周仁偉，嚴(yán)兵，徐留杰，楊超峰，王曉武，楊成飛

　?。ㄔS繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000）

　　摘要：簡要介紹了直流極保護(hù)中換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)的原理，分析了高嶺換流站換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作的原因，指出其動(dòng)作是正確的；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)一次設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行了修改，并對(duì)相應(yīng)的換流變一次和二次設(shè)備進(jìn)行了檢測，未發(fā)現(xiàn)異常。最后指出，末屏電壓在閉鎖后波形出現(xiàn)畸變?yōu)殡娙蓦姼旭詈闲?yīng)所致。

　　關(guān)鍵詞：直流輸電；換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)；電壓

0引言

　　東北華北聯(lián)網(wǎng)高嶺背靠背換流站位于遼寧省綏中縣高嶺鎮(zhèn)高嶺開關(guān)站的西北側(cè)，換流站設(shè)計(jì)容量1 500 MW，工程于2008年11月25日正式投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了東北電網(wǎng)與華北電網(wǎng)的直流背靠背聯(lián)網(wǎng)。高嶺背靠背換流站兩側(cè)交流電壓均為500 kV，直流側(cè)電壓為±125 kV，分2個(gè)單元，每個(gè)單元輸送容量為750 MW?？刂票Ｗo(hù)系統(tǒng)用的是SIMADY D平臺(tái)，其中直流保護(hù)系統(tǒng)采用三重化配置，動(dòng)作出口邏輯為三取二邏輯，當(dāng)3套保護(hù)系統(tǒng)都正常運(yùn)行時(shí)，至少有兩套保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作保護(hù)才會(huì)出口［111］。

　　2010年04月11日，高嶺背靠背換流站進(jìn)行修改極控抑制次阻尼同步振蕩功能后的大負(fù)荷驗(yàn)證試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前系統(tǒng)工況為：雙單元輸送直流功率600 MW運(yùn)行，功率正送；冗余的兩套極控系統(tǒng)和3套保護(hù)系統(tǒng)都處于正常運(yùn)行狀態(tài)。在試驗(yàn)開始階段，手動(dòng)閉鎖單元2并轉(zhuǎn)到熱備用狀態(tài)。09:25:24:000，發(fā)單元2東北側(cè)運(yùn)行到熱備用狀態(tài)命令;09:25:28:622，單元2閉鎖，在此期間，事件記錄顯示單元2避雷器F5處的閥避雷器有沖擊電流；09:25:29:862，單元2由閉鎖轉(zhuǎn)到熱備用狀態(tài)；09:25:43:737，單元2東北側(cè)3套換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作，發(fā)禁止閥解鎖命令，跳開并鎖定相應(yīng)的換流變進(jìn)線開關(guān)。

1換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)基本原理

　　換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)是在換流閥閉鎖狀態(tài)下，用于檢測換流變閥側(cè)交流連線的接地故障。閥解鎖狀態(tài)下，此保護(hù)功能自動(dòng)退出。

　　換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)測量換流變壓器二次側(cè)末屏電壓。閥閉鎖時(shí)，正常狀態(tài)下三相電壓的矢量和為零；如果發(fā)生單相接地故障，三相電壓零序分量不為零。零序電壓若超過設(shè)定值，保護(hù)動(dòng)作，發(fā)禁止閥解鎖命令到極控系統(tǒng)，同時(shí)跳兩側(cè)交流斷路器、起動(dòng)兩側(cè)斷路器失靈保護(hù)和兩側(cè)交流斷路器鎖定繼電器。

　　保護(hù)判據(jù)為：

　　UaY(sec)+UbY(sec)+UcY(sec)>Δ

　　或

　　UaD(sec)+UbD(sec)+UcD(sec)>Δ

　　且Id<Δ，Id=max{Id1,Id2}

　　其中，Id1為高壓側(cè)直流電流，Id2為低壓側(cè)直流電流。

　　其邏輯框圖如圖1所示，其中，LVM為滯環(huán)比較器；UsumY、UsumD分別為星型接線和三角型接線換流變閥側(cè)末屏零序電壓3U0的153.093%倍，180%表示換流變圖1換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)邏輯框圖

　　末屏二次額定電壓（57.7 V）的1.8倍。當(dāng)極保護(hù)系統(tǒng)收到閥已閉鎖的信號(hào)并延時(shí)10 s后，若UsumY、UsumD的值持續(xù)5 s大于1.8倍的設(shè)定值時(shí)，保護(hù)就會(huì)動(dòng)作。

　　程序中詳細(xì)軟件邏輯圖如圖2、圖3所示。由圖2可知，直流保護(hù)將星型接線和三角型接線的換流變閥側(cè)末屏零序電壓3U0分別乘以153.093%后，再進(jìn)入換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)邏輯程序（如圖3所示）進(jìn)行邏輯運(yùn)算。程序中用到的功能模塊及其功能描述如表1所示。

　　圖3換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)邏輯軟件圖 表1功能塊描述功能塊 功能描述備注MUL變量取積 兩個(gè)變量取積 IIR2濾波模塊 根據(jù)參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行濾波，一般兩個(gè)模塊聯(lián)合用AVA取絕對(duì)值 LVM帶遲滯比較器 PDF下降沿延時(shí) 常用作展寬 AND與邏輯 N個(gè)變量與邏輯PDE延時(shí)模塊RSRRS觸發(fā)器復(fù)歸信號(hào)R優(yōu)先

2換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作的分析

　　高嶺一期每面直流保護(hù)屏內(nèi)有3個(gè)電壓變換裝置，變比為25∶1。換流變閥側(cè)套管末屏電壓接至電壓變換裝置一次側(cè)，并在電壓變換裝置二次側(cè)接成開口三角形式，用以測量換流變閥側(cè)套管末屏零序電壓3U0。而在單元2的直流故障錄波器屏內(nèi)，末屏電壓3U0采用外接星型接線方式接入，不是開口三角形，如圖4所示。故障錄波器屏內(nèi)將Uan、Ubn、Ucn和U0n端接在一起，即取UN的電壓作為換流變閥側(cè)末屏零序電壓3U0。由于電壓二次回路中性點(diǎn)一點(diǎn)接地，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)（A相為例），中性點(diǎn)的電壓幅值大小是U0=UN=Ua，即故障錄波器屏采樣的零序電壓為1倍的U0,所以實(shí)際的閥側(cè)末屏零序電壓3U0應(yīng)為故障錄波器屏采樣值的3倍；其中，三相電壓和中性點(diǎn)電壓的矢量關(guān)系如圖5所示。

　　換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作后觸發(fā)故障錄波，故障錄波波形如圖6、圖7所示。由圖6、圖7可知：從09：25：28：593開始，020換流變閥Y側(cè)末屏電壓Ua、Ub開始畸變，3U0開始增大；根據(jù)上面的分析，此時(shí)的3U0為140 V左右，達(dá)到換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)定值104 V。020換流變D側(cè)、021換流變Y側(cè)和021換流變D側(cè)電壓波形均無畸變現(xiàn)象。

　　根據(jù)事件記錄，09:25:28:622時(shí)刻，單元2處于閉鎖狀態(tài)，延時(shí)10 s后為09:25:38:622，再延時(shí)5 s為09:25:43:622，與換流變閥側(cè)中性點(diǎn)圖5電壓矢量圖

　　偏移保護(hù)實(shí)際動(dòng)作時(shí)間09:25:43:737相吻合。因此，定值和延時(shí)都滿足換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作的條件，保護(hù)正確動(dòng)作。

　　另外，在換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)程序中，以100 V作為換流變閥側(cè)套管末屏線電壓額定值進(jìn)行計(jì)算，保護(hù)屏內(nèi)電壓變換裝置變比為25∶1，且5 V對(duì)應(yīng)比例為100%。相電壓的峰值和對(duì)應(yīng)5 V的比例計(jì)算如下：

　　57.7÷25×1.414=3.264 V

　　5÷3.264=153.093%

　　而現(xiàn)場換流變閥側(cè)套管末屏線電壓額定值是110 V，相電壓額定值是63.5 V，按上述方法計(jì)算相電壓峰值是3.592 V，折算到5 V的比例是139.198%。因此，保護(hù)程序中所乘的系數(shù)由153.093%調(diào)整為139.198%。

3現(xiàn)場設(shè)備檢測和處理

　　在故障發(fā)生后，管理處立即組織進(jìn)行設(shè)備檢查，現(xiàn)場檢查換流變一、二次設(shè)備均無異常；進(jìn)入單元2閥廳對(duì)可能存在問題的Y/Y的A相、B相閥的可控硅級(jí)進(jìn)行了阻抗測量，測量值在允許的范圍之內(nèi)，表明A相、B相閥的可控硅級(jí)正常。經(jīng)許繼閥廠分析，認(rèn)為末屏電壓畸變可能由電容電感耦合效應(yīng)所致，通過可控硅級(jí)檢查可以判斷閥本身沒有問題，可以投入運(yùn)行。

　　經(jīng)各方人員討論，并經(jīng)試驗(yàn)指揮同意后，14:14:55:572，合上換流變進(jìn)線開關(guān)5062，對(duì)單元2東北側(cè)換流變充電，充電成功；14:23:42:000，單元2解鎖，監(jiān)視閥廳和換流變相關(guān)設(shè)備，未見異常，故障錄波查看末屏電壓正常；14:32:39:221，單元2手動(dòng)正常閉鎖，閉鎖過程中未再報(bào)出閥避雷器動(dòng)作告警，解鎖過程正常，故障錄波末屏電壓正常。

4結(jié)論

　　本文介紹了直流極保護(hù)中換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)的原理，詳細(xì)分析了高嶺換流站換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)動(dòng)作的原因，指出其動(dòng)作是正確的；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)一次設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)換流變閥側(cè)中性點(diǎn)偏移保護(hù)的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行了調(diào)整，并對(duì)相應(yīng)的換流變一次和二次設(shè)備進(jìn)行了檢測，并未發(fā)現(xiàn)異常。最后指出，末屏電壓在閉鎖后波形出現(xiàn)畸變是由電容電感耦合效應(yīng)所致。之后投入使用，沒有再出現(xiàn)異常，運(yùn)行良好。

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