薛海平， 趙森林， 盧亞軍， 劉 凱

(1.南京南瑞繼保電氣有限公司， 江蘇 南京 211100；2.國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院， 北京 102209)

特高壓直流工程的融冰控制保護(hù)策略及試驗(yàn)分析

薛海平1， 趙森林1， 盧亞軍2， 劉 凱1

(1.南京南瑞繼保電氣有限公司， 江蘇 南京 211100；2.國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院， 北京 102209)

極端氣候條件和輸送功率的限制使得直流電流無(wú)法滿足融冰要求，導(dǎo)致直流輸電線路形成覆冰，這將嚴(yán)重影響特高壓直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文結(jié)合酒湖直流工程的融冰功能，闡述了特高壓直流輸電工程中循環(huán)阻冰模式和并聯(lián)融冰模式運(yùn)行的主接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，提出了循環(huán)阻冰模式下兩極聯(lián)跳的策略和并聯(lián)融冰模式下直流控制保護(hù)功能的修改方案。通過(guò)RTDS閉環(huán)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真驗(yàn)證了融冰功能的可行性和有效性，可為特高壓直流輸電工程融冰運(yùn)行方式的直流控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

特高壓直流；循環(huán)阻冰；并聯(lián)融冰；控制保護(hù)系統(tǒng)

直流輸電工程可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量輸電，高壓直流線路可能穿越多個(gè)覆冰區(qū)域，為防止線路覆冰造成的停電事故[1]，在直流輸電工程中采用線路融冰技術(shù)[2-4]。輸電線路的冰害事故在一定范圍內(nèi)是可防治的[5]。為提高特高壓直流線路融冰能力，特高壓直流輸電工程引入了融冰運(yùn)行方式[6]。直流融冰是解決輸電線路覆冰、緩解冰雪災(zāi)害的有效方案[7]。

目前國(guó)家電網(wǎng)公司已投運(yùn)的向家壩—上海、錦屏—蘇南和溪洛渡左岸—浙江金華±800 kV特高壓直流輸電工程均采用了融冰技術(shù)[8]，提高了直流線路的防冰、抗冰能力，對(duì)保障直流輸電工程乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大意義。

在建的酒泉—湖南±800 kV特高壓直流輸電工程(簡(jiǎn)稱“酒湖直流工程”)是首條直接為湖南供電的特高壓直流輸電工程，直流線路全長(zhǎng)約2360 km，輸送容量8000 MW。基于直流線路途徑的地區(qū)和氣候條件，酒湖直流工程設(shè)計(jì)了循環(huán)阻冰和并聯(lián)融冰兩種融冰模式。

循環(huán)阻冰是使特高壓直流工程的雙極功率方向相反，可以在直流雙極總功率很小的情況下實(shí)現(xiàn)較大的線路電流，防止線路覆冰形成；并聯(lián)融冰一般是將特高壓直流換流器從串聯(lián)接線方式轉(zhuǎn)換為每站雙極高端換流器并聯(lián)運(yùn)行，產(chǎn)生很大的融冰電流，可迅速融化已經(jīng)形成的覆冰。

本文根據(jù)特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)[9-10]，結(jié)合酒湖直流工程的融冰功能，闡述了特高壓直流工程的循環(huán)阻冰模式和并聯(lián)融冰模式運(yùn)行的主接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，提出了融冰模式下兩極聯(lián)跳的策略和直流控制保護(hù)功能模塊的修改方案，并對(duì)酒湖直流工程融冰功能的仿真試驗(yàn)及在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了剖析，并提出了解決措施，從而為特高壓直流輸電工程融冰運(yùn)行方式的直流控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

1 特高壓直流融冰方式和特點(diǎn)

特高壓直流輸電工程的融冰方法主要有以下幾種：

(1) 采用直流輸電的正常運(yùn)行方式融冰。

(2) 采用雙極反向送電方式融冰。

(3) 采用雙極兩個(gè)換流器并聯(lián)運(yùn)行方式融冰。

以上的融冰方式均是利用電流在輸電線路上的熱效應(yīng)來(lái)融化直流線路導(dǎo)線的覆冰。循環(huán)阻冰模式主要用于預(yù)防線路結(jié)冰，其原理如上述方法2，并聯(lián)融冰模式主要用于融化輸電線路已有的覆冰，其原理如上述方法(3)。

直流輸電正常方式可采用雙極平衡大電流運(yùn)行或者單極金屬回線大電流運(yùn)行進(jìn)行直流線路融冰，其特點(diǎn)是不需要對(duì)系統(tǒng)主接線做任何改動(dòng)，且控制保護(hù)系統(tǒng)的軟件也不需要修改，但若只能輸送較小功率有可能使線路電流起不到融冰效果。

循環(huán)阻冰模式則是一極功率正送，另一極功率反送，可在零功率輸送下將輸送電流控制在接近額定電流運(yùn)行。循環(huán)阻冰模式主接線如圖1所示(圖1所示黑色填充的一次設(shè)備表示其閉合或運(yùn)行；無(wú)填充的表示其斷開(kāi)或停運(yùn))，其特點(diǎn)是無(wú)需更改系統(tǒng)主接線，適用于較小輸送功率下實(shí)現(xiàn)線路融冰，但是雙極功率異向傳輸大電流運(yùn)行時(shí)，若某一極故障跳閘后，健全極大功率傳輸對(duì)兩端交流系統(tǒng)的沖擊很大，直流控制保護(hù)系統(tǒng)軟件需要提出切實(shí)可行的雙極聯(lián)動(dòng)跳閘邏輯。

并聯(lián)融冰模式將構(gòu)成雙極的兩個(gè)高端換流器通過(guò)相應(yīng)的刀閘、引線改造成相并聯(lián)的換流系統(tǒng)，在輸送相同功率時(shí)，可以提高直流線路融冰電流近一倍，但是主接線的更改需要增加額外的設(shè)備投資，并且需要修改相應(yīng)的直流控制保護(hù)策略來(lái)實(shí)現(xiàn)該方式下的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。并聯(lián)融冰模式整流側(cè)主接線如圖2所示(圖2所示黑色填充的一次設(shè)備表示其閉合或運(yùn)行；無(wú)填充的表示其斷開(kāi)或停運(yùn))，逆變側(cè)的主接線結(jié)構(gòu)與整流側(cè)相近。

圖1 特高壓直流循環(huán)阻冰模式主接線圖

采用直流輸電正常方式進(jìn)行線路融冰，不涉及系統(tǒng)主接線和直流控制保護(hù)軟件的修改，下面基于酒湖直流工程介紹特高壓直流工程的循環(huán)阻冰模式與并聯(lián)融冰模式下兩極聯(lián)跳的策略和直流控制保護(hù)功能模塊的修改方案。

圖2 特高壓直流并聯(lián)融冰模式整流側(cè)主接線圖

2 融冰方式控制與保護(hù)策略

特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)在整體結(jié)構(gòu)、分層及冗余、功能配置、控制保護(hù)策略等方面均與常規(guī)直流工程有所區(qū)別[11]。酒湖直流工程的極控制保護(hù)系統(tǒng)按分層冗余原則[12，13]進(jìn)行配置，換流站內(nèi)的控制系統(tǒng)按功能分為雙極控制層、極控制層和換流器控制層等3個(gè)層次，如圖3所示。

極1與極2的系統(tǒng)配置完全相同且相互獨(dú)立。雙極層控制與極層控制系統(tǒng)一體設(shè)計(jì)，不設(shè)置獨(dú)立的雙極控制主機(jī)，將無(wú)功控制等雙極層功能配置在兩極的極控制主機(jī)PCP中實(shí)現(xiàn)。對(duì)功率/電流指令的計(jì)算和分配、站間電流指令協(xié)調(diào)、無(wú)功設(shè)備投切控制、直流順序控制等功能，由PCP主機(jī)實(shí)現(xiàn)。對(duì)直流電流、直流電壓、熄弧角等閉環(huán)控制，以及換流器的解、閉鎖等功能，由換流器控制主機(jī)CCP實(shí)現(xiàn)。

圖3 酒湖直流工程極1控制保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

PCP與CCP間主要傳遞電流指令和控制信號(hào)。

與直流控制分層相對(duì)應(yīng)，直流保護(hù)系統(tǒng)由極保護(hù)主機(jī)PPR和換流器保護(hù)主機(jī)CPR組成，采用三重化配置，通過(guò)三取二邏輯確保每套保護(hù)單一元件損壞時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)，保證安全性。雙極保護(hù)功能在PPR主機(jī)中實(shí)現(xiàn)。

2.1 循環(huán)阻冰模式

循環(huán)阻冰模式下兩個(gè)極的功率方向相反，極1功率正送，則極2功率反送，反之亦然。酒湖直流工程單極輸送的功率為4000 MW時(shí)可得到額定的直流電流5000 A，直流系統(tǒng)循環(huán)阻冰模式運(yùn)行的總傳輸功率很小，甚至可以通過(guò)調(diào)整電壓參考值使某一端換流站總交換功率為0，而另一端的功率全部用于線路融冰損耗。

直流系統(tǒng)循環(huán)阻冰模式運(yùn)行時(shí)，一旦故障造成一極停運(yùn)，直流系統(tǒng)會(huì)轉(zhuǎn)入單極大地回線運(yùn)行，系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)大功率傳輸?shù)倪\(yùn)行工況，給兩側(cè)交流系統(tǒng)造成沖擊。為避免這種情況，在極控制主機(jī)PCP中為這種融冰模式配置了一極閉鎖另一極聯(lián)跳的保護(hù)功能，即判斷對(duì)極故障停運(yùn)時(shí)，立即將本極閉鎖跳閘，相應(yīng)的策略如圖4所示。

圖4 循環(huán)阻冰模式下的兩極聯(lián)跳策略

當(dāng)兩極都處于循環(huán)阻冰模式運(yùn)行，一極因故障停運(yùn)，另一極判斷出本極與對(duì)極的功率值差大于200 MW(單閥組的最小運(yùn)行功率)，則由有效系統(tǒng)(即ACTIVE值班系統(tǒng))執(zhí)行本極的閉鎖跳閘邏輯，實(shí)現(xiàn)兩極聯(lián)跳功能。

2.2 并聯(lián)融冰模式

酒湖直流工程的并聯(lián)融冰模式運(yùn)行，即通過(guò)在兩端換流站增加少量連接線和隔離開(kāi)關(guān)將兩個(gè)極的高端換流器并聯(lián)連接，并采用金屬回線方式運(yùn)行。直流輸電線路兩端的4個(gè)換流器在同一個(gè)直流電壓下運(yùn)行，換流器間的有功調(diào)節(jié)和分配主要是依靠控制改變換流器的直流電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。酒湖直流系統(tǒng)的4個(gè)換流器的控制方式分別為：酒泉換流站極1高端換流器定電壓控制、極2高端換流器定電流控制；湘潭換流站雙極高端換流器均為定電流控制。

直流控制系統(tǒng)針對(duì)并聯(lián)融冰模式運(yùn)行需調(diào)整以下控制功能(下面提及的開(kāi)關(guān)/刀閘設(shè)備的所在位置可參見(jiàn)圖2。

(1) 直流功率和電流控制：正常運(yùn)行時(shí)整流側(cè)控電流，逆變側(cè)控電壓。因并聯(lián)融冰模式下兩站換流器的控制方式發(fā)生了改變，需屏蔽電流裕度補(bǔ)償功能模塊CMR；直流線路電壓隨著融冰電流的升高而降低，調(diào)整低電壓限流功能VDCL的電壓高點(diǎn)值UD_High；直流系統(tǒng)控制方式設(shè)定為單極電流控制。

(2) 直流電壓控制：正常運(yùn)行時(shí)采用大地回線或金屬回線方式，并聯(lián)融冰模式下主接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變，需修正直流線路電壓降計(jì)算方法；雙極兩換流器并聯(lián)運(yùn)行，修正極2直流電壓UD的極性。

(3) 直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)和模式順序控制：在正常運(yùn)行回路中通過(guò)設(shè)置斷口連接形成極1/極2并聯(lián)金屬回線的融冰回路，因極連接和金屬回線的狀態(tài)判斷需對(duì)WN.Q14、極1的WP.Q18、極2的Q11、Q13、WP.Q17進(jìn)行處理；酒湖直流工程設(shè)計(jì)的融冰刀閘WN.Q31、WN.Q32和WN.Q27，增加融冰方式接線的開(kāi)關(guān)場(chǎng)順序控制和融冰模式順序控制。

(4) 換流變分接頭控制：增加融冰方式的分接頭控制策略。正常運(yùn)行時(shí)逆變側(cè)的分接頭控制關(guān)斷角γ在17°左右，因直流系統(tǒng)運(yùn)行模式的改變，需調(diào)整逆變側(cè)分接頭調(diào)節(jié)γ的范圍。

(5) 過(guò)負(fù)荷控制：考慮逆變側(cè)電壓不應(yīng)小于正常方式下80%降壓水平所對(duì)應(yīng)的逆變側(cè)電壓，γ不應(yīng)大于40°，核算后的最大融冰電流限制為7 300 A，即酒湖直流工程的最大融冰電流為額定電流的1.46倍。

(6) 測(cè)量接口與監(jiān)視：因極2所采集的直流線路電流IDNC、直流中性母線電流IDNE與正常運(yùn)行時(shí)的極性發(fā)生了改變，測(cè)量接口需進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換；并聯(lián)融冰模式采用雙極金屬回線方式運(yùn)行，調(diào)整對(duì)中性母線電壓UDN、金屬回線電流IDME的監(jiān)視。

直流保護(hù)系統(tǒng)針對(duì)并聯(lián)融冰模式運(yùn)行需調(diào)整以下保護(hù)功能。

(1) 極母線保護(hù)：正常運(yùn)行時(shí)極母線差流計(jì)算根據(jù)換流器的運(yùn)行狀態(tài)選擇IDCP(換流器極線側(cè)直流電流)。因主接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變，并聯(lián)融冰模式下極2極母線差動(dòng)保護(hù)計(jì)算需采用IDCN(換流器中性線側(cè)直流電流)。

(2) 中性母線保護(hù)：正常運(yùn)行時(shí)，中性母線差流計(jì)算根據(jù)換流器的運(yùn)行狀態(tài)選擇IDCN，而在并聯(lián)融冰模式下，極2中性母線差動(dòng)保護(hù)計(jì)算需采用IDCP。

(3) 金屬回線保護(hù)：正常金屬回線方式運(yùn)行時(shí)，只允許一個(gè)極運(yùn)行而另一個(gè)極處于隔離狀態(tài)，金屬回線接地保護(hù)功能在站2針對(duì)運(yùn)行極生效。并聯(lián)融冰模式下兩極都處于金屬回線方式運(yùn)行，金屬回線接地保護(hù)功能在站2的兩極都生效，檢測(cè)直流場(chǎng)區(qū)域及線路區(qū)域的接地故障；退出金屬回線縱差保護(hù)功能。

(4) 直流線路保護(hù)：調(diào)整直流線路縱差保護(hù)的功能邏輯，采用兩極線電流和與對(duì)站電流和作差；屏蔽直流線路重啟邏輯，一極線路故障聯(lián)跳對(duì)極。

并聯(lián)融冰模式下兩站換流器的控制方式與正常運(yùn)行時(shí)(酒泉站換流器的控制方式為定電流控制，湘潭站換流器的控制方式為定電壓控制)差異很大，所以在并聯(lián)融冰模式運(yùn)行時(shí)設(shè)置了兩極聯(lián)跳邏輯，如圖5所示。

圖5 并聯(lián)融冰模式下的兩極聯(lián)跳邏輯

當(dāng)直流系統(tǒng)處于并聯(lián)融冰模式時(shí)，一極因保護(hù)性閉鎖，另一極將執(zhí)行并聯(lián)融冰模式閉鎖跳閘；因酒泉站極1高端換流器的控制方式為“定電壓控制”，其余3個(gè)換流器的控制方式為“定電流控制”，若先閉鎖極1高端換流器則極2直流系統(tǒng)將失去電壓控制，導(dǎo)致極2直流系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，因此即使極1正常停運(yùn)，極2也將執(zhí)行閉鎖跳閘。

3 仿真試驗(yàn)分析

采用先進(jìn)的RTDS仿真試驗(yàn)手段[14]，在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)搭建的閉環(huán)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)進(jìn)行一系列試驗(yàn)，以驗(yàn)證酒湖直流系統(tǒng)融冰方式的控制保護(hù)策略。特高壓直流系統(tǒng)故障種類(lèi)較為復(fù)雜，根據(jù)換流閥閉鎖時(shí)是否投旁通對(duì)，可以將特高壓直流保護(hù)閉鎖分為3種[15]：

(1) X閉鎖：不投旁通對(duì)閉鎖，通常用于閥故障。

(2) Y閉鎖：有條件投旁通對(duì)閉鎖，通常用于不會(huì)對(duì)設(shè)備施加嚴(yán)重壓力的直流側(cè)故障、交流側(cè)故障和極手動(dòng)閉鎖。

(3) Z閉鎖：投旁通對(duì)閉鎖，通常用于接地故障或直流側(cè)的過(guò)電流故障。

3.1 控制功能試驗(yàn)

3.1.1 并聯(lián)融冰模式的起極

將兩站直流場(chǎng)設(shè)備操作至并聯(lián)融冰模式(參見(jiàn)圖2的主接線)，待滿足直流系統(tǒng)起極條件后，在聯(lián)合控制模式下以最小電流指令500 A(0.1 p.u.)進(jìn)行解鎖，先解鎖極1，再解鎖極2。直流系統(tǒng)解鎖時(shí)兩站直流電流、電壓的波形見(jiàn)圖6和圖7。

UDL_IN為直流線路電壓；UDN_IN為直流中性母線電壓；IDNC為直流線路電流；αO為觸發(fā)角指令圖6 酒泉站極1解鎖波形

圖7 湘潭站極1解鎖波形

因兩站的極2高端換流器都為定電流控制，若先解鎖極2則將導(dǎo)致極2運(yùn)行不穩(wěn)定，所以必須先解鎖極1。

3.1.2 并聯(lián)融冰模式的停極

兩極直流電流降至500 A后，將控制模式由“聯(lián)合控制”切換至“獨(dú)立控制”，待閉鎖整流站極2后閉鎖極1，再閉鎖逆變站的極2和極1。直流系統(tǒng)閉鎖時(shí)兩站直流電流、電壓的波形見(jiàn)圖8和圖9。

圖9 酒泉站極1閉鎖波形

若IR1，IR2表示為整流站極1、極2高端換流器的直流電流，II1、II2表示為逆變站極1、極2高端換流器的直流電流，忽略直流線路的電流損失，根據(jù)電流平衡原理：

IR1+ IR2= II1+ II2

(1)

每個(gè)換流器的最小運(yùn)行電流為0.1 pu，所以當(dāng)整流站極2閉鎖后，各換流器的直流電流關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

IR1= II1+ II2

(2)

所以整流站極2閉鎖后，整流側(cè)極1的直流電流會(huì)迅速升至1000 A。

若在聯(lián)合模式下閉鎖極，則整流站和逆變站同時(shí)閉鎖，逆變站的閥組旁路開(kāi)關(guān)Q1將自動(dòng)合上，則逆變側(cè)將通過(guò)Q1使極線路短路，導(dǎo)致直流線路低電壓保護(hù)跳閘。所以在退出并聯(lián)融冰模式運(yùn)行需切換至獨(dú)立控制模式，而且按照先閉鎖極2再閉鎖極1的順序操作。

3.1.3 并聯(lián)融冰模式電流的提升

并聯(lián)融冰模式下兩極解鎖成功運(yùn)行穩(wěn)定后，可將直流電流提升至最大融冰電流7300 A，如圖10所示。酒湖直流工程并聯(lián)融冰模式運(yùn)行時(shí)最小融冰電流和最大融冰電流所對(duì)應(yīng)的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖10 酒泉站7300 A融冰電流運(yùn)行界面

Ide/Aαr/(°)γi/(°)Udr/kVUdi/kVTCrTCiPr/MWPi/MW10001523．8400381131740037773001534．240026423129201924

注：Ide為融冰電流；αr為整流側(cè)觸發(fā)角；γi為逆流側(cè)熄弧角；Udr為整流側(cè)直流電壓；Udi為逆變側(cè)直流電壓；TCr為整流側(cè)分接頭檔位；TCi為逆變側(cè)分接頭檔位；Pr為整流側(cè)輸送功率；Pi為逆變側(cè)接收功率。

3.1.4 循環(huán)阻冰模式兩極聯(lián)跳

將直流系統(tǒng)操作至循環(huán)阻冰模式(參見(jiàn)圖1的主接線)，待滿足起極條件后以最小電流指令0.1 p.u.分別解鎖兩極。循環(huán)阻冰模式下，兩極解鎖的順序沒(méi)有影響。當(dāng)兩極解鎖成功運(yùn)行穩(wěn)定后，模擬站1極1母線100 ms接地故障。站1極1極母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，執(zhí)行Z閉鎖；站1極2通過(guò)循環(huán)阻冰模式下兩極聯(lián)跳邏輯跳閘，執(zhí)行Y閉鎖。站1極1故障動(dòng)作后極2聯(lián)跳的波形見(jiàn)圖11。

——為高端換流器觸發(fā)角；——為低端換流器觸發(fā)角；X_BLOCK為X閉鎖；Y_BLOCK為Y閉鎖；DEBLOCK為解鎖；BLOCK為閉鎖；RETARD為移相；RECT為整流側(cè)圖11 極2阻冰模式跳閘波形

3.2 保護(hù)功能試驗(yàn)

所有保護(hù)功能試驗(yàn)都在并聯(lián)融冰模式下雙極最小電流運(yùn)行的工況下開(kāi)展。

3.2.1 整流側(cè)換流器故障

模擬整流站極1高端換流器高壓側(cè)接地故障。故障動(dòng)作時(shí)的波形見(jiàn)圖12和圖13。

PROT_FOSTA為對(duì)站保護(hù)閉鎖；TRIP_ACC為跳進(jìn)線開(kāi)關(guān)圖12 酒泉站極1高端換流器故障波形

圖13 酒泉站極2高端換流器跳閘波形

當(dāng)整流站極1高端換流器發(fā)生接地故障后，換流器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，執(zhí)行X閉鎖。根據(jù)兩極聯(lián)跳邏輯，整流站極2高端換流器通過(guò)并聯(lián)融冰模式跳閘，執(zhí)行Y閉鎖。

3.2.2 逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障

模擬逆變側(cè)交流系統(tǒng)100 ms單相接地故障。故障動(dòng)作時(shí)的波形見(jiàn)圖14。

γC為關(guān)斷角；——為交流A相電壓；——為交流B相電壓；——為交流C相電壓圖14 湘潭站交流系統(tǒng)故障波形

當(dāng)逆變側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生短時(shí)故障后，通過(guò)換相失敗預(yù)測(cè)增加GAMMA角，穩(wěn)定直流系統(tǒng)。

3.2.3 直流線路故障

模擬極1直流線路中點(diǎn)100 ms接地故障。故障動(dòng)作時(shí)的波形見(jiàn)圖15和圖16。

圖15 酒泉站極1直流線路故障波形

圖16 湘潭站極1直流線路故障波形

并聯(lián)融冰模式下，整流側(cè)控制直流電壓，屏蔽直流線路重啟策略。當(dāng)直流線路故障后，整流側(cè)電壓突變量保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)直流線路保護(hù)重啟動(dòng)跳閘，執(zhí)行Y閉鎖。逆變側(cè)接收到對(duì)站保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，通過(guò)并聯(lián)融冰模式跳閘邏輯執(zhí)行Y閉鎖。

3.2.4 金屬返回線/極中性線故障

若極2直流線路(并聯(lián)融冰模式下極2直流線路為金屬返回線)發(fā)生接地故障，逆變側(cè)兩極的金屬回線接地保護(hù)請(qǐng)求移相，整流側(cè)接收對(duì)站請(qǐng)求移相命令后，通過(guò)直流線路保護(hù)重啟動(dòng)跳閘，執(zhí)行Y閉鎖。逆變側(cè)再通過(guò)并聯(lián)融冰模式跳閘邏輯執(zhí)行Y閉鎖。

若整流側(cè)極2極中性線發(fā)生接地故障，動(dòng)作后果與金屬返回線接地故障相同。

4 結(jié)束語(yǔ)

特高壓直流工程的額定輸送電流大、輸送距離遠(yuǎn)，當(dāng)處于大電流運(yùn)行時(shí)，電流在導(dǎo)線上產(chǎn)生的熱量可以緩解線路覆冰，達(dá)到一定的融冰效果。但冰雪災(zāi)害易發(fā)時(shí)期且輸電系統(tǒng)難以安排足夠功率使直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行大電流工況，則容易發(fā)生覆冰倒塔?；谔馗邏褐绷鞴こ痰奶攸c(diǎn)，研究直流線路融冰方案和相關(guān)的控制保護(hù)策略具有重要意義。

本文結(jié)合酒湖直流工程闡述了循環(huán)阻冰模式下雙極聯(lián)跳的策略和并聯(lián)融冰模式下的直流控制保護(hù)功能的修改方案，通過(guò)RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真驗(yàn)證了融冰策略的有效性，并將在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)進(jìn)一步測(cè)試融冰功能的可靠性，對(duì)今后特高壓直流工程融冰運(yùn)行方式的控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

[1] 李慶峰, 范 崢, 吳 穹, 等. 全國(guó)輸電線路覆冰情況調(diào)研及事故分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2008, 32(9): 33-36.

[2] 馬玉龍, 徐玲玲, 石 巖, 等. 三廣直流工程融冰運(yùn)行方式仿真試驗(yàn)[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2008, 32(19): 22-25.

[3] 常 浩, 石 巖, 殷威揚(yáng), 等. 交直流線路融冰技術(shù)研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2008, 32(5): 1-6.

[4] 張 帆, 徐桂芝, 荊 平, 等. 直流融冰系統(tǒng)保護(hù)配置與操作策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2010, 34(2): 170-174.

[5] 吳元華. 輸電線路覆冰的潛在危害及對(duì)策研究[J]. 江蘇電機(jī)工程, 2008, 27(6):18-21.

[6] 龐廣恒, 曾南超, 楊萬(wàn)開(kāi). 特高壓直流系統(tǒng)融冰運(yùn)行方式試驗(yàn)與工程調(diào)試[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2014, 38(1): 22-27.

[7] 吳林平, 田 杰, 李長(zhǎng)偉, 等. 大容量直流融冰系統(tǒng)在500 kV康定變的應(yīng)用[J]. 江蘇電機(jī)工程, 2014, 33(3):26-30.

[8] 楊萬(wàn)開(kāi), 吳慶范, 龐廣恒. 特高壓直流融冰方式控制策略及試驗(yàn)分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2015, 39(11): 3313-3319.

[9] 李立浧. 特高壓直流輸電的技術(shù)特點(diǎn)與工程應(yīng)用[J]. 電力設(shè)備, 2006, 7(3): 1-4.[10] 劉寶宏, 殷威揚(yáng), 楊志棟, 等. ±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)主回路參數(shù)研究[J]. 高電壓技術(shù), 2007, 33(1): 17-21.

[11] 陳小軍, 何露芽, 孫 楊, 等. ±800 kV特高壓直流與±500 kV常規(guī)直流控制保護(hù)系統(tǒng)比較分析[J]. 華東電力, 2012, 40(3): 462-466.

[12] 陶 瑜, 韓 偉. 高壓直流輸電控制保護(hù)技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 電力設(shè)備, 2004, 5(11): 4-8.

[13] 石 巖, 韓 偉, 張 民, 等. 特高壓直流輸電工程控制保護(hù)系統(tǒng)的初步方案[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2007, 31(2): 11-15.

[14] 盧志良, 劉 濤, 趙青春. 直流融冰運(yùn)行模式下直流故障對(duì)交流保護(hù)的影響[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2010, 38(20): 112-175.

[15] 孫 文, 禹 佳, 騰予非. ±800 kV特高壓直流輸電工程保護(hù)閉鎖策略分析[J]. 四川電力技術(shù), 2014, 37(6): 73-77.

薛海平

薛海平(1980 —)，男，江蘇江陰人，工程師，從事直流輸電控制保護(hù)、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的開(kāi)發(fā)和研究；

趙森林(1981 —)，男，安徽桐城人，工程師，從事直流輸電控制保護(hù)的開(kāi)發(fā)和研究；

盧亞軍(1982 —)，男，河南虞城人，工程師，從事特高壓直流成套設(shè)計(jì)及仿真分析；

劉 凱(1986 —)，男，江蘇宿遷人，工程師，從事特高壓直流控制保護(hù)的開(kāi)發(fā)和研究。

Analysis of Control and Protection Strategy and Test for De-icing mode in UHVDC Project

XUE Haiping1，ZHAO Senlin1，LU Yajun2，LIU Kai1

(1. Nanjing Nari-Relays Electric Co. Ltd., Nanjing 211100, China;2. State Grid Economic Research Institute, Beijing 102209, China)

Because of extreme weather conditions and the limitation of the transmission power, the DC current can not meet the requirement of de-icing. And it will lead to the formation of the DC transmission line icing, affecting the stability of the UHVDC system seriously. Combined with the de-icing function in Jiuquan-Hunan UHVDC project, the main connection topological structure and characteristics of the round resistance ice mode and hybrid de-icing mode for the UHVDC project is described in this paper, and then the strategy of bipolar synchronous tripping in round resistance ice mode and the modified scheme of UHVDC control and protection function in hybrid de-icing mode are proposed. At last, the feasibility and effectiveness of the de-icing function are verified by RTDS closed loop real-time digital simulation. Reference is provided for the design of UHVDC control and protection system for the de-icing operation mode.

UHVDC; round resistance ice; hybrid de-icing; control and protection system

2016-10-17；

2016-11-19

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(特高壓直流故障分析及協(xié)同處置關(guān)鍵技術(shù)研究)

TM73

A

2096-3203(2017)01-0084-07