直流输电控制系统闭锁因素分析

王泽宇，赵丽莹

（国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁 沈阳 110006）

直流输电控制系统闭锁因素分析

王泽宇，赵丽莹

（国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁 沈阳 110006）

直流控制系统是直流输电工程的核心设备，为深入研究引起直流闭锁的各种因素，提高直流输电系统运行的可靠性，以高岭换流站HCM3000直流控制系统为例，分类对控制系统中能够导致直流闭锁的内外部因素进行了分析。

直流控制；闭锁因素；切换逻辑

近年来，我国直流输电技术高速发展，相继建成了数个世界上直流电压等级最高、输送容量最大、输送距离最长的特高压直流输电工程。直流输电输送容量大，重要性高，直流闭锁将对电网安全稳定运行造成很大的影响［1］。直流控制系统作为整个直流输电系统的核心设备，其运行的可靠性尤其重要，本文以高岭换流站新一代直流控制系统HCM3000为例，对直流控制系统的各类闭锁因素进行分析。高岭换流站是±125 kV背靠背换流站，为东北电网和华北电网联网的重要枢纽工程。

1 直流闭锁特性

直流输电系统的闭锁命令均由直流控制系统执行，根据闭锁信号的来源不同，可分为3类［2］：直流控制系统软件的闭锁信号；外部输入的闭锁信号；切换逻辑装置产生的闭锁信号。

直流系统停运分为正常闭锁停运和保护闭锁停运。

直流系统正常停运时，直流控制系统以整定的速率降低输送功率至最小功率，然后整流侧先闭锁触发脉冲，逆变侧再闭锁触发脉冲，直流系统退出运行，它不同于故障后的保护闭锁［3］。

直流控制系统保护闭锁通常包括如下4种：立即移相并停发触发脉冲，即不投旁通对的闭锁；立即移相，根据时间或其他条件判断投或不投旁通对，然后停发触发脉冲；立即投旁通对、移相、停发触发脉冲，即总是投入旁通对的闭锁；对于投旁通对的闭锁过程中，当直流电压变为反向且超过定值时，则停止投旁通对。

2 控制系统软件的闭锁信号

直流输电系统有正常解锁运行和空载加压试验2种工况。在系统解锁运行中，如果直流控制主系统软件满足下列条件，将直接闭锁直流系统。

a.换流器故障

整流侧已有脉冲使能信号或逆变侧已有阀解锁信号，如果直流电流Id小于5%，则延时3 s，闭锁直流系统。换流器故障判据主要用于直流系统解锁过程中监视直流电流是否能够正常建立。

b.Udi0监视

当理想空载电压UDI0的计算值Udi0Calc大于额定值的1.1倍时，延时10 min，闭锁直流系统。Udi0监视功能主要在交流过电压且直流控制系统不起作用时，保护换流阀等设备，使其免受过应力，同时避免阀避雷器过应力和换流变压器过励磁。

直流输电系统的空载加压试验功能主要是为了检测主设备的绝缘能力，直流控制系统软件监视空载加压试验的整个过程，根据故障情况，发报警信号或停止整个空载加压试验过程。当满足以下条件时，判空载加压试验失败，发闭锁直流命令。

a.Ud＜0.2UdN，延时3 s。

b.Udcalc－Ud＞0.3UdN，延时2 s。

c.Id＞0.025IdN，延时4 ms。

d.Max（IacY，IacD）－Id＞0.025IdN，延时2 ms。

其中Max（IacY，IacD）为换流变Y绕组和D绕组阀侧三相电流整流值的最大值；Udcalc为计算的直流电压值。

3 外部输入的闭锁信号

直流控制系统作为整个直流输电控制的核心设备，其他设备检测到故障需要闭锁直流时，均需将闭锁信号送至直流控制系统，由直流控制系统软件执行闭锁命令。

a.运行人员下发紧急停运命令

遇到紧急情况时，运行人员可在运行人员工作中下发紧急停运命令。

b.无功／电压控制闭锁

直流系统运行时，无论是工作在整流还是逆变状态，换流器都要消耗大量的无功，换流站的无功／电压控制根据换流器的功率水平与交流系统电压情况计算所需的无功容量，并通过投入或切除无功补偿设备达到无功补偿或平衡的目的［4］。无功／电压控制功能由直流站控系统实现，当直流站控系统检测到母线过电压或绝对最小滤波器不满足时，向直流控制系统发无功快速停运请求。

以高岭换流站东北侧为例，对母线过电压进行说明，母线电压判据取东北侧WAZ1、WAZ2、WAZ3 3个大组交流滤波器母线电压的最大值。

母线电压大于550 kV（1.048 p.u.），每隔1 s切除1组滤波器小组；母线电压大于577.5 kV（1.1 p.u.），每隔1 s切除1组滤波器小组，如果8 s后电压仍维持在1.1 p.u.以上，则切除剩余滤波器小组并发直流闭锁信号；母线电压大于630 kV（1.2 p.u.），每隔500 ms切除1组滤波器小组，如果4 s后电压仍维持在1.2 p.u.以上，则切除剩余滤波器小组并发直流闭锁信号。

满足以下条件，判为绝对最小滤波器不满足，延时5 s，发直流闭锁信号：解锁直流单元数量大于2且只有1组A类型滤波器可用；解锁直流单元数量为1且没有可用的A类型滤波器可用。

c.稳控系统闭锁

电网安全稳定控制系统是在电网发生严重故障和突发事件时能够及时调整电网运行方式，从而维持电网稳定和避免故障范围的继续扩大。

高岭换流站东北侧和华北侧稳控系统均具有闭锁直流的功能。东北侧稳控系统判高沙双线跳闸或高沙双线一线停运一线跳闸（即高沙断面断开，不允许直流系统带发电厂的孤岛运行方式），向直流控制系统发直流闭锁信号。华北侧稳控系统无判据，接收对站天马站发送的闭锁直流信号并送极控执行。

为了保证信号的可靠性，防止误闭锁，直流控制系统只有同时收到闭锁信号和闭锁允许信号，延时40 ms，执行闭锁命令。

d.阀厅火灾监视

换流阀是直流输电的核心设备，运行时发热量大，发生火灾时损失严重，因此增加阀厅火灾闭锁直流系统功能，当阀厅紫外和烟感探头检测到火灾信号时，立即向直流控制系统发送闭锁直流命令，快速切断火源，降低损失。

直流控制系统收到阀厅火灾闭锁信号，延时300 ms，启动极控系统切换，延时500 ms，执行闭锁命令。

为了增加阀厅火灾监视闭锁的可靠性，防止误判火灾闭锁直流，紫外和烟感探头采用“3取2”逻辑，由阀厅火灾跳闸接口装置实现功能。

e.直流保护闭锁信号

直流保护用于保护换流器单元、直流场设备，采用三重化配置，经“3取2”逻辑发闭锁信号，根据故障类型的不同，向直流控制系统发不同类型的直流闭锁信号，本文重点分析控制系统，直流保护的具体逻辑不在本文的讨论范围内。

f.其它闭锁信号

除上述分析的因素外，换流阀冷却系统、换流变电气量保护、换流变和平波电抗器非电气量保护、直流测量装置密度继电器、中开关逻辑、最后断路器等均作为外部跳闸信号发送直流闭锁命令给直流控制系统。

4 切换逻辑装置闭锁信号

直流控制系统为双重化配置，切换逻辑装置监测控制系统状态，当1套系统不可用时，切换至另1套系统，2套系统均不可用时，闭锁直流。

切换逻辑装置主要通过监视电源OK，硬件OK，阀控OK，软件OK 4个信号来判断系统是否可用，任一信号撤销，当前系统不可用。

电源OK信号监视系统电源的辅助接点，当所监视的电源辅助接点断开时，当前系统不可用。硬件OK信号监视控制系统板卡硬件状态，当有板卡硬件故障时，当前系统不可用。阀控OK信号用于接收阀控系统的换流阀闭锁命令，目前换流阀及阀控故障不具备直接闭锁功能，均由切换逻辑装置先切换系统再闭锁。

软件OK信号主要监视以下控制系统软件故障，条件满足时，撤销软件OK信号。

a.测控装置初始化故障

直流控制系统所连总线网络上任一测控装置初始化故障。

b.切换逻辑装置初始化故障

直流控制系统收到2套切换逻辑装置同时为“主系统”或同时为“从系统”时，延时30 s。

c.CPU初始化故障

直流控制系统主机CPU板卡初始化故障。

d.直流电流故障

满足IdH＜ID_MONI－5%，延时2 s。

其中IdH为50%的直流电流最大值，ID_MONI为换流变阀Y侧和阀D侧三相电流整流值的最大值。

e.交直流功率差

在换流阀解锁后，满足｜PAC－PD｜＞10%，延时5 s。

其中PAC为交流功率，PD为直流功率。

f.同步电压故障

针对LTT（光触发）换流阀，换流变进行开关闭合后，如果同步电压丢失，延时500 ms。

g.直流保护不OK

直流控制系统检测到3套直流保护均不可用。

h.采样通道故障

直流控制系统主机的模拟量采样板卡故障。

i.换流变进线电压测量通道故障

满足｜Uac_filt－Uac_dir｜＞25%，且交流断路器闭合，延时2 s。其中Uac_dir没有滤除负序分量和谐波分量，Uac_filt滤除了负序分量和谐波分量。

j.换流变进线电流测量通道故障

满足｜Iac_filt－Iac_dir｜＞15%，且直流解锁，延时20 s。

其中Iac_dir没有滤除负序分量和谐波分量，Iac_filt滤除了负序分量和谐波分量。

k.换流变进线电压相序不正确

满足Uac_dir＞65%，且Uac_filt＜40%，延时20 ms。

l.直流电流／直流电压监视故障

直流电流实际值大于最大电流限制值，延时5 s；直流电压小于50%延时10 s。

5 结束语

直流系统闭锁是换流站运维人员在日常工作中要尽力避免的事情，经过近年来的排查分析和整改，已从多方面提高了直流系统运行的可靠性。改进阀控VCU故障不能自动复归的问题；取消阀控系统的直接跳闸出口，改由直流控制系统的切换逻辑装置出口，防止单一元件故障导致阀控误闭锁直流；稳控系统闭锁增加允许信号，同时将电信号改为光信号传输，直流控制系统采用大功率继电器接收闭锁信号，防止长电缆集聚电荷导致直流控制系统继电器误动作闭锁直流；直流控制从系统有闭锁信号时，禁止直流控制系统切换，防止轻微故障引起系统切换后导致误闭锁。

HCM3000直流输电控制系统为许继公司研发的新一代平台，高岭换流站为首次应用，目前已应用于特高压输电工程中，今后将会投运到更多的特高压直流输电工程中。

［1］陶 瑜.直流输电控制保护系统分析及应用［M］.北京：中国电力出版社，2015.

［2］杨光亮，邰能灵，郑晓冬，等.±800 kV特高压直流输电控制保护系统分析［J］.高电压技术，2012，38（12）：3 277－3 283.

［3］鄂士平，黄浩然.直流输电中自动功率控制的研究与实现［J］.东北电力技术，2013，34（5）：1－3.

［4］严干贵，韩来文，孙效伟.呼—辽高压直流输电系统全电压起动过电压的研究［J］.东北电力技术，2007，28（1）：9－12.

Analysis on Blocking Factors of HVDC Transmission Control System

WANG Ze⁃yu，ZHAO Li⁃ying
（The Maintenance Branch of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Control system is the core equipment of HVDC transmission project.In order to intensive study various factors of HVDC blocking and improve the reliability of HVDC transmission system，HCM3000 HVDC control system on Gaoling converter station is taken as the research object in this study，the internal and external blocking factors of HVDC control system are analyzed.

HVDC control；Blocking factors；Changeover logic

TM721.1

A

1004－7913（2016）08－0044－03

王泽宇（1981—），男，硕士，工程师，主要从事换流站直流控制保护系统检修及管理工作。

2016－04－26）