卯明旺 晏慶豐

摘要：對永富直流孤島判別裝置的判別策略及低功率被動進(jìn)入孤島閉鎖雙極的邏輯原理進(jìn)行分析，結(jié)合±500kV永仁換流站500kV仁永雙線當(dāng)時的輸送功率，分析500kV仁永雙線在N-1運(yùn)行模式且雙極處于低功率運(yùn)行時，線路發(fā)生故障造成的后果及風(fēng)險(xiǎn)，并提出控制措施。

關(guān)鍵詞：低功率;孤島;閉鎖雙極;N-1

引言

±500kV永仁換流站500kV GIS交流場采用3/2接線，共有4回出線，至500kV觀音巖水電站2回，至500kV仁和變電站2回。2018年12月22日，為配合500kV仁和變電站停電，本站按調(diào)度命令將500kV仁永乙線轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)，當(dāng)前雙極輸送功率1050MW。期間接調(diào)度通知在500kV仁永乙線途經(jīng)的山林中發(fā)生山火，要求關(guān)注相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況。針對此時特殊的運(yùn)行方式，運(yùn)行人員進(jìn)行了事故預(yù)想。若500kV仁永甲線線路因山火跳閘，且雙極輸送功率低于1100MW，則極控將在15ms之后閉鎖雙極，造成±500kV永仁換流站500kV I、II、VI、VII、VIII段母線及35kV I、II段母線失壓，僅依靠外引的35kV永仁換流站線供著站內(nèi)低壓交流負(fù)荷。按照《中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力事故事件調(diào)查規(guī)程》，最高可能造成一級事件風(fēng)險(xiǎn);對于永富直流來說，造成了不必要的停電，影響了直流輸電的可靠性。

1、永富直流孤島判別系統(tǒng)功能說明

永富直流孤島判別系統(tǒng)由±500kV永仁換流站孤島判別裝置與500kV仁和變孤島判別裝置構(gòu)成，按雙套系統(tǒng)設(shè)置，設(shè)A系統(tǒng)、B系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)相互獨(dú)立，互為備用運(yùn)行。孤島判別系統(tǒng)的功能通過±500kV永仁換流站、500kV仁和變的開關(guān)位置信號，并結(jié)合部分電氣量信號，判斷永富直流輸電系統(tǒng)云南側(cè)是否處于孤島運(yùn)行狀態(tài)。

1.1 在500kV仁和變電站和±500kV永仁換流站通信正常時孤島判別過程：

開關(guān)斷開判斷→線路某側(cè)與變電站隔離判斷（3/2接線）→線路停運(yùn)判斷→孤島判斷。

每一過程的具體判定原理如下：

開關(guān)斷開判斷：本系統(tǒng)對每個開關(guān)均接入3相HWJ信號，當(dāng)開關(guān)任2相斷開則判為該開關(guān)斷開。

線路某側(cè)與變電站隔離判斷（3/2接線）：若線路在某一變電站的邊開關(guān)斷開，同時中開關(guān)或同一串的另一邊開關(guān)斷開，則判為線路與該變電站沒有直接的電氣聯(lián)系

線路停運(yùn)判斷：線路兩端任一端與其所在的站隔離且其功率絕對值小于投運(yùn)功率則判為該線停運(yùn)。

孤島判斷：當(dāng)500kV仁永雙線均斷開則判為永仁換流站運(yùn)行在孤島狀態(tài)下。

1.2 孤島信號的輸出

孤島判別裝置A柜上切換把手有四個檔位：置孤島狀態(tài)、置聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)、A套運(yùn)行、B套運(yùn)行。正常打在“A套運(yùn)行”，若A套異常，需手動切換到“B套運(yùn)行”;當(dāng)A套、B套孤島判別裝置均不能正常判別孤島狀態(tài)時，可根據(jù)調(diào)度要求，切換至“置孤島狀態(tài)”或“置聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)”。

孤島判別系統(tǒng)的判斷結(jié)果、人為設(shè)置的孤島狀態(tài)或聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)通過裝設(shè)在孤島判別A柜上的切換把手進(jìn)行切換。當(dāng)該把手打在“置孤島狀態(tài)”時，送給穩(wěn)控系統(tǒng)與直流極控系統(tǒng)的狀態(tài)強(qiáng)制置為“置孤島狀態(tài)”;“A套運(yùn)行”時，送給穩(wěn)控系統(tǒng)與直流極控系統(tǒng)的狀態(tài)為A套孤島判別系統(tǒng)的判斷結(jié)果;“B套運(yùn)行”時，送給穩(wěn)控系統(tǒng)與直流極控系統(tǒng)的狀態(tài)為B套孤島判別系統(tǒng)的判斷結(jié)果;“置聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)”時，送給穩(wěn)控系統(tǒng)與直流極控系統(tǒng)的狀態(tài)強(qiáng)制置為“聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)”。

1.3“永富直流被動跳入孤島后主動閉鎖直流雙極”功能的邏輯介紹

2018年6月，永富直流送端增加“永富直流被動跳入孤島后主動閉鎖直流雙極”功能，其邏輯功能圖如圖1所示：

永富直流雙極在解鎖狀態(tài)且被動進(jìn)入孤島閉鎖雙極功能投入情況下，當(dāng)500kV仁永雙線交流功率低于Pset1或Pset3（Pset1和Pset3值相等，后臺整定為50MW）、直流功率低于Pset2（后臺整定為1100MW），且收到安穩(wěn)裝置開出的孤島模式投入信號時，直流站控系統(tǒng)延時T1（5ms）時間后切換，切換后的系統(tǒng)的判定結(jié)果和之前一致，將在T2（15ms）時間閉鎖雙極。

2、雙極閉鎖過程分析

本站的500kV斷路器重合閘方式選擇為單相重合閘方式，針對此次事故預(yù)想中的雙極閉鎖原因分析：

1.如果500kV仁永甲線因山火單相故障

斷路器跳閘后，斷路器的自動重合閘功能將啟動，跳開故障相后重合一次。如故障為瞬時故障，重合閘動作成功。此過程中，因?yàn)閿嗦菲髦惶_1相，不滿足孤島判別裝置對開關(guān)斷開的判別條件，后重合閘動作成功，所以此時單相故障對永富直流雙極運(yùn)行沒有影響。

2.如果500kV仁永甲線線路故障時重合閘動作不成功或斷路器多相跳閘

（1）系統(tǒng)將通過5061、5062開關(guān)斷開判定500kV仁永甲線本側(cè)線路隔離，同時因500kV仁永甲線線路功率低于投運(yùn)功率，系統(tǒng)最終判定500kV仁永甲線線路停運(yùn)。

（2）因此時500kV仁永雙線都處于停運(yùn)狀態(tài)，孤島判別裝置將判定±500kV永仁換流站運(yùn)行在孤島狀態(tài)下，孤島判別裝置判斷輸出的孤島運(yùn)行方式ISLAND OPERATION信號經(jīng)過硬接線送到直流站控系統(tǒng)。因當(dāng)前雙極輸送功率低于1100MW，孤島低功率閉鎖功能會在5ms后啟動直流站控系統(tǒng)切換，同時為保證該信號ISLAND OPERATION判斷的準(zhǔn)確可靠，運(yùn)行人員控制系統(tǒng)（以下簡稱HMI）也設(shè)計(jì)有孤島運(yùn)行方式的命令輸出，經(jīng)過LAN網(wǎng)也送到直流站控系統(tǒng)，最終在直流站控系統(tǒng)的軟件中綜合判斷來自孤島判別裝置和HMI的孤島運(yùn)行方式狀態(tài)，輸出最終的孤島運(yùn)行方式ISLAND OPERATION信號給HMI顯示和極控（如圖2所示），極控系統(tǒng)收到該信號15ms后，由孤島低功率閉鎖功能啟動雙極ESOF。同時將直流停運(yùn)的信號送至穩(wěn)控裝置，由穩(wěn)控裝置向觀音巖電廠發(fā)出切機(jī)命令，導(dǎo)致500kV觀永甲乙線跳閘;此時，±500kV永仁換流站500kV I、II、VI、VII、VIII段母線、500kV 1、2號站用變壓器及35kV I、II段母線將失壓，造成大面積的停電，站用低壓交流系統(tǒng)僅僅依靠35kV永仁換流站線供電。

綜上所述，500kV仁永雙線N-1的情況下，且永富直流雙極輸送功率低于1100MW時，500kV仁永雙線供電的線路跳閘，將引發(fā)永富直流雙極閉鎖，造成電網(wǎng)一級事件，影響永富直流的輸電可靠性，對±500kV永仁換流站站內(nèi)高壓交流系統(tǒng)造成沖擊。

3、控制措施

在±500kV永仁換流站500kV仁永雙線N-1時，且永富直流雙極輸送功率低于1100MW時，為避免永富直流發(fā)生雙極閉鎖造成500kV交流等系統(tǒng)失壓的風(fēng)險(xiǎn)，建議將被動進(jìn)入孤島閉鎖雙極功能禁用，這樣當(dāng)500kV仁永雙線中的供電線路因故障跳閘后，直流站控將±500kV永仁換流站判定為孤島，但因被動進(jìn)入孤島閉鎖雙極功能被禁用，此時永富直流雙極雖然低功率運(yùn)行，但不會閉鎖雙極，從而提高永富直流輸電的可靠性。

結(jié)束語：

本文針對±500kV仁永雙線單回線供電且雙極處于低功率運(yùn)行時可能造成的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，通過對孤島判別系統(tǒng)的判別策略及永富直流被動跳入孤島后主動閉鎖直流雙極的功能原理進(jìn)行研究，提出相應(yīng)的控制措施。以提高直流輸電的安全可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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[3]永富直流孤島判別系統(tǒng)功能說明書.南京南瑞繼保電氣有限公司，2016

[4]PCS-921N斷路器失靈保護(hù)及自動重合閘裝置說明書.南京南瑞繼保電氣有限公司

作者簡介：卯明旺，出生于1994年，男，助理工程師，學(xué)士，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局變電運(yùn)行所，從事變電運(yùn)行與維護(hù)及高壓直流輸電技術(shù)方面的研究工作;

晏慶豐，出生于1987年，男，工程師，學(xué)士，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局變電運(yùn)行所，從事變電運(yùn)行與維護(hù)及高壓直流輸電技術(shù)方面的研究工作。