特高壓直流輸電中性母線直流電流異常后邏輯判斷優(yōu)化的研究

張青偉 吳金波 艾紅杰 王祺元 楊成飛

（許繼電氣股份有限公司直流輸電分公司，河南 許昌 461000）

0 引言

特高壓直流輸電技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)建成多條電力傳輸骨干線路，是我國特有的大規(guī)模使用的電力傳輸方式。特高壓直流輸電線路輸送距離遠(yuǎn)、容量大，且控制保護(hù)系統(tǒng)極其精細(xì)復(fù)雜，其短時間波動對送端電網(wǎng)和受端電網(wǎng)有較大影響。在目前電力系統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、測控系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展過程中，直流特高壓領(lǐng)域數(shù)字化后的相關(guān)電壓電流信號傳輸及處理與傳統(tǒng)系統(tǒng)有很大不同，對其進(jìn)行深入的研究有極大的現(xiàn)實意義[1-6]。

1 IDNC直流中性母線電流信號判斷與處理

典型的特高壓直流輸電工程中的單極雙閥組結(jié)構(gòu)如圖 1所示，IDNC為低端閥組低壓側(cè)出線中性母線直流電流，對特高壓直流工程安全穩(wěn)定運行具有極其重要的作用，因此獲取其真實準(zhǔn)確的 IDNC關(guān)系到直流系統(tǒng)功率的穩(wěn)定輸送[7]。

1.1 IDNC的電子單元自檢OK信號邏輯

當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到“IDNC電子單元自檢OK信號”消失時，軟件告警并請求切換系統(tǒng)；當(dāng)保護(hù)系統(tǒng)檢測到“零磁通 IDNCP1電子單元#供電正常/輸出有效”即“IDNCP1電子單元自檢 OK信號”消失時，高低端閥保護(hù)退出“旁通斷路器保護(hù)”功能，極保護(hù)退出“直流過壓保護(hù)”和“50Hz保護(hù)”。電子單元自檢OK信號邏輯處理如圖2所示。

1.2 直流CT（IDNC）斷線判別邏輯

圖1 特高壓直流單極雙閥組結(jié)構(gòu)

圖2 IDNC的電子單元自檢OK信號邏輯

控制系統(tǒng)檢測兩套冗余系統(tǒng)的 IDNC，當(dāng)本系統(tǒng)與冗余系統(tǒng)的差值小于-0.095p.u.（475A）時，延時500ms產(chǎn)生嚴(yán)重故障并切換系統(tǒng)。直流CT（IDNC）斷線判別邏輯處理如圖3所示。

圖3 當(dāng)前直流CT（IDNC）斷線判別邏輯

1.3 直流電流測量故障判別邏輯

控制系統(tǒng)檢測本系統(tǒng)IDNC和IDY/IDD計算的等效電流，當(dāng)IDNC與等效電流的差值小于-0.025p.u.（-125A）時，延時2s產(chǎn)生嚴(yán)重故障并切換系統(tǒng)。直流電流測量故障判別邏輯處理如圖4所示。

圖4 當(dāng)前直流電流測量故障判別邏輯

2 典型案例分析

2.1 IDNC電子單元故障后直流系統(tǒng)動作過程

2020年3月7日08:09:48雁門關(guān)站用于A套控制保護(hù)系統(tǒng)的極1 IDNC電子單元故障，保護(hù)系統(tǒng)退出相關(guān)保護(hù)，為主的控制系統(tǒng)A自動切換為備用系統(tǒng)；在電子單元重啟過程中，極控制系統(tǒng)、高低端閥組控制系統(tǒng)均切換到A套，產(chǎn)生線路低電壓，VDCL動作，造成功率短時損失。對應(yīng)A套的極1 IDNC電子單元故障過程主要時刻及控制保護(hù)響應(yīng)見表1。

2.2 波形及控制保護(hù)邏輯分析

1）08:09:48時刻，控制保護(hù)系統(tǒng)均檢測到IDNC的電子單元自檢OK信號丟失，控制保護(hù)系統(tǒng)正確響應(yīng)切系統(tǒng)。

之后查看如圖5所示極1高端閥組內(nèi)置故障錄波，分析兩系統(tǒng)間主要錄波量變化。

表1 對應(yīng)A套的極1的IDNC電子單元故障直流控保系統(tǒng)動作過程主要事件

圖5 極1高端閥組內(nèi)置故障錄波

2）11:10:31錄波時刻起，A系統(tǒng)IDNC_A異常變大后緩慢降低，B系統(tǒng)IDNC_B正常。

3）11:10:32時刻A、B系統(tǒng)IDNC存在差值（約3 380A），極控及閥組控制系統(tǒng)切換 A系統(tǒng)為主系統(tǒng)，因此時IDNC_A仍舊很大（約6 300A），導(dǎo)致觸發(fā)延遲角調(diào)節(jié)至120°，引起直流電壓跌落，VDCL動作。

4）隨著IDNC_A的跌落并恢復(fù)到正常范圍，觸發(fā)延遲角調(diào)節(jié)至5°后恢復(fù)。

5）11:10:33時刻A、B系統(tǒng)IDNC存在差值（約1 722A），極控及閥組控制系統(tǒng)切換 B系統(tǒng)為主系統(tǒng)，直流逐漸恢復(fù)正常。

由此可以注意到，當(dāng)IDNC異常變小時，用于控制的電流實際值切換為 IDY/IDD計算的等效電流，故能夠進(jìn)行有效控制。

綜上，用于A套控制保護(hù)系統(tǒng)的極1 IDNC電子單元故障，導(dǎo)致A套控制保護(hù)系統(tǒng)“INDC電子單元自檢OK” 信號丟失，當(dāng)電子單元重啟恢復(fù)過程中，IDNC異常引起控制系統(tǒng)切換，線路低電壓及 VDCL動作，直流功率出現(xiàn)短時損失。上述對IDNC信號的處理方式給雁淮直流的運行帶來了較大的波動，影響了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，有較大的隱患[8-10]。

3 建模仿真分析

3.1 邏輯優(yōu)化方案

1）直流CT斷線判斷改為告警

控制系統(tǒng)檢測兩套冗余系統(tǒng)的 IDNC，當(dāng)本系統(tǒng)與冗余系統(tǒng)的差值小于-0.095p.u.（475A）時，延時100ms產(chǎn)生告警。直流CT（IDNC）斷線判別邏輯處理如圖6所示。

圖6 優(yōu)化后直流CT（IDNC）斷線判別邏輯

2）直流電流測量故障判斷邏輯

控制系統(tǒng)檢測本系統(tǒng)IDNC和IDY/IDD計算的等效電流，當(dāng)IDNC與等效電流的差值絕對值大于0.05p.u.（250A）時，延時 100ms產(chǎn)生嚴(yán)重故障并切換系統(tǒng)。直流電流測量故障判別邏輯如圖7所示。

圖7 優(yōu)化后直流電流測量故障邏輯

3.2 仿真

模擬雁淮直流在雙極大地回線、雙極功率控制模式下，極1極控A系統(tǒng)為從系統(tǒng)，B系統(tǒng)為主系統(tǒng)。

A系統(tǒng)模擬IDNC異常變大，此時A系統(tǒng)預(yù)期應(yīng)按照3.1節(jié)2）邏輯執(zhí)行，A系統(tǒng)報嚴(yán)重故障，動作結(jié)果如圖 8所示。圖 8波形中第一個錄波量為IDNC異常變大，第二個錄波量是系統(tǒng)直流電壓維持在800kV，第三個錄波量為極控A系統(tǒng)從系統(tǒng)狀態(tài)未發(fā)生系統(tǒng)切換。

圖8 極1極控系統(tǒng)A錄波

B系統(tǒng)預(yù)期應(yīng)按照3.1節(jié)1）邏輯執(zhí)行，B系統(tǒng)只報告警，動作結(jié)果如圖9所示。圖9波形中第一個錄波量為IDNC無明顯變化，第二個錄波量是系統(tǒng)直流電壓維持在 800kV，第三個錄波量為極控 B系統(tǒng)主系統(tǒng)狀態(tài)未發(fā)生系統(tǒng)切換。

圖9 極1極控系統(tǒng)B錄波

綜合分析圖8和圖9的故障錄波波形，仿真試驗結(jié)果如下：

1）極1極控B系統(tǒng)上報“直流CT斷線”、“直流電流測量故障”事件。

2）極1極控A系統(tǒng)嚴(yán)重故障。

3）極 1極控 B系統(tǒng)未發(fā)生切換，維持主用系統(tǒng)正常運行。

4）直流維持運行。

試驗結(jié)果符合優(yōu)化后的邏輯，較好地解決了在IDNC信號異常時直流系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行問題。

4 結(jié)論

對特高壓直流輸電工程傳統(tǒng)IDNC直流量在不同工況下的處理邏輯進(jìn)行了分析，結(jié)合雁淮直流工程雁門關(guān)換流站一次 IDNC電子單元故障導(dǎo)致系統(tǒng)多次主從切換及功率損失的情況，深入分析其成因，排查其隱患，并結(jié)合實際，提出切實可行的邏輯優(yōu)化方案，解決了關(guān)于 IDNC異常變化對直流功率輸送的影響，并已經(jīng)推廣到目前國內(nèi)多條在運直流特高壓工程，取得了良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。