向上±800kV特高压直流输电工程的直流保护闭锁策略.pdf
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1、第3 9 卷第9 期电力系统保护与控制v 0 1 3 9N o 9 2 0 1 1 年5 月lL |P o w e rS y s t e mP r o t e c t i o na n dC o n t r o l M a y1 2 0 l l 向上8 0 0k V 特高压直流输电工程的直流保护闭锁策略 霍鹏飞1 ,王国功2 ,刘敏1 ,张培珍1 ,邹卓霖1 ( 1 许继电气直流输电系统部,河南许昌4 6 10 0 0 ;2 宁夏固原供电局,宁夏固原7 5 6 0 0 0 ) 摘要:就向家坝至上海8 0 0k V 特高压直流工程直流保护功能中的阀闭锁策略做了全面说明和总结。在检测到相关故障的
2、情况下,为了获得更平滑快速或者更安全的停运效果,需要尽快的切除并隔离换流单元,防止故障的进一步扩大,以减轻对 设备扣电网的冲击。工程中现场试验模拟了各种故障情况,通过移相、暂停、闭锁等手段有效地保护了换流阀等一次设备。 根据故障清除动作的不同组合和不同延时,可以把直流保护闭锁分成四种不同的闲锁类型。 关键词:特高压直流输电;换流阀;保护闭锁;触发脉冲;旁通对 T h eD Cp r o t e c t i o nb l o c ks t r a t e g yi nX i a n 翻i a b a S h a n g h a i 8 0 0k VU H V D Ct r a n s m i s
3、 s i o np r o j e c t H u o P e n 哥f e i l ,w A N GG u o g o n 孑,L I uM i n l ,z H A N GP e i z h e n l ,z o uz h u o 1 i n l ( 1 D e p a n m e n to f H V D C ,X JC o L t d ,X u c h 肌g4 6 1 0 0 0 ,C h i n a ;2 N i n 群i aG u y 啪P o w e r S u p p l yB u r e a u ,G u y u 锄7 5 6 0 0 0 ,C h i n a ) A b s
4、 t 住c t :1 1 1 i sp a p e rc o m p r e h e n s i v e l yi n t r o d u c e sa n ds u m m a r i z e st h ec o n v e n e rv a l v eb l o c ks t r a t e 科o ft h eD Cp r o t e c t i o nb a S e do n x i a n 自i a b a S h a n 曲a i 士8 0 0k VU H V D Cp r o j e c t I no r d e rt oo b t a i nm o r es m o o t ha
5、 n df 细o rm o r es e c u r es t o pe 脆c tw h e nr e l e v a n tf a u l t t l a sb e e nd c t e c t e d ,t h ec o n v e n e rn e e dt ob er e m o v e da T l di s o l a t e da ss o o na sp o s s i b l et op r e v e n tt h e 鼬广c h e r b r e a l ( d o w n 锄dr e d u c et h e i m p a c to nt h ed e v i c
6、ea n dp o w e r 鲈i d I nt h i sp m ;e c t ,t h ed i f 俺r e n tf a u l tc o n d i t i o n sa r et e s t e da n ds i m u l a t e do ns 沁,t h e 嘶m a r yd e v i c e i se a e c t i V e l yp r o t e c t e dt h r o u 曲p h a s e s h i R ,t e m p o r a 巧s t o p ,b l o c k ,e t c A c c o r d i n gt ot h ed i
7、f 诧r e n tc o m b i n a t i o n s 卸dd e l a yo ft h e s e f a u l tc l e a r i n ga c t i o T l s ,t h eD Cp m t e c t i o nb l o c ka r ed i v i d e di n t of o u rc a t e 2 0 r i e s K e yw o r d s ; u l t r aH V D Ct s m i s s j o n ;c o n v e n e rv a l v e : p r o t e c t i o nb l o c k :f i r
8、i n gp u l s e ;b y p a s sp a i r 中图分类号: T M 7 2 1 1 文献标识码:B文章编号: 1 6 7 4 3 4 1 5 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 1 3 7 - 0 3 0 概述 1直流保护闭锁策略 换流阀是特高压直流输电工程中的首要组成部 分,它承担着上百千伏级的高压交、直流转换功能, 其快速可控性能对直流输电的启动和停运进行快速 操作。而如何保证换流阀的安全运行更是直流保护 系统中的核心部分,能够在设备故障或者异常1 二况 下有选择性地快速切除系统中的短路或不正常运行 设备,以防止造成更大面积的故障和事故【1 1 。直流 控制保护系统
9、会根据不同的保护产生不同的动作后 果,这些动作主要包括:换流阀移相、换流阀 O R D E RD o w N 、换流阀闭锁、功率回降、投旁通 对、合旁通开关、交流断路器跳闸、启动断路器失 灵保护、闭锁交流断路器、极隔离、重合转换开关、 合上中性母线接地刀闸【2 】等。本文主要就直流保护 动作中的换流阀闭锁动作进行说明,阐述不同闭锁 类型的条件和动作特征。 闭锁就是指移除换流阀的触发脉冲,触发脉冲 移除后,电流一旦为零,阀组就会自动关断。闭锁 的主要日的是取消触发脉冲,使换流阀处于关断状 态。为了实现或快速、或平滑的停运目的,除了移 除触发脉冲外,针对不同的故障类型,在移除触发 脉冲前还需要进行
10、投旁通对( 同一六脉冲阀组内连 接到同一交流相的两个相对的阀,可以为直流侧电 流提供一个电流通路) ,移相等操作,不同的动作组 合就形成了不同的闭锁类型【3 】。根据换流阀闭锁的 时候是否投旁通对,可以把特高压直流保护闭锁分 为四种,在这里我们定义为X 、Y 、Z 、S 闭锁。 X 闭锁不投旁通对闭锁; Y 闭锁条件闭锁: Z 闭锁投旁通对闭锁; s 闭锁特殊条件闭锁。 与常规直流不同,在特高压工程中,所有的闭 万方数据 1 3 8 电力系统保护与控羽 锁都是针对阀组的,不是针对极的。如果要闭锁一 个极,极控主机会同时发闭锁命令至阀组层,同时 闭锁两个阀组。需要注意保护动作后,整流站和逆 变站
11、执行的闭锁逻辑可能各不相同。例如逆变站执 行了Z 闭锁,整流站并不一定执行Z 闭锁【4 j 。下面 将逐一介绍各种闭锁的动作条件和动作顺序。 1 1X 闭锁 X 闭锁主要针对换流阀短路、单桥持续换相失 败、丢失脉冲等不应该投入或者无法正常投入旁通 对的情况下的阀闭锁。其主要特征是不投入旁通对, 直接移除触发脉冲。值得注意的是对特高压工程, 阀短路保护在整流侧执行X 闭锁,逆变侧执行S 闭 锁。具体S 闭锁见后文。一般情况下,不会发生同 一极两个阀组同时X 闭锁的情况。对于两个串联换 流阀的其中一个的保护性X 闭锁,按下列动作顺序 执行。 1 ) 跳开故障换流阀交流侧进线断路器。 2 ) 给本极
12、的所有换流阀下发移相命令,通过站 间通信要求对站移相。 3 ) 当交流侧进线断路器分开后,合上故障换流 阀的旁通开关B P B 。 4 ) 当旁通开关B P B 合上后,取消本极另一换 流阀组的移相命令,恢复正常阀组运行。 5 ) 在低电流条件下隔离故障换流阀,否则系统 认为故障阀组隔离不成功,停运该极。 完整的X 闭锁可以总结如表l 。 表1 直流保护x 闭锁 T a b 1D Cp m t e c t i o nX - b l o c k 整流站逆变站 无延时,本侧无延时,本侧 移相 所有阀组所有阀组 S E T 口:= 9 0 。 投旁通对 合旁通开关 非极闭锁或最后阀组 闭锁 无延时
13、延时l o o m s 值得注意的是,特高压工程的X 闭锁与常规直 流不同,在常规直流工程中,X 闭锁逆变站投旁通 对、整流站不投。而特高压工程中,两站均不投旁 通对。 1 2Y 闭锁 Y 闭锁是有条件的闭锁,这里的有条件是指当 极闭锁或最后一个阀组闭锁时,判断整流站的直流 电流是否低于定值。如果是,则不投旁通对,直接 移除触发脉冲闭锁。否则将投入旁通对,在直流电 流降低后,再闭锁换流阀。Y 闭锁主要针对不会导 致设备过应力的直流故障以及交流侧故障和手动闭 锁,绝大部分的直流保护动作均执行Y 闭锁。当对 站保护动作后,通信正常的情况下,通常本站也执 行Y 闭锁。 对于两个运行的串联换流阀中的一
14、个保护性Y 闭锁,按以下动作顺序执行。 1 ) 投入旁通对。 2 ) 合旁通开关B P B 。 3 ) 闭锁换流阀。 4 ) 隔离换流阀。 对于极闭锁或者最后一个阀组执行Y 闭锁,按 以下动作顺序执行。 1 ) 整流侧移相,逆变侧不移相。 2 ) 逆变侧投入旁通对;整流侧判断电流是否小 于定值IL O W ,小于就直接闭锁换流阀;大于则投 入旁通对,待电流小于IL O W 后闭锁换流阀。 3 ) 闭锁换流阀。 4 ) 逆变侧合旁通开关,整流侧不合。 5 ) 隔离换流阀。 完整的Y 闭锁可以总结如表2 。 表2 直流保护Y 闭锁 T a b 2D Cp r o t e c t i o nY -
15、b l o c k 整流站逆变站 条若非极闭锁或最后一个阀组, 移相 不移相 件不用移相;若是则移相。 S E Td = 9 0 。 若非极闭锁或最后一个阀组, 投旁通对;若是,先判断电流 条是否小于IL O w ,如果小于此 投旁通对 件值,不投旁通对直接闭锁换流 阀,如果大于此值,则投入旁 通对后闭锁换流阀。 条非极闭锁或最后一个阀组,如 合旁通开关 件果是则不合 延时5 0m s 且电流低( L L 0 w 当旁通 闭锁 开关合 判据为1 ) 上后 投旁通对失 延时 败,执行x 闭 延时1 0 0m s、, l O O 雌 锁 1 3Z 闭锁 z 闭锁总是投入整流阀和逆变阀的旁通对。换
16、流变电气量保护多使用Z 闭锁。旁通开关故障保护 和极直流过压保护等也使用Z 闭锁。 万方数据 霍鹏飞,等向E 8 0 0k V 特高压直流输电工程的直流保护闭锁策略1 3 9 Z 闭锁无论整流站还是逆变站,总是无条件地 合上旁通断路器,而不判断整流站是否是最后一个 发闭锁或是极闭锁。此时如果另外一个极在运行, 电流会同时通过本极直流线路和接地极,形成分流。 但对设备并无影响,且可以通过分开中性母线开关 来切断电流,进行极隔离,因此分流的时间很短。 对于两个串联换流阀中的一个阀组的保护性Z 闭锁,按以下动作顺序执行。 1 ) 投入旁通对 2 ) 合旁通断路器B P B 3 ) 闭锁换流阀 4 )
17、 隔离换流阀 完整的Z 闭锁可以总结如表3 。 表3 直流保护Z 闭锁 T a b 3D Cp r o t e c t i o nZ b l o c k 整流站逆变站 条 若非极闭锁或最后一个 移相阀组。不用移相;若是则 不移相 件 移相。 S E T 口= 9 0 。 投旁通对 、, 含旁通开关 当旁通开 闭锁 当旁通开关合上后 关合上后 投旁通对失 延时 败,执行X 闭 延时I o o m s 1 0 0 m s 锁 1 4S 闭锁 S 闭锁是特高压直流工程新增加的一种闭锁方 式,S 闭锁是在直流差动保护和阀短路电流保护时 使用的。其主要是针对阀过流保护、阀差动保护、 直流极差动保护、极母
18、线差动保护等直流系统站内 接地故障。对于阀短路保护较为特殊,逆变站阀短 路保护采用S 闭锁,整流站阀短路保护采用X 闭锁。 S 闭锁的特殊之处在于整流站会延时3 0m s 闭 锁触发脉冲,此外逆变站在移相前会保持1Om s 的 口= 9 0 0 。 对于整流站故障,S 闭锁按以下动作顺序执行。 1 ) 换流阀紧急移相。 2 ) 在3 0m s 后不投旁通对闭锁换流阀。 3 ) 交流开关由保护动作跳开,但在开关跳开前 要闭锁换流阀。 对逆变站故障,S 闭锁按以下动作顺序执行。 1 ) 将触发角口置为9 0 。 2 ) 延时1 0m s 后移相。 3 ) 投入旁通对。 4 ) 合上旁通开关B P
19、B 。 5 ) 闭锁换流阀。 6 ) 隔离换流阀。 完整的S 闭锁可以总结如表4 。 表4 直流保护s 闭锁 整流站逆变站 延时l O 移相无延时 m S 保持l O S E T 口= 9 0 。, m s 后移 相 投旁通对 条 非极闭锁或最后一个阀 合旁通开关组,合旁通开关。如果是 件 极闭锁则不合 当旁通 延时3 0m s 后闭锁触发脉 闭锁 开关合 冲 上后 投旁通对失 延时 败,执行x 闭 1 0 0 m 3 锁 2 结语 本文以向上8 0 0k V 特高压直流输电工程为 基础,根据两个六脉动串联阀组的接线方式,详细 阐述了特高压直流保护闭锁的分类和动作特征,并 总结了特高压与常规直
20、流保护闭锁的差异之处。 1 ) S 、X 、Z 、Y 闭锁,优先等级依次降低。例 如:当有S 闭锁在执行过程中时,X 、Z 、Y 闭锁均 不执行。 2 ) 对整流站而言,任何一种闭锁,如果是有最 后一个阀组,或者是极闭锁,均会给换流阀下发移 相指令。 3 ) 逆变站闭锁必需合上旁通开关,整流站非极 闭锁或最后一个阀组闭锁会合上旁通开关,否则不 合。但Z 闭锁例外,均需合上旁通开关。 4 ) 如果投旁通对失败,延时1 0 0m s 后执行X 闭锁( 不投旁通对闭锁) 。 目前该工程的保护试验已经完成,已经进入系 统联调的最后阶段,能够按照工期的要求保质保量 投入运行。保护试验证实通过上述四种保护
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