特高壓直流輸電技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)建成多條電力傳輸骨干線路,是我國特有的大規(guī)模使用的電力傳輸方式。特高壓直流輸電線路輸送距離遠、容量大,且控制保護系統(tǒng)極其精細復(fù)雜,其短時間波動對送端電網(wǎng)和受端電網(wǎng)有較大影響。在目前電力系統(tǒng)控制保護系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、測控系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展過程中,直流特高壓領(lǐng)域數(shù)字化后的相關(guān)電壓電流信號傳輸及處理與傳統(tǒng)系統(tǒng)有很大不同,對其進行深入的研究有極大的現(xiàn)實意義。
典型的特高壓直流輸電工程中的單極雙閥組結(jié)構(gòu)如圖1所示,IDNC為低端閥組低壓側(cè)出線中性母線直流電流,對特高壓直流工程安全穩(wěn)定運行具有極其重要的作用,因此獲取其真實準確的IDNC關(guān)系到直流系統(tǒng)功率的穩(wěn)定輸送。
1.1 IDNC的電子單元自檢OK信號邏輯
當控制系統(tǒng)檢測到“IDNC電子單元自檢OK信號”消失時,軟件告警并請求切換系統(tǒng);當保護系統(tǒng)檢測到“零磁通IDNCP1電子單元#供電正常/輸出有效”即“IDNCP1電子單元自檢OK信號”消失時,高低端閥保護退出“旁通斷路器保護”功能,極保護退出“直流過壓保護”和“50Hz保護”。電子單元自檢OK信號邏輯處理如圖2所示。
1.2 直流CT(IDNC)斷線判別邏輯
控制系統(tǒng)檢測兩套冗余系統(tǒng)的IDNC,當本系統(tǒng)與冗余系統(tǒng)的差值小于 0.095p.u.(475A)時,延時500ms產(chǎn)生嚴重故障并切換系統(tǒng)。直流CT(IDNC)斷線判別邏輯處理如圖3所示。
圖1 特高壓直流單極雙閥組結(jié)構(gòu)
圖2 IDNC的電子單元自檢OK信號邏輯
圖3 當前直流CT(IDNC)斷線判別邏輯
1.3 直流電流測量故障判別邏輯
控制系統(tǒng)檢測本系統(tǒng)IDNC和IDY/IDD計算的等效電流,當IDNC與等效電流的差值小于 0.025p.u.( 125A)時,延時2s產(chǎn)生嚴重故障并切換系統(tǒng)。直流電流測量故障判別邏輯處理如圖4所示。
圖4 當前直流電流測量故障判別邏輯
2.1 IDNC電子單元故障后直流系統(tǒng)動作過程
2020年3月7日08:09:48雁門關(guān)站用于A套控制保護系統(tǒng)的極1 IDNC電子單元故障,保護系統(tǒng)退出相關(guān)保護,為主的控制系統(tǒng)A自動切換為備用系統(tǒng);在電子單元重啟過程中,極控制系統(tǒng)、高低端閥組控制系統(tǒng)均切換到A套,產(chǎn)生線路低電壓,VDCL動作,造成功率短時損失。對應(yīng)A套的極1 IDNC電子單元故障過程主要時刻及控制保護響應(yīng)見表1。
2.2 波形及控制保護邏輯分析
1)08:09:48時刻,控制保護系統(tǒng)均檢測到IDNC的電子單元自檢OK信號丟失,控制保護系統(tǒng)正確響應(yīng)切系統(tǒng)。之后查看如圖5所示極1高端閥組內(nèi)置故障錄波,分析兩系統(tǒng)間主要錄波量變化。
表1
圖5 極1高端閥組內(nèi)置故障錄波
2)11:10:31錄波時刻起,A系統(tǒng)IDNC_A異常變大后緩慢降低,B系統(tǒng)IDNC_B正常。
3)11:10:32時刻A、B系統(tǒng)IDNC存在差值(約3380A),極控及閥組控制系統(tǒng)切換A系統(tǒng)為主系統(tǒng),因此時IDNC_A仍舊很大(約6300A),導(dǎo)致觸發(fā)延遲角調(diào)節(jié)至120°,引起直流電壓跌落,VDCL動作。
4)隨著IDNC_A的跌落并恢復(fù)到正常范圍,觸發(fā)延遲角調(diào)節(jié)至5°后恢復(fù)。
5)11:10:33時刻A、B系統(tǒng)IDNC存在差值(約1722A),極控及閥組控制系統(tǒng)切換B系統(tǒng)為主系統(tǒng),直流逐漸恢復(fù)正常。
由此可以注意到,當IDNC異常變小時,用于控制的電流實際值切換為IDY/IDD計算的等效電流,故能夠進行有效控制。
綜上,用于A套控制保護系統(tǒng)的極1 IDNC電子單元故障,導(dǎo)致A套控制保護系統(tǒng)“INDC電子單元自檢OK” 信號丟失,當電子單元重啟恢復(fù)過程中,IDNC異常引起控制系統(tǒng)切換,線路低電壓及VDCL動作,直流功率出現(xiàn)短時損失。上述對IDNC信號的處理方式給雁淮直流的運行帶來了較大的波動,影響了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,有較大的隱患。
3.1 邏輯優(yōu)化方案
1)直流CT斷線判斷改為告警
控制系統(tǒng)檢測兩套冗余系統(tǒng)的IDNC,當本系統(tǒng)與冗余系統(tǒng)的差值小于0.095p.u.(475A)時,延時100ms產(chǎn)生告警。直流CT(IDNC)斷線判別邏輯處理如圖6所示。
圖6 優(yōu)化后直流CT斷線判別邏輯
2)直流電流測量故障判斷邏輯
控制系統(tǒng)檢測本系統(tǒng)IDNC和IDY/IDD計算的等效電流,當IDNC與等效電流的差值絕對值大于0.05p.u.(250A)時,延時100ms產(chǎn)生嚴重故障并切換系統(tǒng)。直流電流測量故障判別邏輯如圖7所示。
圖7 優(yōu)化后直流電流測量故障邏輯
3.2 仿真
模擬雁淮直流在雙極大地回線、雙極功率控制模式下,極1極控A系統(tǒng)為從系統(tǒng),B系統(tǒng)為主系統(tǒng)。
A系統(tǒng)模擬IDNC異常變大,此時A系統(tǒng)預(yù)期應(yīng)按照3.1節(jié)2)邏輯執(zhí)行,A系統(tǒng)報嚴重故障,動作結(jié)果如圖8所示。圖8波形中第一個錄波量為IDNC異常變大,第二個錄波量是系統(tǒng)直流電壓維持在800kV,第三個錄波量為極控A系統(tǒng)從系統(tǒng)狀態(tài)未發(fā)生系統(tǒng)切換。
圖8 極1極控系統(tǒng)A錄波
B系統(tǒng)預(yù)期應(yīng)按照3.1節(jié)1)邏輯執(zhí)行,B系統(tǒng)只報告警,動作結(jié)果如圖9所示。圖9波形中第一個錄波量為IDNC無明顯變化,第二個錄波量是系統(tǒng)直流電壓維持在800kV,第三個錄波量為極控B系統(tǒng)主系統(tǒng)狀態(tài)未發(fā)生系統(tǒng)切換。
圖9 極1極控系統(tǒng)B錄波
綜合分析圖8和圖9的故障錄波波形,仿真試驗結(jié)果如下:
1)極1極控B系統(tǒng)上報“直流CT斷線”、“直流電流測量故障”事件。
2)極1極控A系統(tǒng)嚴重故障。
3)極1極控B系統(tǒng)未發(fā)生切換,維持主用系統(tǒng)正常運行。
4)直流維持運行。
試驗結(jié)果符合優(yōu)化后的邏輯,較好地解決了在IDNC信號異常時直流系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行問題。
對特高壓直流輸電工程傳統(tǒng)IDNC直流量在不同工況下的處理邏輯進行了分析,結(jié)合雁淮直流工 程雁門關(guān)換流站一次IDNC電子單元故障導(dǎo)致系統(tǒng)多次主從切換及功率損失的情況,深入分析其成因,排查其隱患,并結(jié)合實際,提出切實可行的邏輯優(yōu)化方案,解決了關(guān)于IDNC異常變化對直流功率輸送的影響,并已經(jīng)推廣到目前國內(nèi)多條在運直流特高壓工程,取得了良好的社會經(jīng)濟效益。
本文編自2021年第3期《電氣技術(shù)》,論文標題為“特高壓直流輸電中性母線直流電流異常后邏輯判斷優(yōu)化的研究”,作者為張青偉、吳金波 等。