永富直流孤岛运行方式风险分析及控制措施

晏庆丰 何亮 韩广宇 余方强

摘要：本文对±500 kV永仁换流站在孤岛运行方式下存在的风险进行分析，并针对各风险点提出有效控制措施，为运行人员运维工作提供可靠保障，从而加强对永富直流孤岛运行方式下的风险管控，确保孤岛方式下永富直流安全稳定运行。

关键字：孤岛;控制措施;风险管控;安全稳定

0前言

永仁换流站是永富直流工程的送端站，由于年度检修、故障跳闸等原因将会导致永仁换流站在孤岛方式下运行，而孤岛方式下，永仁换流站存在较大的运行风险，一旦发生直流双极闭锁，不但会造成切机切负荷的同时，还会给站内相关设备带来较大损害。本文主要分析永仁换流站孤岛方式下的风险，并提出相对应的控制措施，为运行人员运维工作重点提供方向，确保孤岛方式下永富直流的运行风险得到有效控制。

1孤岛运行方式介绍

孤岛方式是指永仁换流站断开与主网交流系统联系的运行方式，与观音岩电厂及直流线路构成独立电网系统，由观音岩水电厂经永仁换流站直流双极单独向富宁换流站供电。

2孤岛方式的判别逻辑

永仁换流站配有单独的孤岛判断装置，根据永仁换流站与云南主网以及电厂的连接运行方式来判断送端是否为孤岛运行方式。孤岛判别装置判断输出的孤岛运行方式信号经过硬接线送到直流站控系统。为保证该信号判断的准确可靠，运行人员控制系统也设计有孤岛运行方式的命令输出，经过LAN网送到直流站控系统。最终在直流站控系统的软件中综合判断来自孤岛判别装置和运行人员控制系统的孤岛运行方式状态，输出最终的孤岛运行方式信号给运行人员工作站显示和极控系统，用于孤岛方式下的控制逻辑判断。

3孤岛方式下风险分析及控制措施

3.1孤岛方式下过电压风险及控制措施

孤岛运行方式下永富直流若发生双极闭锁，根据调试结果得知最高暂时过电压将达到1.6倍额定电压，500kV 母线的过电压将随着站用变压器传递到变压器的低压侧，导致站用10kV 及400V 交流系统出现过电压。过电压将给相应的一、二次设备带来风险。在二次方面，永仁换流站500kV 站用变压器电气量保护采用了两套南瑞继保生产的PCS-978Z 变压器保护，该保护装置与过电压相关的保护功能有过激磁保护。过电压存在导致500kV站用变的过激磁保护误动的风险，从而扩大停电范围，针对该风险以及结合暂态过电压的衰减过程分析，提出对应防范措施，将站用变过激磁保护的动作时间整定适当延长，使其躲过暂态过电压的恢复时间，从而降低了因系统故障导致站用变过激磁保护误动的可能性，提高了供电的可靠性。

3.2 孤岛方式下低电压风险及控制措施

孤岛运行方式下，若发生交流线路故障或500kV 断路器拒动，永仁换流站母线电压最低可降至0.6倍额定电压。500kV 母线的低电压将随着站用变压器传递到变压器的低压侧，导致站用10kV 及400V 交流系统出现低电压。交流低电压还会导致直流充电机的交流输入电压质量降低，使直流输出电压不满足要求，造成保护装置掉电重启，严重时将低于保护动作电压，若电网发生故障保护无法及时切除故障，将导致设备越级跳闸。为了该风险得到控制，在孤岛运行期间可将站外35kV 永仁换流站线备用电源变作一路主供电源使用;500kV 1号站用变作为10kV Ⅰ段母线的备用电源;500kV 2号站用变作为10kV Ⅱ段母线的主电源供电。当电网确实因故障导致母线电压降低时，还可以由外引备用电源可靠供电。

3.3孤岛方式下阀冷系统及备自投装置安全运行情况分析及预控措施

为了减少由于站用交流电源消失导致的直流停运，站用交流电源系统通过引入备用交流电源和在10kV 及400V 母线分段断路器装设备自投等方法增强其可靠性，阀冷却系统PLC设计了双路交流电源切换功能保证阀冷却系统持续供电。

阀冷却系统交流电源分别取自两段的400V 交流母线。冷却系统控制器设置的双路交流电源切换功能监视两路交流母线电压，当正在使用的交流母线电压低于0.8p.u后阀冷却系统PLC 控制交流接触器进行电源切换。在孤岛运行方式下，站用电备自投系统及阀冷系统将存在以下问题：永仁换流站的站用电结构中有两路取自500kV 交流母线，在永富直流进入孤岛运行方式之后，由于送端系统较弱，当出现送端交流系统线路故障后永仁换流站的交流母线电压和频率都会出现较大波动，在500kV 系统出现长时间的低电压的情况下，400V 站用电系统也将出现较长时间的低电压。在阀冷却系统的控制器中对于400V 交流母线电压有要求，当单路电压低于0.8p.u时控制器会将阀冷电源切换到电压正常的一路。如果双路电源均长时间低于0.8p.u.则会出现阀冷系统跳闸，最终导致双极发生直流闭锁。根据永仁换流站目前的站用电结构及阀冷却系统对交流电源要求，可以采用以下方式进行相关改造以满足孤岛方式下站用电备自投系统及阀冷系统的安全运行需要。针对阀冷两路进线电源同时出现短时欠压的现象，在两路进线电源出口处的电压监视回路加装低电压延时跳闸继电器，该继电器整定时间为秒级，对于不同欠压程度（85%、80%、70%、60%、50%）的延时整定值不同。当两路电源同时出现长时间欠压情况时，两路电源电压监视回路将通过延时继电器发闭锁信号到相应的阀组控制系统，这样就避免了因系统短时故障导致电压不满足要求造成直流闭锁的风险，

3.4孤岛方式下双极闭锁后交流滤波器和换流变进线断路器跳闸时序产生过电压分析及改进建议

孤岛运行方式下直流系统发生双极闭锁时，由于发电机带长线路运行以及换流站配置有大量无功补偿设备，会在换流站交流系统上产生幅值很高的暂时过电压。根据前期孤岛仿真试验得知永富直流双极闭锁时产生的操作过电压水平在1.59p.u.～1.65p.u.之间。直流闭锁后换流阀无功消耗几乎为零，且大量的交流滤波器挂在网上，在交流线路有功为零的情况下无功交换也为零。根据直流控制与保护系统的动作逻辑时序，在发生双极闭锁故障后，换流变进线断路器先于交流滤波器小组断路器跳开关，这样会造成交流母线电压水平大幅度升高，严重威胁一次设备的安全运行。为了避免该风险，需修改极控程序，使其满足直流双极闭锁100ms内切除所有滤波器，切除后延时约30ms跳开换流变进线断路器，确保在换流变断路器动作跳閘之前，交流滤波器组已经被全部切除，没有剩余无功容量。避免了无功过剩造成母线过压损坏设备。

4总结

本文分析了永富直流在孤岛运行方式下站用电系统、站用变过激磁保护、阀冷系统、过电压、低电压、阀冷系统等方面存在的运行风险，并针对每项风险提出了对应的控制措施，为运行人员在孤岛方式下的工作提供了重要帮助，可以大大提高运维人员的事故应急处置能力。

参考文献

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作者简介：

晏庆丰（1987），男，工程师，学士，云南电网有限责任公司楚雄供电局变电运行所，从事变电运行与维护及高压直流输电技术方面的研究工作，18760869863，（e-mail）724508286@qq.com 。