2020年3月30日16:33，新東直流線路發(fā)生故障，導(dǎo)致雙極四閥組同時(shí)閉鎖。新東直流自調(diào)試階段至今，首次發(fā)生雙極四閥組同時(shí)閉鎖事故，此次事故與以往直流線路故障重起相比，電壓等級(jí)高、閉鎖閥組多。本次事故為連續(xù)2次相繼故障，整流站極2保護(hù)動(dòng)作，逆變站極1保護(hù)動(dòng)作，且保護(hù)動(dòng)作一致。本文以新松站為主，重點(diǎn)結(jié)合故障時(shí)TFR波形和控保程序邏輯對本次事故過程及原因進(jìn)行分析。

1 故障發(fā)生經(jīng)過

故障時(shí)，新東直流雙極四閥組大地回線運(yùn)行方式的輸送功率為1200MW。新松站主要順序事件記錄（sequence event record, SER）如下：

• 16:33:45:868，極2極保護(hù)A、B、C三套直流線路電壓突變量保護(hù)（27DUDT）動(dòng)作，極2極控A、B兩套直流線路電壓突變量保護(hù)（27DUDT）動(dòng)作。
• 16:33:45:873，極2進(jìn)行第一次降壓重起。
• 16:33:46:444，極1極控A、B兩套，收到對站線路保護(hù)動(dòng)作命令。
• 16:33:46:449，極1進(jìn)行第一次降壓重起。
• 16:33:46:456，直流站控A、B兩套，雙極直流協(xié)調(diào)控制命令極1、極2直流線路起動(dòng)邏輯跳閘。
• 16:35:09:016，雙極四閥組在備用狀態(tài)，雙極在極隔離狀態(tài)。

2 本次事故相關(guān)的直流線路保護(hù)原理介紹

2.1 直流線路故障重起過程

在直流線路保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測到直流線路發(fā)生故障且相關(guān)判據(jù)滿足后，立即發(fā)信號(hào)至極控系統(tǒng)，由極控系統(tǒng)將整流器的觸發(fā)角快速調(diào)整到120°～160°，整流器變?yōu)槟孀兤鬟\(yùn)行。

在兩端換流站均為逆變器運(yùn)行的情況下，存儲(chǔ)在直流線路內(nèi)的電磁能量迅速轉(zhuǎn)移到兩端交流系統(tǒng)，直流電流在10～40ms內(nèi)降到零。再經(jīng)過預(yù)先整定的100～600ms的去游離時(shí)間后，整流站按控制邏輯自動(dòng)減小觸發(fā)角，使其運(yùn)行到整流狀態(tài)，并快速將直流功率調(diào)整到故障前的運(yùn)行水平。

若直流電壓恢復(fù)正常值之前再次發(fā)生故障，則可以進(jìn)行第二次故障再起動(dòng)，一般其去游離時(shí)間較第一次長，以便更好地恢復(fù)絕緣水平；若第二次重起仍未成功，則可以進(jìn)行第三、四次重起；若原壓重起未成功，則可分別按80%和70%額定電壓重起；若均未成功，則可認(rèn)為故障是持續(xù)性的，將直流系統(tǒng)停運(yùn)。直流線路重起定值（XS-HVDC- 2019-1101）見表1。

表1 直流線路重起定值

新東直流線路故障重起只投入了一次降壓80%p.u.，去游離時(shí)間為500ms。

2.2 直流線路電壓突變量保護(hù)（公式略）

當(dāng)直流線路發(fā)生故障時(shí)，會(huì)造成直流電壓的快速下降。故障類型和位置不同，電壓下降的速度也不同。通過對電壓下降的速度進(jìn)行比對，可以監(jiān)測出直流線路上的故障。

2.3 直流線路行波保護(hù)

當(dāng)直流線路發(fā)生故障時(shí)，從故障電流的特性方面來看，可將短路故障分為行波、暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)3個(gè)階段。故障后，沿線電磁場所存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)化成故障電流及電壓行波。其中電流行波幅值是由線路波阻抗和故障前瞬間故障點(diǎn)的直流電壓值所決定的。線路對地故障點(diǎn)短路電流為兩側(cè)流向故障點(diǎn)的行波電流之和。直流線路行波保護(hù)通過監(jiān)測故障瞬間電流、電壓行波的特性來判斷線路的故障。

3 事故過程分析

3.1 故障錄波概況

本次事故整個(gè)事件錄波概覽圖如圖1所示。

3.2 故障過程分析

1）第1次故障新松站保護(hù)動(dòng)作情況分析

新松站極2、3套極保護(hù)直流線路電壓突變量保護(hù)動(dòng)作，執(zhí)行故障重起指令。

圖1 整個(gè)事件錄波概覽圖

表2 突變量定值

以A套為例，其故障錄波圖如圖2所示。

圖2 極2極保護(hù)A套錄波1（突變量保護(hù)）

A套突變量保護(hù)正確，動(dòng)作。B、C套分析類似，保護(hù)均正確，動(dòng)作。

新松站極2三套極保護(hù)直流線路行波保護(hù)正確，不動(dòng)作。

行波保護(hù)定值：零模突變定值（Com_dt_set）為580kV/ms，線模幅值定值（Dif_int_set）為450kV，零模幅值定值（Com_int_set）為550kV。

由圖3故障錄波圖可見，故障時(shí)線模行波幅值變化較緩，幅值亦較小（最大396.839kV＜定值450kV），故線模幅值不能滿足定值條件，其對應(yīng)的數(shù)字量DIF_W_AMP_FUL亦保持為0，此時(shí)雖然線模行波與零模突變量均滿足定值，但由于線模幅值不滿足的原因，其主判據(jù)WAVE_FUL始終為0（表示行波不滿足定值條件），行波保護(hù)正確，不動(dòng)作。B、C套分析類似，保護(hù)均正確，不動(dòng)作。

圖3 極2極保護(hù)A套錄波1（行波保護(hù)）

2）第2次故障新松站保護(hù)動(dòng)作情況分析

東方站極1極保護(hù)動(dòng)作，新松站雙極極保護(hù)均不動(dòng)作。

極1突變量保護(hù)不動(dòng)作。極1未經(jīng)歷第1次故障，以A套為例，其故障錄波圖如圖4所示。雖然突變量和低電壓條件均滿足，但由于故障后電壓波動(dòng)劇烈，波動(dòng)幅值亦較大，故UDL不能持續(xù)保持低于480kV達(dá)4ms（此判據(jù)目的在于防止雙極耦合引起非故障極誤動(dòng)），例如第一次波動(dòng)持續(xù)時(shí)間為1.98ms，故A套保護(hù)正確，不動(dòng)作。B、C套分析類似，保護(hù)均正確，不動(dòng)作。

圖4 極1極保護(hù)A套錄波（突變量保護(hù)）

極2突變量保護(hù)不動(dòng)作。第2次故障發(fā)生時(shí)，極2正在重起，電壓建立到◆340kV，以A套為例，其故障錄波圖如圖5所示。由于第一次故障后輔助判據(jù)DUDT_NEG_FIRST一直為1，會(huì)持續(xù)閉鎖突變量保護(hù)一段時(shí)間，故突變量保護(hù)即使突變量滿足亦不會(huì)動(dòng)作（實(shí)際由于UD_TRIG不開放的原因，突變量條件DUDT_FULL亦不滿足），故A套保護(hù)正確，不動(dòng)作。B、C套分析類似，保護(hù)均正確，不動(dòng)作。

圖5 極2極保護(hù)A套錄波2（突變量保護(hù)）

極1行波保護(hù)不動(dòng)作。極1以A套為例，其故障錄波圖如圖6所示，故障時(shí)零模行波幅值變化較緩，幅值亦較小（最大22kV），故零模幅值不能滿足定值條件，其主判據(jù)WAVE_FUL始終為0（表示行波不滿足定值條件），故A套保護(hù)正確，不動(dòng)作。B、C套分析類似，保護(hù)均正確，不動(dòng)作。

圖6 極1極保護(hù)A套錄波（行波保護(hù)）

極2行波保護(hù)不動(dòng)作。極2也以A套為例，其故障錄波圖如圖7所示，由于故障時(shí)極2正在重起電壓尚未完全建立，故UD_TRIG_PULSE電壓開放條件始終不滿足，其主判據(jù)WAVE_FUL也因此始終為0，行波保護(hù)正確，不動(dòng)作。

圖7 極2極保護(hù)A套錄波2（行波保護(hù)）

3）控制系統(tǒng)動(dòng)作情況分析

新松站雙極協(xié)調(diào)控制邏輯（固化在直流站控系統(tǒng)）如圖8所示。

RL_POLE2_PMT：聯(lián)網(wǎng)下允許雙極同時(shí)重起定值，根據(jù)編號(hào)為XS-HVDC-2019-1101的直流控制系統(tǒng)定值單，故障時(shí)刻定值為0，即聯(lián)網(wǎng)方式下，一極故障再起動(dòng)過程中，發(fā)生另外一極閉鎖或線路故障，直接閉鎖雙極。

RL_SEQ：線路重起過程。

根據(jù)SER，由于在新松站極2線路電壓突變量保護(hù)動(dòng)作后，極2正進(jìn)行線路重起，電壓暫未建立，所以RL_SEQ_P2一直為1，未復(fù)歸。RL_SEQ的復(fù)歸邏輯如圖9所示。

單極雙閥組閉鎖、直流線路重起動(dòng)邏輯跳閘、直流線路重起動(dòng)成功，3個(gè)條件任意滿足一個(gè)即可使RL_SEQ信號(hào)復(fù)歸。極控線路重起成功RL_OK邏輯如圖10所示。

圖8 直流站控雙極協(xié)調(diào)控制邏輯圖

圖9 極控線路重起過程邏輯圖

圖10 極控線路重起成功邏輯圖

經(jīng)過分析，應(yīng)同時(shí)滿足以下條件：（1）任一閥組在解鎖狀態(tài)且不在移相狀態(tài)；（2）直流線路重起動(dòng)邏輯跳閘信號(hào)為0；（3）直流線路重起過程RL_SEQ信號(hào)為1；（4）直流線路電壓UDL按照線路重起定值建立成功（不滿足），如圖11所示。

在極2直流線路重起過程中，極1收到東方站的線路保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，進(jìn)行極1線路重起，因聯(lián)網(wǎng)下允許雙極同時(shí)重起定值為0，導(dǎo)致直流站控發(fā)出雙極閉鎖信號(hào)。

圖11 極2直流線路電壓波形圖

3.3 直接原因分析

根據(jù)以上保護(hù)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)動(dòng)作結(jié)果分析，初始故障時(shí)，極2電壓迅速跌落，導(dǎo)致極1極保護(hù)直流線路電壓突變量保護(hù)動(dòng)作，執(zhí)行極2線路重起。此時(shí)，極1直流線路電壓有所下降。

經(jīng)過0.5s去游離時(shí)間后，極2直流線路電壓開始建立，在極1直流線路電壓建立過程中，極1、極2直流線路電壓再次發(fā)生跌落，東方站極1極保護(hù)直流線路電壓突變量保護(hù)動(dòng)作，雙極同時(shí)執(zhí)行重起命令。在雙極直流協(xié)調(diào)控制的功能的控制下，執(zhí)行雙閉鎖邏輯。

故障發(fā)生時(shí)，線路人員報(bào)告新東直流線0251#- 252#段導(dǎo)線正下方發(fā)生山火，推斷現(xiàn)場可能火勢較大，同時(shí)燃燒至極1、極2直流線路處。因此，新東直流線路正下方發(fā)生山火是導(dǎo)致本次雙極四閥組同時(shí)閉鎖事故的直接原因。

4 結(jié)論

本次事件驗(yàn)證了新東直流線路保護(hù)及雙極直流控制協(xié)調(diào)功能的正確動(dòng)作，這樣的邏輯設(shè)定既保證了直流線路故障再重起消除故障的概率，又避免了大容量直流雙極同時(shí)直流線路故障重起帶給整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)特高壓直流輸電工程提供了參考借鑒。

有證據(jù)表明，山火發(fā)生時(shí)，直流線路閉鎖是火焰電導(dǎo)率、火焰溫度及煙霧、灰燼導(dǎo)致的線地間或線線間絕緣水平急劇下降的結(jié)果。在干旱山區(qū)地帶，特高壓直流輸電線路遭受山火的概率較大,容易導(dǎo)致線路跳閘，甚至發(fā)生直流閉鎖。因此，必須重視山火對輸電線路的危害，加強(qiáng)新技術(shù)在山火監(jiān)測、預(yù)報(bào)等方面的應(yīng)用，從而提高直流系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

以上研究成果發(fā)表在2020年第11期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“一起山火導(dǎo)致特高壓直流雙極四閥組同時(shí)閉鎖事故分析”，作者為彭永來、陳超泉 等。