一起直流功率異常波動事件分析

姚言超，周登波，嚴海健，凡朋

（南方電網超高壓輸電公司廣州局， 廣州 510000）

0 前言

某±800 kV直流輸電工程全長1 413 km，額定輸送容量5 GW[1]。因單一送電規模過大[2]，若直流功率發生異常突變，將嚴重威脅受端電網的安全穩定運行。以下對直流發生的一起低壓限流功能誤動引起的功率異常突變事件進行了分析，并給出優化措施。

1 直流低壓限流功能簡介

高壓直流輸電系統的逆變器發生諸如 換相失敗等故障時,將造成直流電壓的下 降和直流電流的上升[3]，使直流系統運行條件更加惡劣。為解決該情況，直流系統一般配置低壓限流功能，當直流電壓低于某一定值時，自動按照預設定曲線降低直流電流；當直流電流高壓恢復后，按照曲線恢復相應電流。文獻[4]梳理了低壓限流的主要作用：可以避免逆變器長期換相失??；減少交流系統內干擾對系統影響；交流系統故障切除后，快速恢復直流系統。

直流系統的低壓限流功能由極控系統實現。極控系統分別采集直流電壓實際值（直流線路故障和直流閉鎖期間，直流電壓實際值直接置零）和計算出的直流電壓參考值，將兩者的比值作為直流電壓的輸入變量。隨后，根據普僑直流低壓限流曲線計算出低壓限流參考值。低壓限流計算值與當前直流電流進行比較，若低壓限流計算值較小，則采用低壓限流計算值作為有效的電流參考值；反之，則采用當前電流作為有效的電流參考值。為滿足電流裕度保護方式，逆變站和整流站采用不同的低壓電流特性曲線。直流逆變站低壓限流特性曲線如圖1所示。

2 故障過程分析

2.1 故障過程簡述

15:27，極二高端閥組主系統-控制系統2報故障錄波總線故障、系統2與系統1 LAN網通信故障、現場總線故障；極2高端閥組組控系統1故障（主、備用系統LAN故障后閉鎖主備用系統的切換，同時會導致備用系統機架故障，備用系統不可用）。

2.2 觸發脈沖未閉鎖原因分析

相比常規500 kV高壓直流工程，特高壓直流每個極由兩個閥組組成，同時為了保證一個閥組在停運，另外一個閥組可以在解鎖狀態，每個閥組均配置了旁路開關和旁路刀閘。當兩個閥組在解鎖狀態，手動閉鎖其中一個閥組，預閉鎖閥組的旁路開關會自動合上，組控系統收到現場總線上送的旁路開關合位信號后，將把觸發脈沖閉鎖。本次事件，手動閉鎖高端閥組后，旁路開關自動合上，但主用系統-組控系統2現場總線故障，導致旁路開關合位信號無法正常上送，引起觸發脈沖長期使能。

圖1 逆變站低壓限流特性圖

2.3 直流功率波動原因分析

直流功率波動時錄波，如圖2和圖3所示。從錄波圖可以看出，功率突降時刻，低壓限流功能激活；功率突升時刻，低壓限流功能退出，因此，本次直流功率波動和低壓限流功能存在因果關系。

圖2 功率下降時刻波形

圖3 功率上升時刻波形

按上述分析結論，對低壓限流功能邏輯進行梳理。直流電壓參考值和實際值在極控計算中均是按照標幺值進行表示，基準值為800 kV。為了簡化直流參考電壓計算，直流電壓參考值在單閥組和雙閥組額定電壓運行條件下，其標幺值均為1，數值均為800 kV,即單閥組運行時標幺值擴大兩倍。由于單閥組和雙閥組運行時，電壓量程不同，為適應參考電壓值的定義，直流電壓實際值在單閥組和雙閥組運行時計算也相應不同。單閥組運行時，其實際電壓標幺計算后，再乘于2，為最終的實際電壓標幺值；雙閥組運行時，實際電壓標幺計算后，再乘于1，為最終的實際電壓標幺值。判斷雙閥組運行的條件為兩個閥組的觸發脈沖同時使能、極控系統未下發閥組緊急停運信號和兩個閥組組控系統沒有上送組控系統緊急停運信號；上述條件任意一個不滿足，則判斷為單閥組運行。

手動閉鎖極2高端閥組，直流極2直流電壓由800 kV降至400 kV，但由于極2高端閥組觸發脈沖仍然使能，極控系統認為系統仍然為雙閥組運行狀態，直流電壓比值達到低壓限流啟動定值，低電壓電流功能啟動，極2直流電流限流，直流功率由1 250 MW突降至408 MW。極二高端閥組控制系統2報機架故障，兩套組控系統均不可用，導致組控緊急停運，并將緊急停運信號通過控制總線上送到極控系統。極控系統收到信號后，判斷系統為單閥組運行狀態，直流電壓比值低于低壓限流定值，低壓限流功能退出，直流電流恢復正常，直流功率由408 MW突升至1 250 MW。

3 改進措施

3.1 存在問題

由以上分析可知，本次直流功率異常波動根本原因為，旁路開關位置信號上送異常引起的低壓限流功能誤動。由于旁路開關位置信號涉及到兩個閥組在解鎖狀態、閉鎖其中一個閥組情況下的觸發脈沖閉鎖邏輯，其對直流可靠運行相當關鍵。然而，閥組控制系統觸發脈沖閉鎖邏輯僅采用現場總線上送的旁路開關位置信號，信號采用單一。若信號上送回路異常，將嚴重影響直流系統穩定運行。

3.2 改進措施

近期措施：若閥組控制系統發生類似故障時，及時申請將直流功率降低到最低值或將相應極閉鎖，避免出現類似事件。

遠期措施：普僑特高壓直流工程在第二個閥組解鎖時觸發脈沖解鎖也需要與閥組旁路開關位置信號配合，其分別采用旁路開關位置檢測單元和現場總線上送的旁路開關位置信號[5-6]，實現旁路開關位置信號冗余配置。因此，在兩個閥組在解鎖狀態、閉鎖其中一個閥組的情況，旁路開關位置信號采集，可以增加采集旁路開關位置檢測單元上送的信號。該方法只需進行軟件升級，改動比較容易實現。

4 結束語

相比常規500 kV高壓直流工程，特高壓直流工程控制保護邏輯更復雜。在涉及到兩個閥組在解鎖狀態、閉鎖其中一個閥組情況下，旁路開關位置信號參與觸發脈沖閉鎖邏輯。若旁路開關信號無法正常上送，可能導致閥組觸發脈沖無法閉鎖，引起低壓限流功能誤動，最終導致直流功率波動。