柳林海

摘要：當(dāng)特高壓柔性直流換流閥的全橋子模塊數(shù)目足夠時(shí)，換流閥具有阻斷故障電流的能力。保護(hù)動(dòng)作后，交流聯(lián)絡(luò)線區(qū)域與上下橋臂之間的接地故障只能通過阻斷換流閥來隔離。本文對(duì)特高壓柔性直流輸電閥區(qū)接地故障保護(hù)進(jìn)行了分類分析，提出了兩種保護(hù)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：特高壓柔性直流換流閥;接地故障;處理策略

一、區(qū)接地故障分區(qū)及處理策略

根據(jù)特高壓柔性直流換流閥的特點(diǎn)，將特高壓柔性直流換流閥分為三個(gè)子區(qū)域：第一個(gè)區(qū)域包括交流連接線與上下橋臂之間的部分;第二區(qū)域包括換流閥與換流閥隔離開關(guān)Q1、Q2、Q3、Q4之間的部分;第三個(gè)區(qū)域包括換流閥隔離開關(guān)Q1和Q4與直流母線之間的部分，以及換流閥隔離開關(guān)Q2和Q3之間的部分，具體如圖1所示。

（一）第一區(qū)域接地故障

由于續(xù)流二極管的單向?qū)щ娦裕P(guān)斷裝置后，全橋子模塊的電流從電容器的正極流入，從負(fù)極流出，因此關(guān)斷裝置可以使電容器立即工作在充電狀態(tài)。當(dāng)直流故障發(fā)生時(shí)，工作在充電狀態(tài)的電容器能使故障電路的電流迅速熄滅。

在圖1、F1、F2故障中，高壓換流閥閉鎖，故障電流熄滅后，故障點(diǎn)與其它連接線路及設(shè)備無回路，不影響低壓換流閥的動(dòng)作及換流閥隔離開關(guān)Q1、Q2的動(dòng)作。只要故障電流熄滅，旁路開關(guān)閉合，即使Q1和Q2沒有分開，低壓換流閥也可以恢復(fù)送電。同樣，也可以通過鎖定低壓變流閥來隔離F12和f13低壓變流閥故障。

（二）第二區(qū)域接地故障

由圖1可知，隔離開關(guān)Q1和Q2可以隔離第二區(qū)域的故障，包括F3、F4、F5、F6和F7;隔離開關(guān)Q3和Q4可以隔離第二個(gè)區(qū)域的故障F10、F11、F14、F15和F16。

（三）第三區(qū)域的接地故障

第三區(qū)接地故障為F8、F9、F17。這些故障不能通過阻斷換流閥或隔離隔離開關(guān)Q1、Q2、Q3和Q4來隔離。因此，當(dāng)這些故障發(fā)生時(shí)，它們只能閉鎖極。

（四）接地故障處理策略

基于以上分析，本文提出了以下兩種特高壓柔性直流閥接地故障處理策略。

第一種是在保護(hù)檢測(cè)到圖1中的F1、F2、F12、f13故障時(shí)，閉鎖換流閥;檢測(cè)到任何其他接地故障閉鎖極。

第二種是保護(hù)檢測(cè)到圖1隔離開關(guān)Q1、Q2、Q3、Q4閥側(cè)F1、F2、F12、f13、F3、F4、F5、F6、F7、F10、F11、F14、F15、F16故障后，鎖止換流閥，檢測(cè)F8、F9、F17鎖極。

二、第一種接地故障保護(hù)對(duì)策

（一）閥區(qū)測(cè)量設(shè)備配置

為了實(shí)現(xiàn)圖1中F1、F2、F12、f13故障時(shí)換流閥的閉鎖策略，需要配置相應(yīng)的電流測(cè)量設(shè)備，以準(zhǔn)確定位這些區(qū)域的故障。根據(jù)現(xiàn)行的柔性直流工程標(biāo)準(zhǔn)，只要配置橋臂電流測(cè)量設(shè)備和交流聯(lián)絡(luò)線測(cè)量設(shè)備，就可以滿足這一要求。

對(duì)于F8、F9、F17故障，只能采用閉鎖極策略。在配置測(cè)量設(shè)備時(shí)，需要閉鎖極的主保護(hù)來覆蓋這些區(qū)域。當(dāng)故障F3、F4、F5、F6、F7（F10、F11、F14、F15、F16）采用閉鎖極策略時(shí)，在極母線和極中性母線的換流閥側(cè)配置電流測(cè)量裝置。

（二）接地故障保護(hù)配置

（1）交流連接母線差動(dòng)保護(hù)：分相差動(dòng)，檢測(cè)換流器與換流變壓器之間的故障，保護(hù)動(dòng)作后閉鎖換流閥。

（2）橋臂差動(dòng)保護(hù)：分相差動(dòng)，檢測(cè)換流閥橋臂的接地故障，保護(hù)動(dòng)作后閉鎖換流閥。

（3）橋臂電抗器差動(dòng)保護(hù)：檢測(cè)橋臂電抗器及相連母線的接地故障，保護(hù)動(dòng)作后閉鎖極。

（4）直流差動(dòng)保護(hù)：檢測(cè)高、低換流閥區(qū)域所有的接地故障，保護(hù)動(dòng)作后閉鎖極。

三、第二種接地故障保護(hù)對(duì)策

（一）閥區(qū)測(cè)量設(shè)備配置

國(guó)網(wǎng)特高壓常規(guī)直流工程只能對(duì)圖1中F1、F2、F3、F12、F13、F14接地故障執(zhí)行閉鎖換流閥的策略，而對(duì)于F4、F5、F6、F7（F10、F11、F15、F16）仍然采取閉鎖極的策略，將特高壓柔性直流識(shí)別換流閥接地故障的電流測(cè)量設(shè)備配置在隔離刀閘Q1、Q2、Q3、Q4換流閥側(cè)。

（二）接地故障保護(hù)配置

（1）交流連接母線差動(dòng)保護(hù)：與第一種配置方法相同。

（2）橋臂差動(dòng)保護(hù)：與第一種配置方法相同。

（3）橋臂電抗器差動(dòng)保護(hù)：檢測(cè)橋臂電抗器及相連母線的接地故障，保護(hù)動(dòng)作后閉鎖換流閥。

（4）高、低閥連接線差動(dòng)保護(hù)：檢測(cè)圖1所示的F9接地故障，僅雙閥運(yùn)行時(shí)投入，保護(hù)動(dòng)作

（5）極母線差動(dòng)保護(hù)：檢測(cè)圖1所示F8接地故障，保護(hù)動(dòng)作后閉鎖極后閉鎖極。

（6）極中性母線差動(dòng)保護(hù)：檢測(cè)圖1所示F17接地故障，保護(hù)動(dòng)作后閉鎖極。

四、保護(hù)的靈敏度分析

（一）第一區(qū)域接地故障保護(hù)的靈敏度分析

特高壓柔性直流高壓換流閥正常運(yùn)行時(shí)，換流閥閥側(cè)對(duì)地電壓為600kV直流電壓與閥側(cè)交流電壓的組合，低壓換流閥對(duì)地電壓為200kV直流電壓與閥側(cè)交流電壓的組合。因此，圖1中的F1、F2、F12和F13故障會(huì)產(chǎn)生較大的故障電流，保護(hù)的靈敏度很高。

（二）第二區(qū)域接地故障保護(hù)的靈敏度分析

在單極運(yùn)行時(shí)，由于接地電流和接地極的線路電阻，極中性母線處的電壓將上升到幾十kV。圖1所示F14、F15、F16故障會(huì)產(chǎn)生較大的直流電流，滿足保護(hù)靈敏度的要求。F3、F4、F5、F6、F7、F10、F11故障點(diǎn)的正常工作電壓遠(yuǎn)高于極中性母線的正常工作電壓，保護(hù)無靈敏度問題。

雙極雙換流閥運(yùn)行時(shí)，極母線電壓為800kV，高低壓換流閥接線區(qū)電壓為400kV，故障點(diǎn)F3、F4、F5、F6、F7、F10、F11產(chǎn)生的故障電流足以保證保護(hù)的靈敏度。

（三）第三區(qū)域接地故障保護(hù)的靈敏度分析

第三區(qū)F8電壓始終接近直流極母線電壓，故障發(fā)生后會(huì)產(chǎn)生較大的故障電流，相關(guān)保護(hù)靈敏度很高。F9與第二區(qū)F5、F7斷層特征相同，F(xiàn)17與第二區(qū)F15、F16斷層特征相同。

五、兩種保護(hù)對(duì)策的分析及對(duì)比

第一區(qū)配置100微秒級(jí)超高速接地保護(hù)，第二區(qū)和第三區(qū)配置毫秒級(jí)接地保護(hù)，實(shí)現(xiàn)接地故障保護(hù)之間的配合;測(cè)量設(shè)備的數(shù)量只有一個(gè)差別，成本只有幾十萬元;三區(qū)保護(hù)測(cè)量裝置的投切可根據(jù)換流閥隔離開關(guān)的位置進(jìn)行選擇，廣泛應(yīng)用于當(dāng)前直流工程中。

上述三種情況對(duì)兩種處理策略的選擇影響不大，可以應(yīng)用于工程實(shí)踐。其中，第一處理策略與南方電網(wǎng)特高壓常規(guī)直流閥區(qū)接地故障處理策略相似，烏東德特高壓多端混合直流工程柔性直流換流站采用第一處理策略;第二種處理策略類似于國(guó)網(wǎng)特高壓常規(guī)直流閥區(qū)接地故障處理策略，即發(fā)生閥組接地故障后，先將磁極鎖定，再將磁極重新連接，待磁極隔離后，重新啟動(dòng)無故障閥組。因此，第二種處理策略可作為國(guó)家電網(wǎng)后續(xù)特高壓柔性直流工程建設(shè)的參考。

結(jié)語

本文根據(jù)換流閥接地故障的不同處理策略，將特高壓柔性直流輸電閥分為三個(gè)區(qū)域。阻塞的換流閥可以隔離第一個(gè)區(qū)域的接地故障，并且不影響另一個(gè)換流閥的操作。因此，本文建議在第一區(qū)發(fā)生接地故障時(shí)，只能采用閉鎖式換流閥。

當(dāng)?shù)诙?、三區(qū)域的接地故障都閉鎖極時(shí)，利用極母線和極中性母線閥側(cè)的電流測(cè)量設(shè)備配置直流差動(dòng)保護(hù)就能檢測(cè)所有閥區(qū)的接地故障。針對(duì)直流差動(dòng)保護(hù)在極中性母線處橋臂電抗與換流閥之間的接地故障時(shí)存在靈敏性不夠的問題，增加直流諧波差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)?shù)诙^(qū)域的接地故障只閉鎖換流閥、第三區(qū)域的故障閉鎖極時(shí)，文中提出了在每一個(gè)換流閥隔離開關(guān)的換流閥側(cè)配置電流測(cè)量單元的方法，并配置橋臂電抗器差動(dòng)保護(hù)、換流閥連接線保護(hù)、極中性母線差動(dòng)保護(hù)、極母線差動(dòng)保護(hù)識(shí)別不同區(qū)域的故障。

參考文獻(xiàn)：

[1]饒宏，洪潮，周保榮，等.烏東德特高壓多端直流工程受端采用柔性直流對(duì)多直流集中饋入問題的改善作用研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2017，11（03）：1-5.

[2]葉龐琪，陳堃，代維謙.柔性直流配電技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].湖北電力，2019，43（01）：18-24.

[3]熊巖，黃潤(rùn)鴻，郭鑄，等.南澳三端柔性直流輸電工程加裝直流斷路器的實(shí)時(shí)仿真[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2018，12（02）：34-40.

[4]郭賢珊，周楊，梅念，等.張北柔性直流電網(wǎng)故障電流特性及抑制方法研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2018，38（18）：5438-5446.