溪洛渡直流工程同塔双回线路极间故障保护动作情况分析

滕昭林

摘 要：溪洛渡送电广东直流输电工程是“十二五”期间南方电网的重点工程，输送容量为6400MW，是国内首个双回直流线路同塔架设、双回换流站共址建设的工程。由于溪洛渡工程直流线路同塔双回架设，其在运行工况上与以往单回直流工程有许多不同，易发生同极性线路故障、异极性线路故障，文章分析了造成这类故障的原因、故障时线路保护的动作情况、保护动作后果线路重启功能。提出双极直流同时故障时，允许双极直流同时重启的观点。

关键词：直流输电；同塔双回；直流保护；线路故障；重启

1 概述

溪洛渡直流工程是“十二五”期间南方电网西电东送的重点工程，是世界首个双回线路同塔架设、双回换流站共址建设工程。工程送端为位于云南省昭通市盐津县牛寨乡的昭通换流站，受端为位于广东省从化市的从化换流站，输送容量为6400MW，电压等级为±500kV，直流输电线路全长1240余公里。工程计划于2013年10月Ⅰ回极2单极投运，2014年10月双回四极投运[1]。

由于溪洛渡工程直流线路同塔双回架设，其在运行工况上与以往单回直流有许多不同，文章针对溪洛渡工程直流线路同塔双回架设的特殊性，对常见的同极性线路故障、异极性线路故障的故障原因、故障时直流保护中线路保护的保护动作情况、保护动作后果线路重启功能进行了分析。并提出双极直流同时故障时，允许双极直流同时重启的观点。

2 同塔双回线路极间故障

2.1 溪洛渡直流工程直流线路布置

图1为溪洛渡工程同塔双回线路钢塔布置的截面图。图中“1+”为Ⅰ回极1，“1-”Ⅰ回极2，“2+”为Ⅱ回极1，“2-”Ⅱ回极2。

由于直流线路距离长，为同塔双回架设，当发生山火、冰灾、大风、异物悬挂时，可能导致直流线路间发生放电现象。

2.2 直流线路故障原因

同塔双回直流线路极间距离示意如图2所示，其中L1为Ⅰ回极1、极2之间的距离，L2为Ⅰ回极1与Ⅱ回极2之间的距离，L3为Ⅰ回极1与Ⅱ回极1之间的距离。

在运行中，由于发生线路结冰、线路附近发生山火、大风、异物挂在导线上等故障情况时，导致直流线路间放电的情况[2]。以Ⅰ回极1为例，常见的故障有：

（1）山火、结冰等灾害造成L1减小，导致Ⅰ回极1、极2间发生放电现象；（2）大风天气，造成L2减小，使Ⅰ回极1、Ⅱ回极2间发生放电现象；（3）当线路存在异物等障碍，造成L3减小，使Ⅰ回极1、Ⅱ回极1间发生放电现象。

2.3 直流保护配置

溪洛渡工程昭通换流站直流保护采用了改进后的完全双重化配置，分为A、B两套保护系统。改进后的完全双重化保护装置，在每一套直流保护装置中都采用了独立的两个运算单元，并且每一个运算单元具有独立的测量回路。只有当每一套保护中的两个运算单元都动作时，该套保护才会动作出口。只要两套保护中的任意一套保护动作，则直流保护动作出口[3]。

溪洛渡工程昭通站侧，直流线路保护配置了行波保护、电压突变量保护、低电压保护、纵联差动保护、横差保护、交直流碰线检测等保护。

昭通换流站直流线路保护配置及保护出口方式如图3所示。

2.4 直流线路保护重启动逻辑

当线路发生极间放电后，直流线路保护中行波保护、电压突变量保护、低电压保护、纵联差动、横差保护可能动作，出口方式为由极控系统发线路重启动功能。极控系统收到线路重启动功能后，将触发角移相至164°，将直流电压、电流降低为零。经过一定的去线路去游离时间后，触发角恢复至15°±2.5°，重新建立故障前的电压、电流，恢复正常运行。若线路发生瞬时性故障时，线路重启后恢复正常运行，若线路发生永久性故障，重启失败，则极控系统再进行一次全压重启动。如果经过整定后的全压重启动后仍未恢复正常运行，则按照整定值进行降压重启动。若降压重启失败后，则极闭锁。全压重启与降压重启的次数根据运行情况可以整定。溪洛渡工程在调试阶段采用的是全压重启三次，降压重启两次。

溪洛渡工程双回直流共四个极，直流线路较多，出现线路故障的几率较单回线路大一些。为避免单极直流线路故障后重启期间或者重启不久以后，其他极又出现线路故障并重新启动，对交流系统产生持续过大的冲击，影响其他正常极的稳定运行，根据溪洛渡工程将长期处于孤岛运行方式的要求，对各极的线路故障重启功能作如下限制：（1）一极直流紧急停运后者线路故障重启失败后，10s内，本回另外一极和另一回的两极均禁止重启功能。（2）任一极重启期间，禁止本回另外一极和另一回的两极的直流线路故障重启功能。（3）任一极重启成功以后，10s内，禁止本回另外一极和另一回的两极的直流线路故障重启功能[4]。

3 直流线路发生极间短路故障时保护动作情况分析

3.1 直流线路极间故障时保护动作情况

（1）山火、结冰等灾害造成Ⅰ回极1、极2间距离L1减小，导致Ⅰ回极1、极2间发生放电现象。当异极性线路之间发生放电故障时，故障两极线路保护的电流、电压量会发生变化，使得直流线路保护的行波保护、电压突变量保护可能动作，低电压保护延时动作。

（2）大风天气，造成Ⅰ回极1、Ⅱ回极2间距离L2减小，使Ⅰ回极1、Ⅱ回极2间发生放电情况。异极性线路之间发生放电故障时，故障两极线路保护的电流、电压量会发生变化，使得直流线路保护的行波保护、电压突变量保护可能动作，低电压保护延时动作。

（3）当线路存在异物等障碍，造成Ⅰ回极1、Ⅱ回极1间距离L3减小，使Ⅰ回极1、Ⅱ回极1间发生放电情况。当线路同极性线路短路时，由于两条同极性直流线路电压值差别不大，发生故障时电压变化较小，但电流会在放电点重新分配，不过两站的电流之和保持不变，整体功率保持稳定，但是由于碰线点电阻的变化，使得电流重新分配，当电流值变化到一定程度后，线路两侧直流分流器检测到的电流值将发生差流，当差动电流值达到差动保护整定值后，将导致直流线路纵差保护动作。

（4）当Ⅰ回极1处于金属回线方式运行时，由于大风、线路结冰、山火等原因造成Ⅰ回极1、极2间发生碰线时，直流线路保护中的行波保护、电压突变量保护、横差保护可能动作[5]。

3.2 直流线路保护动作重启动逻辑的优缺点

当线路发生同极性、异极性、金属回线间放电故障时，两极行波保护、电压突变量保护、低电压保护、纵联差动保护、横差保护动作，动作出口方式均启动重新启动功能。

由于溪洛渡工程昭通换流站将处于孤岛运行方式，为确保线路故障时对系统冲击较小，采用了当一极在重启过程及重启结束10s内，不允许另一极线路进行重启。而本工程直流线路采用同塔双回架设，线路故障可能性较以往工程较大，故采用一极在重启过程及重启结束10s内，不允许另一极线路进行重启降低了直流输电系统的可靠性。

当线路发生极间碰线等故障时，双极直流线路保护会同时动作，时间误差在在毫秒范围内，并且启动线路重启功能。如果两极线路保护在毫秒级时间范围内同时动作，可以判定为线路间发生故障，如果允许双极同时启动重启功能，可提高系统的可靠性。

4 结束语

溪洛渡工程直流输电线路采用同塔双回方式，线路运行方式、故障类型与以往工程有着许多不同点。针对直流线路故障时保护动作后的重启动逻辑，应采用双回线路由于极间碰线导致双极同时故障时，允许双回线路同时启动重启动功能，可提高直流工程可靠性。

参考文献

[1]周德才，等.换流站直击雷防护设计分析[J].南方电网技术，2009.

[2]曹继丰.高压直流输电现场实用技术问答[M].北京：中国电力出版社，2008：115-151.

[3]徐斌.昭通换流站极保护系统设计规范[S].南京：南瑞继保，2010.

[4]邹强.昭通换流站极控制系统设计规范[S].南京：南瑞继保，2010.

[5]杨洁民.高压直流设备基础[M].北京：中国电力出版社，2011.