800kv特高压直流输电系统阀组区测量点配置优化方案

800kv特高压直流输电系统阀组区测量点配置优化方案

0特高压直流输电保护系统的特点除了具有高压直流设计的所有特点外，还具有容量大、长度长、能耗低、用地少等优点，在实际项目中得到了广泛应用。与特高压交流输电相比,特高压直流输电具有送电距离越长越经济、无操作过电压、空间走廊小等特点。±800kV特高压直流输电保护系统是整个工程中的一个重要系统。与常规±500kV高压直流输电保护系统相比,它有一些特殊的地方。最大限度的输送功率(包括故障情况下)是特高压直流输电系统设计考虑的重要因素,保护系统必须与之相配合±800kV特高压直流输电系统测量点的配置直接决定其保护系统的性能,以及区分故障、隔离故障的能力。本文将在这方面进行深入探讨,重点分析与常规±500kV高压直流输电系统的不同之处。1阀组各测量点的测量量图1是典型的±800kV双阀组串联结构特高压直流输电单线图(仅含单极),图中包含典型测量点的配置。从图1可见,与常规±500kV高压直流输电系统相比,每极各多出一组换流变和串联阀。相应测量点多出一组交流电压(Uac)、阀星侧电流(IVY)、阀角侧电流(IVD)、阀高压侧(或称极母线阀侧)直流(IDP)、阀低压侧(或称中性线阀侧)直流(IDNC);还有阀组连接线电压(UDM)。增加的开关有:阀组旁通断路器(VBPB),阀组旁通刀闸(VBPS),阀组隔离刀闸。对各测量量的命名如下,高压阀组命名为IVYH,IVDH,IDP,IDMC,VBPBH,VBPSH;低压阀组命名为IVYL,IVDL,IDMP,IDNC,VBPBL,VBPSL。图1测量点配置虽然不是最佳,但是可以基本满足各种极保护原理的实现。2为阀组范围内的测量点配置优化考察双阀组直流场区,参见图2。2.1差动保护1)阀组连接线差动保护:原理是计算差流|IDMC-IDMP|,与定值比较。该保护动作后的处理策略是:两阀组均闭锁等。图2中F1点接地故障,如果高压阀组成功隔离(断开阀组隔离刀闸VIS1和VIS2),合上高压阀组旁通刀闸(VBPSH)后,低压阀组仍然可以输送功率。2)极母线差动保护:原理是计算差流(|IDL-IDP|或高压阀组退出时|IDL-IDMP丨),与定值比较。其动作后的处理策略同上述第1种情况。对于图2中F3点接地故障,低压阀组也有继续输送功率的可能。3)中性线差动保护:原理是计算差流(|IDNC-IDNE丨或低压阀组退出时|IDMC-IDNE|),与定值比较。其动作后的处理策略同上述第1种情况。对于图2中F4点接地故障,如果低压阀组成功隔离(断开阀组隔离刀闸VIS3和VIS4),合上低压阀组旁通刀闸(VBPSL)后,高压阀组仍然可以输送功率。可见,上述3种情况中差动保护动作后,两阀组均闭锁不是最优方案。4)阀组旁通断路器保护:原理是计算流过阀组旁通断路器电流(高压阀组|IDL-IDP|,低压阀组|IDNC-IDNE|);当阀组旁通断路器命令发出分命令后,或阀组旁通断路器处于分位置,阀组旁通断路器电流大于定值,延时重合阀组旁通断路器。具体算法还加有电压辅助判据、隔离刀闸和阀组旁通刀闸位置。此保护的动作延时约150ms。直流场有一个后备保护,称为直流场差动保护。其工作原理是计算差流(|IDL-IDNE|),与定值进行比较。动作延时一般200ms左右。直流场接地故障,如图2中F3点或F4点等,阀组旁通断路器保护会先于直流场差动保护动作,动作后重合阀组旁通断路器不是很好的选择。尽管直流场差动保护动作之前有众多主保护动作,但是从设计上看,不是最优方案。加入电压辅助判据的阀组旁通断路器保护可以将类似图2中F4点的故障排除在外;也就是说,这类故障阀组旁通断路器保护不会动作。5)单阀组开路试验:当单阀组故障检修后,投入运行之前一般进行开路试验,以检验阀组是否具备运行要求。常规情况下,此时另一阀组正在运行。比如,图2中高压阀组检修后欲进行开路试验,此时阀组隔离刀闸VISI和VIS2处于分位置。从图2中可见,被隔离的阀组区没有电压测量点,无法进行开路试验。2.9保护动作的情况双阀组直流场区测量点配置优化方案见图3。增加4个电流测量点(IDBH,IDNH,IDBL,IDNL)、1个电压测量点,并调整电压测量点位置(UDMC,UDMP)。旁通刀闸(VBPSH,VBPSL)换成旁通断路器(VBPBH2,VBPBL2),目的是加快旁通合闸时间。1)阀组连接线差动保护:共3个差动保护。原理是计算差流1(|IDMC—IDNH|)、差流2(|IDNH—IDBL|)和差流3(|IDBL—IDMP|),分别与定值比较。图3中F1点接地故障,将由差流1保护动作。差流1或差流3保护动作的处理策略是闭锁及隔离故障阀组,同时发出非故障阀组最小熄弧角运行命令,合故障阀组旁通断路器(VBPBH2);然后撤除最小熄弧角运行命令,非故障阀组重启运行。可见,图3中F1点接地故障,保护动作处理后,低压阀组继续运行。差流2保护动作处理策略是闭锁全部阀组等。2)极母线差动保护:共2个差动保护。原理是计算差流1(|IDp—IDBH|)和差流2(|IDBH—IDL),分别与定值比较。差流1保护动作的处理策略与阀组连接线差动保护差流1或差流3相同;差流2保护动作的处理策略与阀组连接线差动保护差流2相同。显然,图3中F3点接地故障,差流1保护动作处理后,低压阀组继续运行。3)中性线差动保护:共2个差动保护。与极母线差动保护类似,不再重述。非故障阀组继续运行。4)阀组旁通断路器保护:原理除了计算流过阀组旁通断路器电流有所不同外,其他相同。计算流过阀组旁通断路器电流是高压阀组|IDMC—IDNH|和低压阀组|IDNC-IDNL|。加入电压辅助判据,该保护几乎不会误动。分析如下:以高压阀组为例,图3中F3点接地故障(或其他极母线区),没有计算的旁通断路器电流,可以通俗地认为这是区外故障,不会误动;图3中Fi点接地故障(区内故障),有计算的旁通断路器电流,但是电压辅助判据不满足(|UDL—UDMC|小于定值),也不会误动。惟一可能误动的故障是阀组极线间短路,即短路旁通断路器。这时,重合旁通断路器并不可怕。当然,这一故障有很多快速差动原理保护先于阀组旁通断路器保护动作。5)单阀组开路试验:很明显,由于阀组隔离后,有电压测量点,可以进行开路试验。不受另一阀组是否运行的影响。图4为另一种电压测量点配置。从图4中可见,UDMC移到高压阀组的高压侧(极母线)。与图3配置的区别在于,图4配置除了可以检测400kV绝缘以外,还可以检测800kV绝缘,图3的配置只能检测400kV绝缘。具体做法是,低压阀组正常运行,高压阀组低压侧不合接地刀闸,合阀组隔离刀闸VIS2,保持阀组隔离刀闸VIS1分位置,进行开路试验。此时如果高压阀组有接地等故障,可能导致低压阀组停运。比较可行的实施方法是,在图4配置下,先进行400kV开路试验(高压阀组低压侧合上接地刀闸),然后进行800kV开路试验(高压阀组低压侧不合接地刀闸)。如果在图3基础上去掉2个测量点IDBH和IDBL,牺牲的仅仅是图3中F3点接地故障(低压阀组类似位置,高压极引线(母线))会造成全阀组停运。其他和以上分析相同。3fpsd情况1)以图3整流侧F1点接地故障为例,阀组连接线差动1保护动作,高压阀组闭锁,同时合阀组旁通断路器(VBPBH1和VBPBH2),分阀组隔离刀闸(VIS1和VIS2),并且发低压阀组最小熄弧角运行(持续时间约100ms)命令。可以预计,高/低压阀组执行闭锁/最小熄弧角运行操作约10ms,合上阀组旁通断路器1和2约50ms。这期间以及至低压阀组最小熄弧角运行结束,设备和线路释放能量。阀组旁通断路器和阀组隔离刀闸等只有放电电流。假设阀组连接线差动1保护动作后100ms以内,已经成功分开高压阀组隔离刀闸(当然远没有到位),则低压阀组最小熄弧角运行结束后,低压阀组重启运行。假设阀组连接线差动1保护动作后100ms以内,没有分开高压阀组隔离刀闸;低压阀组重启运行后,运行电流将通过VBPBH1+VIS1+VIS2和VBPBH2组成的并联回路(注意几乎是导线组成的并联回路),最恶劣的情况是F1点接地故障仍然存在。这种情况下能否成功分开高压阀组隔离刀闸是下一步的关键。如果F1点接地故障不存在,当高压阀组隔离刀闸执行分闸命令时,分闸过程中,隔离刀闸电阻稍大,电流几乎全部从VBPBH2回路流过。从理论上看,这种情况下可以成功分开高压阀组隔离刀闸。如果F1点接地故障存在,以下4种方案可供选择:①增加非故障阀组最小熄弧角运行时间(不宜超过500ms),使非故障阀组重启之前故障阀组已经成功被隔离的可能性大大增加;②这种情况下,极母线差动保护等其他相关保护延时定值延长(较短时间内有效,然后恢复原延时定值),以免极母线差动等其他相关保护动作;③从理论上看,也可以成功分开高压阀组隔离刀闸,这点有待于实践验证;④阀组隔离刀闸(VIS1～VIS4)均串联断路器,由断路器断弧,完成隔离。2)以图3逆变侧F3点接地故障为例(最恶劣情况是站间通信故障),极母线差动1保护动作,以下故障处理与上述第1种情况中描述相同。不同的是,这期间以及至低压阀组最小熄弧角运行结束,一直有整流侧运行电流通过接地故障点。控制系统会进入VDCOL运行,常规电流不到0.4倍额定电流。并联回路与上述第1种情况叙述相同。从理论上看,这种情况下也可以成功分开高压阀组隔离刀闸。这点有待于实践验证。3)站间通信正常情况下,逆变侧单阀组故障(如F3点接地故障等),保护动作后,给整流站发逆变侧单阀组故障信息;整流站收到该信息后,闭锁一个阀组(含闭锁、隔离、旁通),最小熄弧角运行另一个阀组(持续时间约80ms～100ms)。站间通信时间约50ms,总共功率停运约130ms～150ms。这段时间有利于逆变侧故障阀组完成隔离。4)如果阀组旁通断路器2