龙政直流闭锁事件分析及降压再启动直流电压偏高抑制

龙政直流闭锁事件分析及降压再启动直流电压偏高抑制

第37卷暋第8期2013年4月25日Vol.37暋No.8

,Ar.252013p

:/DOI10.7500AEPS201208050

龙政直流闭锁事件分析及降压再启动直流电压偏高抑制

雷暋霄,王明新,王华伟,杨暋鹏,李新年

()中国电力科学研究院,北京市100192

摘要:在对2对极栺直011年7月30日龙政直流输电系统双极闭锁事件原因进行分析的基础上,

流线路故障后降压再启动不成功导致闭锁的过程进行了详细研究。根据实际控制保护系统的逻辑,分析发现此问题的根本原因是理想空载直流电压无法快速变化。提出了根据实测数据实时计算整流站和逆变站触发角限值的方法,对电压和电流调节器的输出进行相应优化,以抑制降压再启动过程中的电压偏高问题。对与实际工程一次系统及控制保护程序相一致的仿真模型进行测试,证明了优化逻辑的可行性和有效性。

关键词:直流输电;双极闭锁;降压再启动;控制保护系统

0暋引言

龙政直流输电系统是三峡输电主通道及华中、华东直流联网线路,在跨区输电中发挥着极为重要的作用。2003年6月双极投产,额定容量为

输电线路西起湖北省宜昌市龙泉换流3000MW,

站,东至江苏省常州市政平换流站,途经湖北、安徽、

[灢5]

。控制保护采用江苏3个省,全长860km1

由瑞典A为分层MACH2系统,BB公司设计制造,

分布式控制系统,分为站级和设备级2层。根据控

、制区域的不同,交流滤MACH2系统由极控(PCP)

波器控制(等几套相对独立又相互关联的双重AFP)

6灢8]

。化系统组成[

龙政直流输电系统于2011灢07灢30T15:37:44发生极栻和极栺相继非正常闭锁事件。本文在整理现场运行人员和ABB公司技术人员分析资料的基础上,通过研究故障录波文件和ABB控制保护软件极控层的逻辑,详细分析极栻非正常闭锁及极栺降压再启动不成功的原因,并提出针对控制保护系统相关控制逻辑环节的优化措施,以抑制降压再启动过程中的直流电压偏高现象。

衡运行。图1为极栺和极栻闭锁过程的现场录波图。图中:UdI1为整流站极栺直流电压;d为直流电流;UdI2为逆变站极栻直流电压;d2a和Id2b分别为极栻阀厅低压母线电流和中性母线电流。

Ud1/kV

+#/AU/kVd2

t/s

Id/A

图1暋极栺和极栻闭锁过程的现场录波图Fi.1暋Actualwaverecordinsofpole栺andgg

ole栻blockp

1暋事件过程分析

1.1暋过程描述

事件发生在2011灢07灢30T15:37:44。事件发生前,龙政直流输电系统运行在双极功率控制模式下,输送功率为27方向为龙泉曻政平,双极平00MW,

收稿日期:2012灢08灢06;修回日期:2012灢09灢18。)。2012

国家电网公司大电网重大专项资助项目(SGCC灢MPLG001灢

图1中,极栺检测到线路故障,行波保0灡2s时,

护、突变量保护动作,执行第1次全压再启动。

极栻中性母线差动保护动作,极栻闭0灡35s左右,

锁;极栺一次全压再启动不成功,再次执行紧急移相。正常情况下,双极运行时,线路保护执行2次全压和1次降压再启动;单极运行时,线路保护执行

在1次全压和1次降压再

启动。而本次故障中,

极栺执行第1次全压再启动时,极栻闭锁,因此控制逻辑转而执行1次全压和1次降压再启动。极栺执行降压再启动仍不成功,极栺闭锁。安全稳定控制系统切除三峡3台机组,极栺故障测距显示故障距离龙泉站795灡6km。1.2暋极栻闭锁原因

直流工程的中性母线冲击电容器有2个功能:

—129—

()2013,378

暋

栙用于滤除换流器产生的谐波;栚用于接地极线路遭受雷击时释放雷电冲击电流。由于极栺发生线路故障,直流输电系统由双极平衡运行变为单极运行,

/接地极线路电流上升,中性母线电压UDN=Ldidt

(突升,导致极栻中性母线上的冲击L为等效电感)电容器(事件前已老化)发生击穿并损毁。冲击电容器损毁后,部分直流电流经由电容器入地(空间位置

。如图1所示,在IId2a与Id2b之间)d2a和Id2b出现差

流,由于中性线差动保护的计算中,电容器电流也在保护区内,故在故障初始阶段并未出现保护计算的直流实际控制保护系统中PCP逻辑基本一致的电

磁暂态仿真模型,一次系统的模型参数也与实际工程保持一致,包括换流器、换流变压器、平波电抗器、直流线路、接地极线路、交直流滤波器等关键设备,两侧交流系统为无穷大电源带一定的等值阻9灢11]

。双极运行输送总功率30抗[00MW工况下,在极栺直流线路距整流站795km处进行0灡65s金属性接地故障试验,仿真结果如图2所示

。

差流。随后,直流电流流过电容器造成发热,现场发生绝缘油膨胀引起爆炸起火事件,对支架和地形成短路通道,由此产生保护差流,达到中性母线差流保护动作定值后保护正确动作,极.3暋极栺闭锁原因

栻闭锁。

现场事件列表显示极栺检测到线路故障,行波、突变量保护动作。对相关线路进行巡视,发现号极栺导线侧均压环及导线上有放电痕迹,导线18、5绝7缘子极横担上有新鲜鸟粪,判断故障原因为悬垂绝缘子附近的鸟粪导致放电间隙不足,构成放电通道,造成闪络,栺导致极栺一次全压和一次降压再启动不成功,极闭锁。

分析图1可知,极统检测到线路故障,执行紧急移相栺由于闪络导致控制保护系,经过00kV执行全压再启动。在直流1电50压m升s去游离时间,至

以上之后缓慢后,执行降压再启动。2上升的过程中,

再次发生放电,直流系统执行第次紧急移相,200电50k,降压再启动失败V,

由0于0k直V流,

电。压不但录波显示ms去游离如果按照控制保护系统设计升是得降太压高启,,动此时直流电压仍然上升至5而导的致电再压次指发令生值放的初衷,降低直流电压有利于闪络点绝缘恢复,50kV直流电压升至3即停住,这样很可能会避免再启动失败,不会发生极栺闭锁,极移至极影响。

栺,这能大栻大闭锁后损失的功率也会部分转降低这次事件的运行相关资料显示,三陕(江陵)—广东(鹅城)

直流输电工程在降压再启动失败导致闭锁2009年也曾出现过类似情况,当时极栻。

根据以上分析,需要对直流控制保护系统中降压再启动的控制逻辑进行研究,以便找出再启动过程中发生电压偏高的原因并提出改进措施。

暋控制逻辑分析与优化

.1暋事件再现

为了重现现场故障并对控制保护系统的逻辑进

行分析,基于PSCAD/EMTDC平台建立了与龙政—130—

Fig

.2暋Sim图ula2ti暋onw极栺av直流线路故障仿真波形eformsofDClinefaultonpole栺图2中:毩_ORD和VCA_毩_OR角D分别为电流调节器和电压调节器输出的触发指令;Udref1和

dref2分别为整流站和逆变站的直流电压指令值(

标幺值)

。本仿真的故障设场存在差异灡65s

,故第1定为金属性接地故障并持续次和第2次全压再启动过程会与现,但降压再启动时故障已清除,可以等效为与实际现场降压再启动的情况一致。由仿真可见:直流系统降压再启动后直流电压上升过程中,00k电压会升高至5该现象与现场录波一致,,最后稳定在V左右,

之后开始下降上;但电压调节器的电压指令值在执行第350kV,即0灡7

3(标幺值次紧急)移灡8相6,后逆变站的电压指令值下降至就下降了,整流站的电压0灡指66令4,

值可见在电下降至

143U0022

·工程应用·暋雷暋霄,等暋龙政直流闭锁事件分析及降压再启动直流电压偏高抑制

压上升过程中,2个站的电压都没有由电压调节器

控制在指令值,导致电压升到500kV左右。

综上所述,需要对直流控制保护系统的特性和调节器配合策略进行相应分析。

2.2暋调节器配合分析

直流控制系统中电压和电流调节器配合控制逻辑如图3所示。

电流调节器的不断作用,整流站触发角下降,提升直

流电压以建立电流,而逆变站随着电流的上升,换相角增大,关断角不断减小。由于Ud直流电压i0较大,快速升高,又导致整流站为了升高电流而不断降低触发角,造成直流电压持续上升,在2个站调节器的互相作用下,直流电压上升至500kV左右。

因此,无法瞬时改变,这是引Udi0值相对过高,Fig.3暋C图oo3rd暋in控制器配合逻辑

ationlog

icofcontrollers整流站电流调节器输出触发角指令而逆变站毩_ORD的T上E限R为VCA_毩VCA毩__毩O_RD的

下限为电压调节器的输出角度指令站状态信号INVER控制选择器_O的R选D,择由OR通逆D道变,。电压调节器的上限在正常状态下为最大触发角调节器(AMAX调节器)ID_LOW的输出角度,但在直流电流持续较低即满足的角度值[

12灢13

]UD条件时_,电压调节器的上限变为由电压控制指令R依照图2。EF通过一系列计算得到

和图3以及原程序中的相关逻辑,对降压再启动后电压偏高的根本原因进行分析。全压运行时,分接开关处于额定挡位附近,而降压运行时,分接开关应处于于全压运行状态,分接开关挡位高1挡。故障前,直流系统处70%,阀侧空载线电压

di0高;

出现故障进入降压再启动过程时,由于分接开关调节较慢,在数秒之后才会开始台阶式缓慢下调,故在再启动过程中Udi0仍维持全压时的值不变。d1和Ud2可表示为:

UUd1=Udi01cos毩-dr1Id

(1)式中:Ud2=Udi02cos毭-dr2Id

di01和Udi02分别为整流站和逆变站的换流(2变)压器阀侧空载线电压的有效值;dr1和dr2分别为整流站和逆变站的等值换相电抗;毩为整流站触发角;为逆变站关断角。

由式(电压的关系也是如此di0越高,

对应的直流电压越高1)和式(2)

可知,整流,而逆变站关断角与站相同触发角下,。

由图角由存在12可见,紧急移相指令消失后,整流站触发

下降至,6始终维持在4曘8101曘

0,曘而不变逆变,关断角将近站触发角由7于0曘

下。限随着的起直流电压偏高的根本原因。

再对整个过程中调节器的相互制约情况进行分析。根据实际直流系统的控制逻辑,逆变站在降压再启动过程中,由于满足直流电流低(件(故计算得到的角度限值偏大原程序的计算,电压调节器最大值为ID_LOW)条过程未考U虑D式_R)

(2EF)中计算得出的角度dr2Id这一项,

。电流调节器的输出角度指令1毩0曘_O往上升RD在实际电流超过电流定值之后才开始由1,直到等于VCA_毩_ORD后才进入电压控制,时间比较长。而整流站在降压再启动过程中,电流调节器的触发角在紧急移相指令消失后进入再启动过程,降至立电流。由于电压定值高于实际电压80曘

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