2010年第4卷第4期 2010,Vo1.4,No.4 南方电网技术 SoUTHERN POWER SYSTEM TECHNoLoGY 设备、调试与运行 Equipment.Test&Operation 文童编号:1674 0629(2010)04.0063—04 中图分类号:TM561 文献标志码:A 云广±800 kV直流系统旁路断路器保护特性分析 刘进,曹继丰 (中国南方电网超高压输电公司安宁局,云南安宁650300) 摘要:云广±800kv直流系统采用双12脉动阀纽串联的方式,设置了旁路断路器,通过旁路断路器的投退,实现对换 流器单元的投切。针对在系统功能试验过程中发现的旁路断路器不正常运行情况,研究了旁路断路器特性及其保护、控 制之间的配合问题,找到了带电解锁第二个阀组的有效方案并成功应用。 关键词:特高压直流;双12脉动阀组;旁路断路器;保护特性 Analysis on the Protection Characteristics of Bypass Switch in Yunnan-——Guangdong+800 kV DC System LIU Jin,CAO Jifeng (Anning Bureau,CSG EHV Power Transmission Company,Anning,Yunnan 650300,China) Abstract:A configuration of two 1 2一pulse valve groups in series was adopted in Yunnan—Guangdong士800 kV DC system.and it was needed to deploy bypass switches,through which to have each valve group operate off/on.Aiming at the unusual operation case of the bypass switch occurred during the dynamic performance test of the DC system,this paper researched the characteristics of bypass switch and the cooperation issues of its protection and control,resulting in an effective scheme for delocking in life the second valve group,which was successfully in application. Key words:UHVDC;two 12一pulse valve groups;bypass switch;protection performance 云广±800 kV直流系统其采用了双12脉动换 入运行。 流器串联的一次主回路,因而增加了相应的阀组保 护和阀组控制系统[1-3}。在系统的功能特性试验过程 中发现一种不正常的情况:带电解锁第二个阀组时, 经常会出现阀组无法建立正常电流的情况,旁路断 路器保护动作闭锁该阀组。 针对上述问题,本文研究了旁路断路器特性及 其保护、控制之间的配合问题。 2)当一个极两个阀组均在运行,操作员由于 某种原因需要闭锁其中一个阀组,由操作员在人机 界面下达指令,控制系统的相关顺序控制来操作两 侧的旁路断路器,完成相应阀组的隔离。 3)当一个极两个阀组均在运行,其中一个阀 组由于某种原因被保护或极控闭锁,由保护或控制 1旁路断路器 1.1 旁路断路器的特性 系统的相关顺序控制来操作两侧的旁路断路器,完 成故障阀组的隔离。 2旁路断路器保护 2.1 旁路断路器保护的特点 云广特高压直流工程的旁路断路器分闸时间要 求不大于40 ms,合闸时间不大于100 ms,要求在 10~15 ms内彻底灭弧,额定电流为4 000 AI 1。 1.2旁路断路器的功能 1 当出现某些影响阀组正常运行的特殊情况时, 要求合上相应阀组的旁路断路器,此时通过旁路断 路器的电流与通过线路上的电流是相等的,单极运 行方式下通过线路的直流电流变为原来的2倍,电 压下降1/2;双极运行时,在不考虑过负荷情况下, 通过线路的直流电流与另一极运行的阀组数量相 1)当一个极已有一个阀组在运行,现在需要 带电投入第二个阀组,由控制系统的相关顺序控制 来操作两侧的旁路断路器,将另一个12脉动阀组投 南方电网技术 第4卷 关,该极电压下降了1/2;当特高压直流输电系统为 到160。,所以流过旁路断路器的电流要先于线路上 单阀组运行需要投入第二个阀组时,要求断开第二 个阀组所在的旁路断路器。此时,通过旁路断路器 的电流降为零,该极电压变为原来的2倍,但是电 流就必须考虑直流的运行方式以及另一极运行的阀 组数量|, J。 2.2旁路断路器保护的动作判据 的电流降至零。在这个过程中,低端阀组的旁路断 路器一旦合上,就会闭锁脉冲,同时将触发角固定 在70。,但是由于旁路断路器还在合闸过程中,且 有小电流通过,阀组控制试图将电流转移到低端阀 组,于是开始移相,进而造成高端阀组直流过压, 1)阀组解锁时,保护检测到旁路断路器已经 超过保护设置的定值,直流过压保护动作:将高端 阀组闭锁,两个阀组再次进行移相,最终触发角停 拉开,但是旁路断路器上的电流大于某一定值时, 保护要求重新合上旁路断路器,即解锁失败; 2)阀组闭锁或紧急停用时,要求合上旁路断 路器将该阀组隔离,当保护检测到旁路断路器已经 合上,但是旁路上的电流小于某一定值,且线路电 流大于相应值时,即阀组闭锁失败,从而闭锁整个 极,扩大事故范围。 2.3旁路断路器保护的功能 根据旁路断路器保护的判据,可以知道旁路断 路器保护有两个功能:一是分闸失败,即在带电解 锁第二个阀组失败时动作闭锁该阀组;二是合闸失 败,即在某个阀组单元出现故障,闭锁该阀组失败 时动作闭锁整极L5J。 3旁路断路器保护特性的分析 3.1功能一:分闸失败 根据旁路断路器的特性要求,保护的延时应该 不小于其分闸时间与灭弧时间之和,即至少达到 50 ̄55 ms,再考虑到其他因素的影响,应该适当留 有一定裕度。否则,一旦旁路断路器未彻底灭弧, 必然会有一定电流通过,如果这个电流足够大,势 必造成保护动作而切除正在解锁的阀组。 分别对50 ms、55 ms、65 ms和80 mS进行仿 真试验,下面以整流站为例对其具体仿真结果进行 分析。 1)当采用50 ms延时对第二个阀组(低端阀 组)解锁时,解锁失败,旁路断路器保护成功将其 闭锁(见图1 o由图1可知,在发出解锁命令后, 即发出分闸命令,将旁路断路器分开。可以看到, 在旁路断路器分闸的过程中,流过的电流也在减小。 但是,在检测到旁路断路器已在分位的时候,仍有 电流流过且超过定值,旁路断路器保护动作:发出 紧急停用请求(ESOF),要求合上旁路断路器,两 个阀组同时进行强迫移相,由7O。先移相到120。再 留在70。,解锁失败。 50 500 0 I 4O0 200 0 15O 100 50 0 FP enabled BYP SW closed l ESOFREQ BYP SW CLS CMD BYP SW 0PEN CMD 04:41:47.0 04:41:47.5 04:4l:48.0 图1旁路断路器保护延时50 ms的录波 Fig 1 TFR Delayed 50 ms of Protection of Bypass Switch 2)当采用55 mS延时对第二个阀组解锁时, 解锁失败,旁路断路器保护成功将其闭锁(见图2 o 从图2可以看出,55 ms延时的解锁同50 ms延时 类似,其区别在于虽然同样是解锁第二个阀组失败, 但是并未出现二次强迫移相,即旁路断路器保护动 作未引起高端阀组直流过压,其解锁性能得到了改 善,直流系统更加稳定,从而故障顺利恢复。 3)为了能成功地解锁第二个阀组,通过分析 发现:在整个过程中,控制只是被动的接收保护送 过来的ESOF命令,将阀组停用,并非控制引起的 解锁失败;保护的延时可能不够,因为50 ms或者 是55 ms同旁路断路器的固有分闸时延50 ̄55 ms 太接近了,这样没有足够的时间来躲开正常的拉弧 电流;通过旁路断路器的电流大概在10 ms之后降 低到动作定值之下。于是,考虑在15 ms之后再开 放旁路断路器保护,延时仍然保持为50 ms,相当 于将旁路断路器保护的延时延长到65 ms,再解锁 第二个阀组,其录波如图3所示。 第4期 刘进,等:云广±800 kV直流系统旁路断路器保护特性分析 65 1 500 ≤ 050器 0 l0O 50 0 、l50 100 彗 FP enabled BYP SW closed ESOF REQ BYP SW CLS CMD BYP SW OPEN CMD 05:35:42.0 05:35:42.5 05:35:43 0 图2旁路断路器保护延时55 ms的录波 Fig 2 TFR Delayed 55 ms of Protection of Bypass Switch 2000 1 500 1 000 500 O 堇 : 500 400 ■ 。 50 30 港 10 FP enabled BYP SW closed EsOFREQ BYP SW CLS CMD BYP SW oPEN CMD 05:29:47.0 05:29:47 5 图3 1 5 ms后开放旁路断路器保护的录波 Fig.3 TFR of Protection of Bypass Switch A ̄ived After 1 5 ms 由图3可知,此次解锁很成功,其电压成功建 立为800 kV,电流降为原来的一半。在发出解锁命 令后,随即发出旁路断路器的分闸命令,将旁路断 路器分开。但考虑以下两个因素:现场旁路断路器 的回检信号、测量系统等外部因素的不利影响;触 发脉冲是在发出分旁路断路器的命令大概30 ms后 激活的,才真正开始建立电压和电流。为能满足现 场实际运行需要,将保护的延时延长到80 ms是必 要的。具体的实现过程如下:在接收到极控的解锁 命令后,随即发出旁路断路器的分闸命令,30 ms 后再开放旁路断路器保护。旁路断路器保护开放后, 阀组也才开始移相,将流过旁路断路器上的电流往 被解锁的阀组转移,大概25 ms旁路断路器被断开, 这时若仍然满足判据要求,保护在25 ms后出口, 这是目前云广工程采用的一个定值。 图4为30 ms后开放旁路断路器保护解锁第二 个阀组的录波图,第二个阀组成功被进行解锁,但 是根据云广工程旁路断路器的规范书要求,旁路断 路器所能承受的额定峰值电流为36 kA,时问20 ms,那也就意味着,当旁路断路器未正常断开出现 拉弧的情况下,保护最好能在20 ms内动作,即在 保护开放后45 ms将旁路断路器切除,这样既躲过 了正常的拉弧电流,又保护了旁路断路器。 . ■ 。 50 30 摇lO FP enabled BYP SW closed ESOF REQ BYP SW CLS CMD BYP SW OPEN CMD 04:53:47.0 04:53:56 5 图4 30 ms后开放旁路断路器保护的录波 Fig.4 TFR of Protection of Bypass Switch Actived After 30 ms 3.2功能二:合闸失败 针对合闸失败过程中旁路断路器保护的特性进 行分析。其低端阀组录波如图5所示。 由图5可知,在低端阀组单元发生故障后,保 护要求控制系统紧急移相,闭锁相应换流器,并迅 速合上旁路断路器。在检测到旁路断路器在合位后, 闭锁触发脉冲;同时,由于通过旁路断路器的电流 低于保护定值,旁路断路器保护动作,向极控发出 闭锁整极的请求。高端阀组在接收到极控的闭锁命 令后,进行紧急移相,电压、电流迅速降为零[7]。 4阀基电子对旁路断路器保护的影响 阀基电子对旁路断路器保护的影响主要是触发 脉冲的触发方式,即同时触发,还是等间隔触发。 等间隔触发是建立在阀基电子的高可靠性的基础上 南方电网技术 第4卷 的,一旦哪个触发脉冲在解锁的过程中丢失,就可 能使电流无法正常的从旁路断路器上转移到阀组, 造成保护动作。即使可以通过延时来规避这一风险, 一。一\ 藿 但是过长的延时不利于保护旁路断路器;同时触发 则很少会出现这个问题,只要不出现连续丢失触发 脉冲的极端情况,就不会因丢失触发脉冲而造成解 锁失败 80 保护开放后,阀组也才开始移相,将流过旁路断路 器上的电流往被解锁的阀组转移,大概25 ms旁路 断路器被断开,这时若仍然满足判据要求,保护在 25 ms后出口,这是目前云广工程采用的一个定值。 参考文献: [1] 中国南方电网有限责任公司.±800 kV直流输电技术研究[M】. 北京:中国电力出版社,2006:2-60. China Southern Power Grid Co.,Ltd.Investigation on ̄800 kV 60 40 20 }f /, ●FP enabled CONV BYP BYP SW CLS CMD BYP SW closed CONV BLK REQ ≤ l『 、 s \ 60 / 200 \ ~ 09:43:34.5 09:43:35.0 图5低端阀组录波 Fig 5 TFR ofLowVoltage Group 5结论 本文针对在系统功能试验过程中发现的旁路断 路器不正常运行情况,研究了旁路断路器特性及其 保护、控制之间的配合问题,结论为: 1)要解决带电解锁第二个阀组的问题,不能 仅仅考虑旁路断路器的固有特性。虽然通过延长保 护动作时间可以防止保护误动,但是这样会影响到 阀组解锁的特性,并且过长的延时有可能损坏设备。 2)阀的导通除了需要承受一个正电之外,还 需要一个触发脉冲,而阀基电子触发脉冲是在检测 到旁路断路器在分位或在分闸过程中才触发的,这 段时延是设计旁路断路器保护时不可忽略的因素。 3)阀基电子触发脉冲的方式应选择同时触 发,这是旁路断路器保护必须考虑的另一个因素, 而且这样能大大提高解锁成功的可靠率,阀组的解 锁特性也会更好。 4)带电解锁第二个阀组的方案为:在接收到 极控的解锁命令后,随即发出旁路断路器的分闸命 令,30 ms后再开放旁路断路器保护。旁路断路器 UHVDC Transmission Technology[M].Beijing:China Electric Power Press,2006:2-60. [2] 任震,欧开健,荆勇,等.基于PSCAD/EMTDC软件的直流输 电系统数字仿真[J].电力自动化设备,2002,22(9):11-12. REN Zhen,OU Kaijian,JING Yong,et a1.Digital Simulation of HVDC Transmission System Based on PSCAD/EMTDC[J].Electric PowerAutomation Equipment,2002,22(9):11-12. 【3] 李立涅.特高压直流输电的技术特点和工程应用[J].电力系统自 动化,2005,29(24):5-6. 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