800kv特高壓直流輸電系統(tǒng)閥組區(qū)測(cè)量點(diǎn)配置優(yōu)化方案

800kv特高壓直流輸電系統(tǒng)閥組區(qū)測(cè)量點(diǎn)配置優(yōu)化方案

0特高壓直流輸電保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)除了具有高壓直流設(shè)計(jì)的所有特點(diǎn)外，還具有容量大、長(zhǎng)度長(zhǎng)、能耗低、用地少等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際項(xiàng)目中得到了廣泛應(yīng)用。與特高壓交流輸電相比,特高壓直流輸電具有送電距離越長(zhǎng)越經(jīng)濟(jì)、無(wú)操作過(guò)電壓、空間走廊小等特點(diǎn)。±800kV特高壓直流輸電保護(hù)系統(tǒng)是整個(gè)工程中的一個(gè)重要系統(tǒng)。與常規(guī)±500kV高壓直流輸電保護(hù)系統(tǒng)相比,它有一些特殊的地方。最大限度的輸送功率(包括故障情況下)是特高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的重要因素,保護(hù)系統(tǒng)必須與之相配合±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)測(cè)量點(diǎn)的配置直接決定其保護(hù)系統(tǒng)的性能,以及區(qū)分故障、隔離故障的能力。本文將在這方面進(jìn)行深入探討,重點(diǎn)分析與常規(guī)±500kV高壓直流輸電系統(tǒng)的不同之處。1閥組各測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量量圖1是典型的±800kV雙閥組串聯(lián)結(jié)構(gòu)特高壓直流輸電單線圖(僅含單極),圖中包含典型測(cè)量點(diǎn)的配置。從圖1可見,與常規(guī)±500kV高壓直流輸電系統(tǒng)相比,每極各多出一組換流變和串聯(lián)閥。相應(yīng)測(cè)量點(diǎn)多出一組交流電壓(Uac)、閥星側(cè)電流(IVY)、閥角側(cè)電流(IVD)、閥高壓側(cè)(或稱極母線閥側(cè))直流(IDP)、閥低壓側(cè)(或稱中性線閥側(cè))直流(IDNC);還有閥組連接線電壓(UDM)。增加的開關(guān)有:閥組旁通斷路器(VBPB),閥組旁通刀閘(VBPS),閥組隔離刀閘。對(duì)各測(cè)量量的命名如下,高壓閥組命名為IVYH,IVDH,IDP,IDMC,VBPBH,VBPSH;低壓閥組命名為IVYL,IVDL,IDMP,IDNC,VBPBL,VBPSL。圖1測(cè)量點(diǎn)配置雖然不是最佳,但是可以基本滿足各種極保護(hù)原理的實(shí)現(xiàn)。2為閥組范圍內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)配置優(yōu)化考察雙閥組直流場(chǎng)區(qū),參見圖2。2.1差動(dòng)保護(hù)1)閥組連接線差動(dòng)保護(hù):原理是計(jì)算差流|IDMC-IDMP|,與定值比較。該保護(hù)動(dòng)作后的處理策略是:兩閥組均閉鎖等。圖2中F1點(diǎn)接地故障,如果高壓閥組成功隔離(斷開閥組隔離刀閘VIS1和VIS2),合上高壓閥組旁通刀閘(VBPSH)后,低壓閥組仍然可以輸送功率。2)極母線差動(dòng)保護(hù):原理是計(jì)算差流(|IDL-IDP|或高壓閥組退出時(shí)|IDL-IDMP丨),與定值比較。其動(dòng)作后的處理策略同上述第1種情況。對(duì)于圖2中F3點(diǎn)接地故障,低壓閥組也有繼續(xù)輸送功率的可能。3)中性線差動(dòng)保護(hù):原理是計(jì)算差流(|IDNC-IDNE丨或低壓閥組退出時(shí)|IDMC-IDNE|),與定值比較。其動(dòng)作后的處理策略同上述第1種情況。對(duì)于圖2中F4點(diǎn)接地故障,如果低壓閥組成功隔離(斷開閥組隔離刀閘VIS3和VIS4),合上低壓閥組旁通刀閘(VBPSL)后,高壓閥組仍然可以輸送功率?？梢?上述3種情況中差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后,兩閥組均閉鎖不是最優(yōu)方案。4)閥組旁通斷路器保護(hù):原理是計(jì)算流過(guò)閥組旁通斷路器電流(高壓閥組|IDL-IDP|,低壓閥組|IDNC-IDNE|);當(dāng)閥組旁通斷路器命令發(fā)出分命令后,或閥組旁通斷路器處于分位置,閥組旁通斷路器電流大于定值,延時(shí)重合閥組旁通斷路器。具體算法還加有電壓輔助判據(jù)、隔離刀閘和閥組旁通刀閘位置。此保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)約150ms。直流場(chǎng)有一個(gè)后備保護(hù),稱為直流場(chǎng)差動(dòng)保護(hù)。其工作原理是計(jì)算差流(|IDL-IDNE|),與定值進(jìn)行比較。動(dòng)作延時(shí)一般200ms左右。直流場(chǎng)接地故障,如圖2中F3點(diǎn)或F4點(diǎn)等,閥組旁通斷路器保護(hù)會(huì)先于直流場(chǎng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作,動(dòng)作后重合閥組旁通斷路器不是很好的選擇。盡管直流場(chǎng)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作之前有眾多主保護(hù)動(dòng)作,但是從設(shè)計(jì)上看,不是最優(yōu)方案。加入電壓輔助判據(jù)的閥組旁通斷路器保護(hù)可以將類似圖2中F4點(diǎn)的故障排除在外;也就是說(shuō),這類故障閥組旁通斷路器保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。5)單閥組開路試驗(yàn):當(dāng)單閥組故障檢修后,投入運(yùn)行之前一般進(jìn)行開路試驗(yàn),以檢驗(yàn)閥組是否具備運(yùn)行要求。常規(guī)情況下,此時(shí)另一閥組正在運(yùn)行。比如,圖2中高壓閥組檢修后欲進(jìn)行開路試驗(yàn),此時(shí)閥組隔離刀閘VISI和VIS2處于分位置。從圖2中可見,被隔離的閥組區(qū)沒有電壓測(cè)量點(diǎn),無(wú)法進(jìn)行開路試驗(yàn)。2.9保護(hù)動(dòng)作的情況雙閥組直流場(chǎng)區(qū)測(cè)量點(diǎn)配置優(yōu)化方案見圖3。增加4個(gè)電流測(cè)量點(diǎn)(IDBH,IDNH,IDBL,IDNL)、1個(gè)電壓測(cè)量點(diǎn),并調(diào)整電壓測(cè)量點(diǎn)位置(UDMC,UDMP)。旁通刀閘(VBPSH,VBPSL)換成旁通斷路器(VBPBH2,VBPBL2),目的是加快旁通合閘時(shí)間。1)閥組連接線差動(dòng)保護(hù):共3個(gè)差動(dòng)保護(hù)。原理是計(jì)算差流1(|IDMC—IDNH|)、差流2(|IDNH—IDBL|)和差流3(|IDBL—IDMP|),分別與定值比較。圖3中F1點(diǎn)接地故障,將由差流1保護(hù)動(dòng)作。差流1或差流3保護(hù)動(dòng)作的處理策略是閉鎖及隔離故障閥組,同時(shí)發(fā)出非故障閥組最小熄弧角運(yùn)行命令,合故障閥組旁通斷路器(VBPBH2);然后撤除最小熄弧角運(yùn)行命令,非故障閥組重啟運(yùn)行。可見,圖3中F1點(diǎn)接地故障,保護(hù)動(dòng)作處理后,低壓閥組繼續(xù)運(yùn)行。差流2保護(hù)動(dòng)作處理策略是閉鎖全部閥組等。2)極母線差動(dòng)保護(hù):共2個(gè)差動(dòng)保護(hù)。原理是計(jì)算差流1(|IDp—IDBH|)和差流2(|IDBH—IDL),分別與定值比較。差流1保護(hù)動(dòng)作的處理策略與閥組連接線差動(dòng)保護(hù)差流1或差流3相同;差流2保護(hù)動(dòng)作的處理策略與閥組連接線差動(dòng)保護(hù)差流2相同。顯然,圖3中F3點(diǎn)接地故障,差流1保護(hù)動(dòng)作處理后,低壓閥組繼續(xù)運(yùn)行。3)中性線差動(dòng)保護(hù):共2個(gè)差動(dòng)保護(hù)。與極母線差動(dòng)保護(hù)類似,不再重述。非故障閥組繼續(xù)運(yùn)行。4)閥組旁通斷路器保護(hù):原理除了計(jì)算流過(guò)閥組旁通斷路器電流有所不同外,其他相同。計(jì)算流過(guò)閥組旁通斷路器電流是高壓閥組|IDMC—IDNH|和低壓閥組|IDNC-IDNL|。加入電壓輔助判據(jù),該保護(hù)幾乎不會(huì)誤動(dòng)。分析如下:以高壓閥組為例,圖3中F3點(diǎn)接地故障(或其他極母線區(qū)),沒有計(jì)算的旁通斷路器電流,可以通俗地認(rèn)為這是區(qū)外故障,不會(huì)誤動(dòng);圖3中Fi點(diǎn)接地故障(區(qū)內(nèi)故障),有計(jì)算的旁通斷路器電流,但是電壓輔助判據(jù)不滿足(|UDL—UDMC|小于定值),也不會(huì)誤動(dòng)。惟一可能誤動(dòng)的故障是閥組極線間短路,即短路旁通斷路器。這時(shí),重合旁通斷路器并不可怕。當(dāng)然,這一故障有很多快速差動(dòng)原理保護(hù)先于閥組旁通斷路器保護(hù)動(dòng)作。5)單閥組開路試驗(yàn):很明顯,由于閥組隔離后,有電壓測(cè)量點(diǎn),可以進(jìn)行開路試驗(yàn)。不受另一閥組是否運(yùn)行的影響。圖4為另一種電壓測(cè)量點(diǎn)配置。從圖4中可見,UDMC移到高壓閥組的高壓側(cè)(極母線)。與圖3配置的區(qū)別在于,圖4配置除了可以檢測(cè)400kV絕緣以外,還可以檢測(cè)800kV絕緣,圖3的配置只能檢測(cè)400kV絕緣。具體做法是,低壓閥組正常運(yùn)行,高壓閥組低壓側(cè)不合接地刀閘,合閥組隔離刀閘VIS2,保持閥組隔離刀閘VIS1分位置,進(jìn)行開路試驗(yàn)。此時(shí)如果高壓閥組有接地等故障,可能導(dǎo)致低壓閥組停運(yùn)。比較可行的實(shí)施方法是,在圖4配置下,先進(jìn)行400kV開路試驗(yàn)(高壓閥組低壓側(cè)合上接地刀閘),然后進(jìn)行800kV開路試驗(yàn)(高壓閥組低壓側(cè)不合接地刀閘)。如果在圖3基礎(chǔ)上去掉2個(gè)測(cè)量點(diǎn)IDBH和IDBL,犧牲的僅僅是圖3中F3點(diǎn)接地故障(低壓閥組類似位置,高壓極引線(母線))會(huì)造成全閥組停運(yùn)。其他和以上分析相同。3fpsd情況1)以圖3整流側(cè)F1點(diǎn)接地故障為例,閥組連接線差動(dòng)1保護(hù)動(dòng)作,高壓閥組閉鎖,同時(shí)合閥組旁通斷路器(VBPBH1和VBPBH2),分閥組隔離刀閘(VIS1和VIS2),并且發(fā)低壓閥組最小熄弧角運(yùn)行(持續(xù)時(shí)間約100ms)命令。可以預(yù)計(jì),高/低壓閥組執(zhí)行閉鎖/最小熄弧角運(yùn)行操作約10ms,合上閥組旁通斷路器1和2約50ms。這期間以及至低壓閥組最小熄弧角運(yùn)行結(jié)束,設(shè)備和線路釋放能量。閥組旁通斷路器和閥組隔離刀閘等只有放電電流。假設(shè)閥組連接線差動(dòng)1保護(hù)動(dòng)作后100ms以內(nèi),已經(jīng)成功分開高壓閥組隔離刀閘(當(dāng)然遠(yuǎn)沒有到位),則低壓閥組最小熄弧角運(yùn)行結(jié)束后,低壓閥組重啟運(yùn)行。假設(shè)閥組連接線差動(dòng)1保護(hù)動(dòng)作后100ms以內(nèi),沒有分開高壓閥組隔離刀閘;低壓閥組重啟運(yùn)行后,運(yùn)行電流將通過(guò)VBPBH1+VIS1+VIS2和VBPBH2組成的并聯(lián)回路(注意幾乎是導(dǎo)線組成的并聯(lián)回路),最惡劣的情況是F1點(diǎn)接地故障仍然存在。這種情況下能否成功分開高壓閥組隔離刀閘是下一步的關(guān)鍵。如果F1點(diǎn)接地故障不存在,當(dāng)高壓閥組隔離刀閘執(zhí)行分閘命令時(shí),分閘過(guò)程中,隔離刀閘電阻稍大,電流幾乎全部從VBPBH2回路流過(guò)。從理論上看,這種情況下可以成功分開高壓閥組隔離刀閘。如果F1點(diǎn)接地故障存在,以下4種方案可供選擇:①增加非故障閥組最小熄弧角運(yùn)行時(shí)間(不宜超過(guò)500ms),使非故障閥組重啟之前故障閥組已經(jīng)成功被隔離的可能性大大增加;②這種情況下,極母線差動(dòng)保護(hù)等其他相關(guān)保護(hù)延時(shí)定值延長(zhǎng)(較短時(shí)間內(nèi)有效,然后恢復(fù)原延時(shí)定值),以免極母線差動(dòng)等其他相關(guān)保護(hù)動(dòng)作;③從理論上看,也可以成功分開高壓閥組隔離刀閘,這點(diǎn)有待于實(shí)踐驗(yàn)證;④閥組隔離刀閘(VIS1～VIS4)均串聯(lián)斷路器,由斷路器斷弧,完成隔離。2)以圖3逆變側(cè)F3點(diǎn)接地故障為例(最惡劣情況是站間通信故障),極母線差動(dòng)1保護(hù)動(dòng)作,以下故障處理與上述第1種情況中描述相同。不同的是,這期間以及至低壓閥組最小熄弧角運(yùn)行結(jié)束,一直有整流側(cè)運(yùn)行電流通過(guò)接地故障點(diǎn)。控制系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入VDCOL運(yùn)行,常規(guī)電流不到0.4倍額定電流。并聯(lián)回路與上述第1種情況敘述相同。從理論上看,這種情況下也可以成功分開高壓閥組隔離刀閘。這點(diǎn)有待于實(shí)踐驗(yàn)證。3)站間通信正常情況下,逆變側(cè)單閥組故障(如F3點(diǎn)接地故障等),保護(hù)動(dòng)作后,給整流站發(fā)逆變側(cè)單閥組故障信息;整流站收到該信息后,閉鎖一個(gè)閥組(含閉鎖、隔離、旁通),最小熄弧角運(yùn)行另一個(gè)閥組(持續(xù)時(shí)間約80ms～100ms)。站間通信時(shí)間約50ms,總共功率停運(yùn)約130ms～150ms。這段時(shí)間有利于逆變側(cè)故障閥組完成隔離。4)如果閥組旁通斷路器2