特高压换流站单阀接地故障控保策略改进

特高压换流站 单阀 接地故障 控保 策略改进

靳生鹏

国网青海省电力公司检修公司 青海 格尔木 816000

摘要：对于换流站来说，换流器是其中不可或缺的设备结构，而换流器的保护策略则直接决定了直流输电工程的运作安全和运行质量。但特高压换流站单阀接地却可能存在故障，导致健全阀组难以正常重启，对此需要针对单阀接地故障控保策略进行分析和改进，以降低高低端阀组闭锁的时差，确保健全阀组能够顺利重启。本文主要针对特高压换流站单阀接地故障展开论述，探讨故障控保策略的有关改进措施。

关键词：特高压换流站；单阀接地故障；控保策略改进

引言：目前±800kV及以上的特高压直流输电工程的全面推广，换流阀的保护策略质量成为了直流输电工程中的重要问题。早年间建设的直流换流站，阀厅出线光CT安装于阀厅内部，在阀厅直流穿墙套管出现电流泄漏等问题时利用极母线差动保护动作的方式将极推出运行。直流换流站中，阀厅直流侧穿墙套管闪络等常见故障，以往的保护配套利用极的停运来切除部分阀组故障，不但难以达到显著的控制效果，甚至也进一步加大了故障范围，对特高压换流站的运行带来不利影响。对此新建的特高压换流站需要将阀厅出线光CT安装于阀厅之外，在产生单阀接地故障的情况下通过换流器差动保护切除故障阀组，健全阀组的自动重启控保新要求。

一、问题分析

根据±800kV酒湖直流工程韶山换流站控保联调的要求，将直流工程双端等值电源RTDS模型作为依据，接入对应实际情况的控制保护装置，并在RTDS中模拟逆变站I高端阀组接地故障，针对换流站直流控保策略进行校核，分析单发接地故障下健全阀组不能重启现象的诱发因素，针对现有的控保策略进行改进。

根据RTDS模拟韶山换流站功率正送双极全压满负荷运作状态下极I高端阀组接地故障进行有关试验，试验期间双阀组闭锁而且跳交流进线开关，健全阀组无法自动重启，不能在单阀接地故障中及时切除故障阀组。极I双端阀组保护动作波形如图1所示，而从图中便可以了解到，故障阀组交流进线开关跳闸75ms后，健全阀组交流进线开关也跳闸动作。

图1

对于极母线差动保护来说，其原理在于测量直流线路电流、极电流、直流滤波器电流等，并进行极性的相加，若差值大于预定值则发动保护动作，按照高端阀组与低端阀组被旁通的具体情况选择合理的极电流。极母线差动保护动作的结果为极Z闭锁，跳开交流电路器的同时进行锁定，而极母线差动保护动作可能会引发健全阀组重启实效等现象。

针对具体原因进行分析，在单发接地故障情况下，能确保健全阀组顺利重启的保护动作需要通过既定的顺序执行，具体如图2所示。

图2

若故障阀组差动保护动作的情况下会发送信号使极闭锁。极I控保主机在接受信号后会执行闭锁，同时发送信号使健全阀组闭锁，在健全阀组闭锁后，极母线差动电流计算也会产生变化，极母线差动电流变为零，察动作保护将不会触发，健全阀组能够顺利重启。根据上述分析，极母线差动电流在故障阀组差动保护动作完成，故障阀组被旁通后又快速提高，从而触发极母线差动保护动作，期间健全阀组没能及时执行闭锁，但极母线差动保护却开始动作，同时跳开全极阀组的交流进线开关，使得健全阀组闭锁后无法重启。所以在单阀接地故障的情况下，健全阀组无法重启的主要成因在于故障阀组差动保护动作到健全阀组闭锁的周期较长，期间极母线差动电流不断提高，达到极母线差动保护的触发条件使得极母线差动保护误动作，之后健全阀组则无法正常重启^[1]。

二、特高压换流站单阀接地故障控保策略的改进和验证

（一）控保策略的改进

由于极母线差动做保护定值的计算过程具有明显的复杂性，所以对极母线差动作保护定值进行调节的方法难以达到预期的效果，所以按照以往的工作经验进行分析，保护策略的改进基本上有两个方向。其一，极母线差动作保护动作逻辑中增设保护使能信号，若换流器差动做保护，那么关闭极母线差动做保护，在健全阀组进行闭锁后再次投入极母线差动做保护；其二，降低故障阀组差动做保护动作到健全阀组闭锁的实践，确保这一过程中极母线差动作保护不会进行动作。在两种改进策略对比之下，前一方向虽然能够有效规避单阀组接地故障下极母线差动作保护误动等现象，但实际上却也容易产生其他故障下的拒动安全问题，并且极母线差动保护动作逻辑的调节具有较大的难度。相比之下第二个方向无须进行极母线差动保护逻辑的改变，通过控保策略的优化便能达到预期的改进效果，降低动作周期的方式使得安全风险更低，所以相比之下具有更高的可靠性。所以选择现有控保策略优化改进的方式，降低高地阀组闭锁的时间周期，能够有效规避极母线差动保护误动等问题。

在原本的控保策略下，故障阀组差动保护动作过程中会发送信号触发极闭锁，极I控保主机在接受信号之后会产生极闭锁动作，同时发送信号使健全阀组闭锁。为进一步控制高低端阀组闭锁的周期，将故障阀组差动保护动作信号和交流进线开关分位信号相与，产生六七差动保护动作信号，并将其传输到健全阀组，使健全阀组能够根据信号的引导进行闭锁。这一改动的前后对比效果如图3所示，CCP1和CCP2间的通信通过光纤增加一路的方式实现。

图3

和原本的极母线差动保护对比，这一改动方法将故障阀组差动做保护信号传输到健全阀组，也就是在故障阀组差动做保护实现后，健全阀组能够即刻实现闭锁，无需等极闭锁完成后发送信号让健全阀组闭锁，降低整个过程的实现周期，缩短高地阀组闭锁时间差，提高整体效率。在完成改进后，不但能有效规避单阀接地故障下极母线差动保护误动作等问题，同时也降低了动作等待周期，削减故障问题所带来的影响。除此之外，这一改进方法也不会对其他故障下的保护动作带来不利影响，现有的保护功能都能够正常完成，不会受到策略改进的影响，所以可靠性相对较高^[2]。

（二）试验验证

为了对控保策略改进的实际效果进行校验，利用RTDS模型针对改进后的直流控保程序进行试验校验，从而得出极母线差动做保护动作波形，具体如图4所示。

图4

由图3能够得知，极母线差动电流约提高了20ms，之后便快速下降至零，这代表着健全阀组闭锁已经实现，极母线差动电流计算公式切换。在此期间，差动电流高于II段跳闸启动定值的实践没有达到触发值，试验挨肩极母线差动保护没有进行动作。极I双阀组保护动作 信号如图5所示，在故障期间唯有故障阀组交流开关出现了跳闸现象，健全阀组交流开关并没有动作，确保健全阀组能够顺利重启，这也代表了策略的改进达到了预期的效果^[3]。

图5

结束语：针对±800kV酒湖直流工程韶山换流站控保策略的改进要求，利用RTDS模拟试验，围绕极I单阀接地故障情况下故障阀组切除以及健全阀组重启等方面进行试验，重点分析控保模式下健全阀组难以顺利启动的问题以及问题因素，针对问题制定改进措施。经过改进之后，控保策略会将故障阀组差动保护动作信号传输到低端阀组，从而降低闭锁周期，达到了单阀接地故障下健全阀组自动重启的控制需求，可靠性较高而且相比于其他方案来说实施更加便利，也不会对其他故障保护动作带来干扰。

参考文献：

[1]陈刚,李恒.特高压换流站单阀接地故障控保策略改进[J].湖南电力,2017:78-82.

[2]马悦,孙中尉.±800kV特高压换流站换流阀组接线选择[J].《山东电力技术》,2015:51-54.

[3]张红跃,熊章学,周君文,张学圈,刘巧愿,王红青,刘翠香.超高压直流输电系统换流变阀侧单相接地故障浅析[J].电工文摘,2013:56-59.