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)該型號(hào)繼電器動(dòng)作電壓為127V DC、119VAC，動(dòng)作功率僅0.2W。因此當(dāng)交流電串入極1低壓直流系統(tǒng)1后，直流系統(tǒng)電壓發(fā)生波動(dòng)，因相互間存在電氣耦合，四閥組的最后斷路器繼電器同時(shí)受到交流電壓影響，抗干擾能力較差的光耦繼電器容易發(fā)生誤動(dòng)。

圖4 四閥組最后斷路器回路電氣耦合圖

3.3 長電纜分布電容影響

當(dāng)交流串入直流系統(tǒng)時(shí)，會(huì)通過電纜的分布電容構(gòu)成回路，產(chǎn)生電容電流。因極1高端穿墻套管SF6電纜距極1低端換流變控制柜最遠(yuǎn)，對(duì)地分布電容在極1低壓直流系統(tǒng)1各支路中最大，如圖5。因此，該回路在電容電流驅(qū)動(dòng)下發(fā)生誤動(dòng)作。

圖5 穿墻套管SF6分布電容回路示意圖

4 改進(jìn)措施

4.1 加強(qiáng)現(xiàn)場作業(yè)管理

（1）新變壓器、斷路器等一次設(shè)備（擴(kuò)建、技改、返修、備品）相應(yīng)二次回路并網(wǎng)接入運(yùn)行設(shè)備前，需開展交直流串電檢查，未完成前不得接入站用直流系統(tǒng)。開展串電檢查時(shí)應(yīng)首先斷開所有直流回路空開，投入交流電源，在直流電源回路逐級(jí)測量是否存在交流電壓；再斷開所有交流回路空開，投入直流電源，在交流電源回路逐級(jí)測量是否存在直流電壓；涉及到兩路直流電源供電時(shí)，兩路直流電源應(yīng)分別投入。

（2）拆接二次回路線纜前，應(yīng)理清回路功能及帶電情況，辨識(shí)交直流串電風(fēng)險(xiǎn)，并使用萬用表確認(rèn)是否帶電，盡量在斷電條件下開展二次回路工作。對(duì)于無法徹底切除電源的，應(yīng)做好絕緣包裹，并采用絕緣膠布或塑料扣板方式進(jìn)行封端子隔離，包扎應(yīng)規(guī)范，禁止交直流線纜捆綁，同時(shí)避免誤碰誤接線造成交直流串電。

4.2 完善低壓直流系統(tǒng)配置

（1）考慮配置獨(dú)立的帶交直流串電檢測告警功能的移動(dòng)直流電源發(fā)生器作為待投運(yùn)設(shè)備調(diào)試電源，采用外接直流電源方式開展二次全回路調(diào)試驗(yàn)證工作，排除寄生回路及交直流串電隱患后方可將替換設(shè)備接入運(yùn)行回路。

（2）新建或改（擴(kuò)）建直流工程換流站應(yīng)按閥組（無閥組則按極）、站公用設(shè)備、交流場設(shè)備等分別設(shè)置完全獨(dú)立的直流電源系統(tǒng)，防范直流電源故障造成雙閥組、雙極同時(shí)閉鎖。

（3）直流絕緣監(jiān)測裝置應(yīng)具備交直流串電檢測告警功能，對(duì)不滿足規(guī)程要求的絕緣監(jiān)測裝置應(yīng)結(jié)合設(shè)備進(jìn)行改造。

4.3 完善最后斷路器回路設(shè)計(jì)

（1）對(duì)于采用最后斷路器跳閘回路共用直流電源技術(shù)路線的同類工程，研究制定不同閥組二次回路解耦等技術(shù)方案來完善最后斷路器回路設(shè)計(jì)，消除當(dāng)前存在的設(shè)計(jì)缺陷。

（2）對(duì)最后斷路器跳閘回路所采用的直流繼電器進(jìn)行抗交流串?dāng)_能力分析研究，考慮采用較大動(dòng)作功率的繼電器替換。

4.4 加強(qiáng)二次回路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行

（1）機(jī)構(gòu)箱、端子箱和二次屏柜端子設(shè)計(jì)制造應(yīng)參考南方電網(wǎng)變電站二次接線標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于二次回路設(shè)計(jì)原則，各功能的交、直流端子排分區(qū)布置，嚴(yán)防交直流回路、強(qiáng)電和弱電回路共用電纜。

（2）合理規(guī)劃二次電纜的路徑，盡可能減少迂回，縮短二次電纜的長度，降低回路對(duì)地電容。

（3）站內(nèi)最后斷路器跳閘等重要回路,考慮采用抗干擾能力更強(qiáng)的光纖傳輸?shù)姆绞絹硖鎿Q長電纜的使用。

5 結(jié)語

文章對(duì)±800kV云廣特高壓輸電工程換流變應(yīng)急更換處置過程中三個(gè)閥組跳閘事件進(jìn)行剖析，分別從現(xiàn)場檢修作業(yè)、最后斷路器回路設(shè)計(jì)、分布電容等角度分析跳閘事件發(fā)生的原因，指出了交直流串電的危害及該工程最后斷路器回路存在的設(shè)計(jì)缺陷，最后提出了交直流串電的防范措施以及最后斷路器回路的優(yōu)化措施，為后續(xù)特高壓直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)提供參考，具有重要的意義。