同塔双回直流共用接地极对单极金属与单极大地回线方式转换影响研究

王　蒙，陈　浩

(南方电网超高压输电公司广州局，广州　510405)



同塔双回直流共用接地极对单极金属与单极大地回线方式转换影响研究

王蒙，陈浩

(南方电网超高压输电公司广州局，广州510405)

牛从直流为同塔双回共用接地极建设，一回单极金属与单极大地回线方式相互转换过程中存在接地极接入、站高速接地开关合上的短暂过程，若此时另一回为单极大地回线方式运行，则接地极电流将在转换回产生分流。分析了单极大地运行回线的接地极电流分流至另一回线的机理，梳理的了该分流电流对保护的影响，并提出了防范措施和建议。

牛从直流；共用接地极；单极金属回线

牛从直流采用两个典型的直流双极接线方式并共用接地极[1]，存在一回接地极电流通过接地极线路及接地极形成通路流入另一回的可能。正常运行中，极在检修状态时，则必在隔离状态，接地极电流无法形成通路；极在非检修状态时无地刀在合位，接地极电流也法形成通路。但在一回单极金属与单极大地回线方式相互转换过程中存在接地极接入、站高速接地开关合上的短暂过程，若此时另一回为单极大地回线方式运行，则接地极电流通过接地极线路、接地极刀闸、站高速接地开关、大地形成回路，将在转换回产生分流，将对转换过程和接地极电流有关的保护造成影响。

1　过程分析

图1为牛从直流接线图。以Ⅰ回(牛从甲)极1为例，在金属回线转大地回线过程中，考虑到直流开关本身的动作时间，控制系统从检测到10500刀闸合位再发出断开1040开关命令，直到1040开关完全断开，这个过程一般在90ms左右。同理大地回线转金属回线过程中，先合上1040开关，再拉开10500刀闸，这个过程一般在7.5 s左右。所以在单极金属回线与单极大地回线转换过程中，会短暂出现接地极接入，站高速接地开关合上的特殊工况。

图1　牛从直流接线图

2　接地极入地电流分流至另一回的分析

金属回线方式与大地回线方式转换过程中整流站的站接地开关不会动作，仅逆变站站接地开关合上以钳制电位，所以此转换过程中整流站不会出现接地极接入站高速接地开关合上导致分流的情况，仅逆变站可能出现。以下分析均以逆变站，且Ⅱ回极1单极大地回线运行，入地电流分流至Ⅰ回为例进行。

图2为一回单极大地回线方式运行时，接地极入地电流分流至另一回简化图。图2中，U11M和U21M分别表示单极大地回线运行极的正极整流侧及逆变侧12脉动阀体两侧的电压；Re1M、Re2M分别代表整流侧和逆变侧接地极接地电阻；ReL1M和ReL2M分别代表整流侧和逆变侧接地极引线电阻；IdM代表直流电流；Rd1M代表直流线路电阻；R站代表换流站站接地网电阻；ReL2代表另一回接地极引线电阻。在逆变站，ReL2=ReL2M=3.590 7Ω，R站=0.432Ω,Re2M=0.25Ω[2]。

图2　接地极入地电流分流至另一回简化图

根据电路原理，当单极大地回线极直流电流为IdM时，在另一回接地极线路上分得的电流为。

当Ⅱ回单极大地回线运行在额定功率时电流为3 200 A，则分流至Ⅰ回的电流则为187 A，考虑故障闭锁导致的单极大地运行极3 s过负荷能力为1.4倍则分流电流为262 A，2 h过负荷能力为1.2倍则分流电流为225 A。此分流电流将严重危及接地极线路上或换流站内接地极刀闸靠线路侧检修人员的人身安全，并可能在单极金属与单极大地回线转换过程中出现带电流分开关或刀闸的情况。

3　单极金属与单极大地回线转换过程中分流电流对保护的影响

由于换流器保护区、直流母线保护区、直流滤波器保护区和直流线路保护区的保护范围没有涉及接地极部分，因此主要分析极中性母线保护区、双极保护区和接地极线路保护区的保护受影响情况。双极区保护测点及配置如图3所示[3]。

图3　双极区保护测点及配置

单极金属与单极大地回线方式转换过程中，接地极接入，站高速接地开关合上时，此时通过接地极线路、接地极刀闸、站高速接地开关形成回路，造成Idee1、Idee2、Idee4量(正常方式下应为0)相关的保护受到影响，且此时Idee1+Idee2=Idee4=ΔI。取Idee1、Idee2、Idee4量的保护主要为接地极开路保护59EL、接地极电流不平衡保护60EL、接地极过流保护76EL、接地极母线差动保护87EB、金属回线接地保护51MRGF、高速接地开关保护82-HSGS、站接地网过流保护76S G[4]。

3.1接地极开路保护59EL

接地极开路保护59EL逻辑为UdN>U_set&(|Idee1+Idee2|

Idee1、Idee2仅作为防止感应电压的辅助判据，且分流过来的电流使得|Idee1+Idee2|增大，与59EL逻辑相反。根据牛从直流共用接地极研究报告，共用接地极对地电位抬升值△U仅提高0.58 kV，远远小于接地极线开路保护的定值。所以因共用接地极引起的分流和中性母线电压升高均不会造成59EL动作。

3.2接地极电流不平衡保护60EL

Ⅰ回接地极线路上分得的电流在Idee1和Idee2测点上仍将相同，所以接地极电流不平衡保护60EL不会受到影响。

3.3接地极过流保护76EL

接地极过流保护76EL逻辑为:|Idee1|>I_set或|Idee2|>I_set，且检测接地极接入，报警定值为0.75 pu=2 400 A，动作定值为0.85 pu=2 720 A。

根据分析可知，分流电流远远小于定值，且不满足接地极接入的条件。所以对接地极过流保护76EL无影响。

3.4接地极母线差动保护87EB

单极金属回线运行时接地极母线差动保护87EB逻辑为：|IdLN1-IdLH_OP-(Idee1+Idee2+Idee4)|>I_set+k_set*IdLN1。告警定值为0.05 pu=160 A，k_set=0.1,I_set=0.06 pu=192 A，告警时间为1 s，单极方式下动作时间定值为600 ms，动作后直接跳闸。

判别式可简化为2ΔI>192+0.1*IdLN1，将ΔI=0.058 5Id代入其中即为0.117Id>192+0.1*Id，此时对应Ⅱ回单极大地运行功率为大于5 647 MW，由于不可能达到此功率，所以87EB保护不会动作。但是该保护的报警定值为160 A、报警时间定值为1 s，可知电流大小有可能达到告警定值，此时对应的Ⅱ回单极大地运行极功率为大于684 MW。在正常情况下，单极金属回线方式转单极大地回线方式的暂态过程时间小于保护告警时间定值，保护不会报警，但在转换过程中考虑开关各次动作时间的差异和分布，以及发生站接地开关拒动的可能，则87EB保护可能满足时间定值而报警。在单极大地回线方式转单极金属回线方式转换过程中，如果接地极刀闸在分闸过程中切断电流的时间若满足保护动作时间定值，或者接地极刀闸拒动，则87EB保护可能报警。

3.5金属回线接地保护51MRGF

金属回线接地保护51MRGF逻辑为：金属回线方式下，|Idee1+Idee2+Idee4|>I_set+k_set*IdLN。告警定值60 A，告警时间定值60 ms，k_set=0.1，I_set=100 A，动作时间定值800 ms。

在方式转换的暂态过程中保护仍按单极金属回线方式考虑，判别式可简化为2ΔI>100+0.1*IdLN。将ΔI=0.058 5Id代入其中即为0.117Id>100+0.1*Id，此时对应Ⅱ回单极大地运行功率为大于2 941 MW(1.84倍额定电流)，由于不可能达到此功率，所以51MRGF保护不会动作。但是该保护的报警定值为60 A、报警时间定值为60 ms，可知有可能达到告警定值，此时对应的Ⅱ回单极大地运行极功率为大于256 MW时。

牛从直流某日在调试过程中，Ⅰ回极1为备用状态、Ⅰ回极2在单极金属回线方式闭锁状态、Ⅱ极1在单极大地回线解锁状态。运行人员发出Ⅰ回极2由金属回线转大地回线方式的命令后，该极金属回线接地保护51MRGF报警，约1.3s后信号复归。原因为Ⅰ回极2由金属回线转大地回线方式过程中，短暂出现接地极接入，站高速接地开关合上的工况，此时Ⅰ回极2金属回线状态信号尚未消失，造成Ⅱ回极1接地极电流分流至Ⅰ回，达到报警定值从而发51MRGF保护报警。

3.6高速接地开关保护82-HSGS

高速接地开关保护82-HSGS逻辑为：站接地开关HSGS指示分闸位置后，满足|Idee4|>I_set，I_set=75 A，动作时间定值为40 ms，动作后果为发重合快速接地开关HSGS命令，并锁定开关。

在Ⅰ回为单极金属回线方式与单极大地回线方式互转的暂态过程中，站接地开关HSGS在合位，不满足判据中的HSGS分位要求，82-HSGS保护不会动作。

3.7站接地网过流保护76SG

站接地网过流保护76SG的逻辑为：|Idee4|>I_set。报警定值为60 A，报警时间定值为2 s；双极运行时动作定值为80 A，动作时间定值为1 700 ms，单极运行时动作定值为100 A，动作时间定值为900 ms。

在方式转换过程中，Idee4=ΔI可能大于动作定值100 A，即Ⅱ回运行功率大于855 MW。正常情况下单极金属回线方式转单极大地回线方式的暂态过程为90 ms左右，小于保护动作时间定值，保护不会动作，但在转换过程中考虑开关各次动作时间的差异和分布，以及发生站接地开关拒动的可能，则76SG保护可能满足时间定值而动作。在单极大地回线方式转单极金属回线方式转换过程中，如果接地极刀闸在分闸过程中切断电流的时间若满足保护动作时间定值，或者接地极刀闸拒动，则76SG保护可能动作。

4　结语及建议

牛从直流因共用接地极，两回之间既相互独立又相互联系，当一回为单极大地回线运行时，若另一回接地极区域存在接地点，如接地极线路检修或单极金属与单极大地回线方式转换过程中短暂出现的接地极接入站接地开关合上的工况时，将在另一回产生分流，此分流电流与单极大地运行极的功率成正比关系，并可能对人身、设备造成伤害，以及导致保护误动：

(1)若另一回接地极线路或换流站内接地极刀闸靠线路侧设备检修时，接地极线路地刀合上或接地极线路上悬挂有接地线，单极大地运行极的入地电流将分流至检修的接地极线路上，严重威胁接地极线路或换流站内检修人员的人身安全。

(2)另一回单极金属与单极大地回线转换过程中出现带电流分开关或刀闸的情况，损伤设备。

(3)若单极大地运行极的功率较大，另一回在单极金属与单极大地回线转换过程中，存在金属回线接地保护51MRGF、接地极母线差动保护87EB报警和站接地网过流保护76SG动作跳闸的可能性。

为避免入地电流分流至另一回造成的影响，建议采取如下措施：

(1)严禁接地极极址刀闸未拉开、与另一回接地极未有效隔离的情况下在接地极线路上或换流站内接地极刀闸靠线路侧设备上开展检修工作，以防止另一回的入地电流分流至检修回对人员造成伤害。

(2)一回单极大地回线方式运行时，应尽量避免在解锁状态下进行另一回单极大地回线与单极金属回线方式的相互转换，防止转换过程中入地电流分流造成87EB、51MRGF、76SG等保护可能动作或报警。

(3)必须在解锁状态下进行单极大地回线与单极金属回线方式的相互转换时，应尽量避免另一回在单极大地回线方式运行，且功率不得过大，防止转换过程中带过大的电流分断开关或刀闸，更不得超过855 MW可能造成76SG保护动作。

(4)研究存在通过共用接地极分流情况下，单极大地回线与单极金属回线相互转换过程中，接地极刀闸和站高速接地开关切断电流的时间与76SG保护延时的配合关系，并进行优化，防止转换过程中76SG保护动作跳闸。

[1]王春成.共换流站±500 kV同塔双回直流输电工程控制系统的分层结构[J].电网技术,2010,34(8):74-75.

WANG Chun-cheng. Hierarchical structure of control system for ± 500 kV DC power transmission project adopting common converter station and double circuits on the same tower [J]. Power System Technology, 2010，34(8)：74-75．

[2]中国南方电网超高压输电公司广州局.从西换流站运行规程[S]. 广州：中国南方电网超高压输电公司广州局,2013.

(本文编辑：赵艳粉)

Effects of Shared Grounding Electrode With Double Circuit Lines on the Same Tower on the Conversion Between Unipolar Metal Loop and Unipolar Earth Loop

WANG Meng, CHEN Hao

(Guangzhou Bureau, Southern Power Grid EHV Power Transmission Company, Guangzhou 510405, China)

Niuzhai Conghua HVDC project is the construction of the shared grounding electrode with double circuit lines on the same tower. There exists the transient process of grounding electrode connection and high speed grounding switch closing during the conversion of one unipolar metal loop to monopole earth loop. If at this time the other loop is unipolar earth line, the grounding current will produce shunt. This paper analyzes the mechanism of monopole earth loop grounding electrode current producing shunt to the other loop, describes the shunt current influence on protection, and puts forward the preventive measures and suggestions.

Niuzhai Conghua HVDC project；shared grounding electrode; unipolar metal loop

10.11973/dlyny201604007

王蒙，男，工程师，研究方向为高压直流输电。

TM771

A

2095-1256(2016)04-0438-04

2016-03-18