特高壓直流系統投旁通對與合旁路開關配合策略研究

何園峰，周登波（中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣州，50663）

特高壓直流系統投旁通對與合旁路開關配合策略研究

何園峰1，周登波1
（中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣州，510663）

在傳統直流輸電工程中，投旁通對有著將直流側短路、交流側開路的作用。針對特高壓直流輸電工程雙12脈動閥組串聯的結構，必須考慮到在停運一個閥組時，如何降低對另一閥組的影響。本文利用現場試驗數據，深入研究了同極單閥組閉鎖和緊急停運兩種情況下，兩側換流站如何實現投旁通對和合旁路開關的配合，以及停運閥組和運行閥組的配合，分析這些配合策略是否滿足系統安全穩定運行的需要。

特高壓直流；旁路開關；旁通對；觸發脈沖

旁通對是指三相換流器中連接同一相的一對閥，當兩個閥同時觸發導通時，稱為投入旁通對。旁通對投入時，直流回路直接被短路，其它兩相被閉鎖閥阻斷，直流電流不通過換流變壓器閥側繞組，從而可以快速跳開換流變交流側斷路器。因此，投旁通對具有隔離交直流系統的作用。

本文結合云廣和糯扎渡兩個特高壓直流系統的調試和運行的經驗，對特高壓直流系統同極雙閥組運行時單閥組進行手動閉鎖，以及因為一個閥組嚴重故障對該閥組緊急停運的動作過程進行系統的研究，分析兩側換流站的停運閥組和運行閥組的動作特性和電氣量變化趨勢，比較兩種情況下投旁通對和合旁路開關配合策略的異同，找出配合策略中存在的風險點。

1　同極雙閥組運行時閉鎖單閥組策略

同極兩個閥組運行時，閉鎖第一個閥組的關鍵在于如何將直流電流從閥組轉移到與其并聯的旁路開關。合上旁路開關的前提是閥組兩端的直流電壓降為零，否則閥組端電壓在旁路開關合閘時將旁路開關短路，旁路開關會產生很大的過沖電流。如果僅通過控制觸發角調節閥組兩端電壓到零的方式，則會出現調節緩慢，造成閥組長時間大角度運行，損壞換流閥的同時增加換流器吸收的無功功率，引起交流濾波器的投切。因此特高壓直流系統同極雙閥組運行閉鎖第一個閥組時，需要控制觸發角增大的同時使用投旁通對策略，使閥組兩端電壓快速降低，為旁路開關的順利合閘創造條件。

圖1是極1雙閥組運行時手動閉鎖高端閥組的整流站錄波。由錄波可見，整流站的高端閥組在收到閉鎖命令后，立即投入旁通對并發出合旁路開關的命令。低端閥組保持定電流控制模式，觸發角控制在正常范圍。由于旁路開關需要一段時間才能合閘到位，開始時直流電流流經閥組旁通對，高端閥組直流電壓和換流變壓器閥側電流降為零。旁路開關合閘命令執行約100ms后內部觸頭導通，高端閥組旁通對的直流電流轉移至旁路開關，此時高端閥組雖繼續投入旁通對，流經旁通對的電流為零。再經過150ms后，控制系統檢測到旁路開關合閘到位的信號，高端閥組退出旁通對，并閉鎖換流閥的觸發脈沖。

圖1 手動閉鎖單閥組時整流站的現場錄波

圖2是極1雙閥組運行時手動閉鎖高端閥組的逆變站現場錄波。由錄波可見，逆變站高端閥組在收到閉鎖命令后，延時20ms投入旁通對，換流變壓器閥側電流降低至零，直流電流流經閥組旁通對，直流電壓降低至零。檢測到高端閥組直流電壓小于40kV延時10ms后，發出合旁路開關的命令，合閘命令執行約100ms后旁通對的直流電流轉移至旁路開關。此時高端閥組雖繼續投入旁通對，流經旁通對的直流電流為零。再經過100ms后，控制系統檢測到旁路開關合閘到位的信號，高端閥組退出旁通對功能，并閉鎖換流器的觸發脈沖。

對兩側換流站的現場錄波進行分析可知，在同極雙閥組運行時手動閉鎖一個閥組，另一個閥組的保持正常的控制模式，直流電流未發生斷續，高壓母線電壓下降至400kV左右。閉鎖過程兩側換流站大體一致，只是在操作時序上有些差別，逆變站滯后整流站20ms發出投旁通對和合旁路開關命令，但由于逆變站更快收到旁路開關合閘到位信號，逆變站先于整流站閉鎖閥組觸發脈沖和退出投旁通對功能。

2　同極雙閥組運行時緊急停運單閥組策略

直流輸電系統在發生嚴重故障時，由控制保護系統啟動的快速停運稱為緊急停運，緊急停運需要盡快跳開閥組交流開關，使交流系統與直流系統隔離。同極雙閥組運行時，其中一個閥組出現換流閥短路等嚴重故障，除了要求減小閥組兩端的直流電壓，還必須將直流電流迅速降低到零，以最大限度的降低設備損壞的風險。借鑒直流線路故障重啟動的經驗，在對故障閥組投旁通對、合旁路開關和跳換流變開關的同時，還要對另一閥組進行強制移相，將該極的直流電壓和電流快速降低到零，直到故障閥組閉鎖觸發脈沖、旁路開關合閘到位后，恢復另一閥組的正常運行。

雙閥組運行時單閥組故障導致緊急停運。對于故障閥組，一方面升高換流閥觸發角、投入旁通對、發出合旁路開關命令，檢測到旁路開關合閘到位后閉鎖觸發脈沖；另一方面發跳開交流開關的命令至斷路器保護，保證在換流變閥側電流為零的情況下跳開交流開關。對于同極的另一個閥組，將發出一個持續150ms的強制移相命令，整流側換流角觸發角控制在120°~160°，降低流過故障閥組旁通對的電流，待故障閥組已完成緊急停運后再進行重啟。

圖3是極1雙閥組運行時高端閥組發生故障，保護系統緊急停運該閥組的整流站錄波。由錄波可知，高端閥組在檢測到發生故障后，一方面本閥組投入旁通對、發合旁路開關命令，使換流變閥側電流為零，然后跳開交流開關；另一方面，對低端閥組進行強制移相，低端閥組的觸發角升高到90°以上，使極1電壓和電流都降低到零。低端閥組的強制移相使得高端閥組即使投入旁通對，也不流過直流電流，這就為高端閥組內部故障的快速隔離創造條件，避免了事故范圍的擴大。在強制移相持續150ms后，極1低端閥組進行重啟動，極1電壓和電流重新建立，此時高端閥組旁路開關已合閘到位，極1電流流經旁路開關。高端閥組檢測到旁路開關合閘到位的信號后，退出旁通對功能，并閉鎖換流閥的觸發脈沖。

圖2　手動閉鎖單閥組時逆變站的現場錄波

圖3　閥組保護啟動單閥組ESOF時整流站的現場錄波

在極1雙閥組運行時高端閥組發生故障緊急停運，逆變站的動作策略與整流站大致相似，只存在以下差別：一是考慮兩站之間通信延時，逆變站在接到命令延遲10ms后執行單閥組緊急停運；二是在整流站低端閥組強制移相期間，逆變站低端閥組為定

電流控制模式，觸發角限制在120°，待整流側強制移相結束恢復定電壓控制；三是若故障在整流側，逆變站不需跳開換流變交流開關，反之亦然。

3　結論

本文結合理論分析和現場實驗數據，詳細分析了特高壓直流輸電系統同極雙閥組運行時，手動閉鎖和緊急停運第一個閥組的控制保護動作情況。通過深入研究待停運閥組投旁通對與合旁路開關的配合策略，結論如下：

1）不論單閥組手動閉鎖還是故障緊急停運，都是同時下發投旁通對和合旁路開關命令。由于旁路開關合閘操作需要時間，另一閥組的電流先是通過旁通對，開關合閘到位后再轉移至旁路開關。這樣即能降低閥組直流電壓便于合旁路開關，又能降低換流變閥側電流為閉鎖觸發脈沖和跳開交流開關創造條件。

2）手動閉鎖單閥組時，另一閥組保持正常的控制模式，在旁路開關合閘到位以前，待閉鎖閥組旁通對的電流未發生斷續；單閥組故障緊急停運，另一閥組的整流側進行強制移相，故障閥組旁通對的電流快速降低為零，為隔離故障閥組創造條件。

3）投旁通對時兩側的動作時序有差異。逆變站收到單閥組閉鎖命令延時10ms，再發投旁通對和合旁路開關命令。由于逆變站更快收到旁路開關合閘到位信號，逆變站比整流站更早退出旁通對和閉鎖觸發脈沖。

［1］ 張堯，房宣合，胡烈良， 等.特高壓直流輸電系統閥組投退策略［J］. 電力系統保護與控制， 2010，38（14）：1 4.

［2］ 陳錫磊，田杰，黃志嶺，等.HVDC緊急停運時投旁通對策略對中性母線避雷器的影響［J］.華東電力， 2010，38（9）：1 4.

The Coordination between Initiating Bypass Pairs and Closing Bypass Breaker in ±800 kV Transmission Project

He Yuanfeng1，Zhou Dengbo1
（Guangzhou Bureau， CSG EHV Power Transmission Company，Guangzhou，510405，China）

The initiating bypass pairs can help to isolate fault by bypassing DC side and blocking the AC side.The UHVDC transmission project inherits the traditional use of the method.What’s more， we must keep the other group working when group protection initiates only one group ESOF.Two aspects are analyzed with controlling logics and testing data of the transmission project，including execution bypass pairs，tendency of currency as well as voltage.We will see how initiating bypass pairs and opening bypass breaker coordinate，and the fault group and the other group coordinate. Then research if the coordinating methods can keep the UHVDV system safe and stable.

UHVDC；bypass breaker；bypass pairs；firing pulse