逆变侧投旁通对给直流输电系统带来的影响

2011-03-04朱韬析王超

电力建设 2011年2期

朱韬析，王超

（1.中国南方电网超高压输电公司广州局，广州市，510405；2.浙江电力调度通信中心，杭州市，310007）

0 引言

投旁通对是直流保护系统的重要动作策略之一，旁通对的投入可以形成直流侧短路，大大缩短直流分量流过换流变压器的时间[1]，快速将直流电压降至0，便于实现交流侧断路器快速跳闸[2]，隔离交直流回路；同时有助于释放线路上的残余电荷，避免闭锁时出现过电压。

由于旁通对本身就是换流器的工作阀臂，所以保护动作启动投入旁通对时，除了保证旁通对可靠投入，同时应尽量缩小故障范围，避免事故扩大[3-8]。本文结合运行中发生的实际案例以及部分仿真试验结果，分别说明了投旁通对的作用、误投旁通对以及通信故障情况下投入旁通对的不良影响，并探讨了相应的改进措施。

1 投入旁通对的作用

直流保护动作后，将保护动作信号送至极控，然后极控将投入旁通对的信号送至换流阀控制装置，保持最后导通的那个阀的触发脉冲，同时发出与其同一相的另一个阀的触发脉冲，闭锁其他阀的触发脉冲，使直流电压迅速下降到0[9]。投入旁通对后，提供了换流器的直流电流旁路回路，一方面缩短直流电流分量流过换流变的时间，便于交流侧断路器快速跳闸；另一方面降低了整个直流系统的回路阻抗，便于整流侧的快速移相及闭锁。

图1为某直流输电系统紧急停运时逆变侧的电流、电压录波。投入旁通对后形成直流侧短路，逆变侧直流电流先升高，随即降至0；直流电压下降，并随着阀的闭锁降至0；直流输电系统快速、稳定停运。

同时，在基于某直流工程实际控制保护系统的仿真模型上，对逆变侧紧急停运且未投入旁通对进行了模拟。试验中，整流侧直流过电压保护动作，整流侧录波如图2所示。由图2可知：故障发生后，逆变侧直流电流升高、直流电压降低，但由于未投入旁通对，直流电流下降速度可能稍慢；而整流侧经短延时便发出闭锁换流器的命令，却造成了直流线路电压升高。这一结果还很可能对设备安全造成危害。

2 误投旁通对的影响

某些特殊故障情况下，盲目投入旁通对不但未能快速隔离故障点，甚至可能会扩大故障范围，造成事故进一步发展。一般情况下，各直流输电工程中设置在逆变侧高压母线差动保护动作后禁投旁通对。

2.1 投入旁通对恰好与故障点同相别时的影响

假设逆变侧极Ⅱ阀侧C相发生接地故障，保护动作后投入的旁通对恰好是C相，如图3所示。这种情况下，极Ⅰ将通过旁通对与故障点形成回路，显然这将影响极Ⅰ正常运行。

在某直流工程实际控制保护系统的仿真模型上模拟图3所示故障的录波，试验中，首先极Ⅱ角侧桥短路保护动作，停运极Ⅱ，跳开交流侧开关；随即极Ⅰ接地极母线差动保护动作，停运极Ⅰ。仿真录波如图4所示。

极Ⅱ发生故障后，极Ⅱ角侧桥短路保护动作，断开交流侧开关，并投入旁通对；由于旁通对正好与故障点同相，极Ⅰ的电流通过极Ⅱ中性母线开关流经旁通对，并最终通过接地点和整流侧接地极形成直流回路，极Ⅰ高压直流电流、中性母线电流、接地极母线电流和极Ⅱ中性母线电流均升高，而接地极线路电流却仍然很低；最后，极Ⅰ接地极母线差动保护动作，停运了极Ⅰ。

2.2 投入旁通对与故障点不同相别时的影响

假设极Ⅰ阀侧C相发生接地短路故障，而保护动作后投入的旁通对为A相，如图5所示。这种情况下，在换流变交流侧断路器断开前，将造成交流分量将串入直流系统。

在某直流工程实际控制保护系统的仿真模型上模拟如图5所示故障的录波，试验中，首先极Ⅰ角侧桥短路保护动作，停运极Ⅰ；由于跳开交流侧开关需要一定时间，这期间，交流分量经极Ⅰ中性母线串入极Ⅱ，造成极Ⅱ交直流碰线保护动作。仿真录波如图6所示。

极Ⅰ换流变阀侧C相发生接地短路后，保护动作并投入了A相旁通对；根据A、C相的电流波形，判断此时发生了相间短路，故障电流形成2个回路：

（1）从A相旁通对经极Ⅰ中性母线、极Ⅱ中性母线流入极Ⅱ，并最终经整流侧接地极和C相接地故障点，流入换流变C相。

（2）从A相旁通对经极Ⅰ中性母线、接地极母线、逆变侧接地极和C相故障接地点，流入换流变C相。

回路1流经的故障电流造成极Ⅱ交直流碰线保护动作，停运了极Ⅱ；而直流系统中的交流分量以及换流变阀侧A、C相间短路故障，随着换流变交流侧开关的断开，才得以消除。

根据上述分析，设置保护动作后选择故障相对应的旁通对，再次进行试验，则可以快速隔离故障，极Ⅱ稳定运行[10]。

2.3 改进措施分析

针对上述逆变侧换流变阀侧接地故障相关保护动作后投旁通对时可能带来的问题，如果在极Ⅰ相关保护动作需投旁通对时，首先通过保护内选相元件判断故障相别，然后投入与故障点同相的阀组作为旁通对；而在极Ⅱ相关保护动作、需投旁通对时，则投入与故障点不同相的阀组作为旁通对，则可以避免影响另一极的正常运行。

3 通信系统故障时投入旁通对的影响

通信系统正常条件下，直流输电系统的停运需要两侧的配合：启动停运的一侧将停运信号通过通信系统送至对侧，对侧才能快速停运。如果通信系统故障，停运信号无法送至另一侧，此时另一侧只能依靠后备保护动作如低电压保护（27DC）动作来停运。

3.1 整流侧保护未检测到故障、逆变侧保护动作并投入旁通对时的影响

假如在通信系统故障、逆变侧保护动作启动停运、同时整流侧保护未检测到故障的情况下，整流侧只能依靠后备保护动作来停运。由于后备保护的延时往往比较长，所以，如果此时逆变侧保护动作启动投入了旁通对，将造成逆变侧直流短路并维持较长时间，甚至造成其他保护动作。

调试过程中，在单极金属回线方式下和通信故障的情况下，逆变侧线路故障后备保护动作后，投入了旁通对，接着又造成了逆变侧阀组差动保护动作，故障录波如图7所示。

如图7所示，逆变侧金属回线下相关保护动作后，由于投入了旁通对，不仅造成瞬间的过流，而且高压直流母线和中性母线通过旁通对始终导通；同时由于通信系统故障，逆变侧发出的闭锁命令无法送至整流侧，直流输电系统仍维持一定的电流，最终引起了逆变侧阀组差动保护动作。

3.2 逆变侧后备保护动作并投入旁通对的影响

在某直流输电工程中，在通信系统故障情况下启动停运时，设置另一侧依靠直流低电压保护（27DC）的动作来停运。最初，直流低电压保护动作后果设置为闭锁换流阀，逆变侧需投入旁通对。

调试中发现，直流低电压保护动作后果设置不当，启动逆变侧闭锁且投入旁通对，这将引起换流变阀侧过压。图8为上述直流输电工程在通讯中断时手动停运试验中的录波，整流侧手动停运极Ⅰ后，逆变侧经延时后直流低电压保护动作并投入了旁通对。随着旁通对的投入，换流变压器阀侧相当于不接地系统出现了一点接地，另外两相电压随即升高，最后依靠其他保护动作断开换流变交流侧断路器后，才恢复了正常。