500kV仁永双线N-1且双极低功率运行方式下的风险分析及控制措施

卯明旺 晏庆丰

摘要：对永富直流孤岛判别装置的判别策略及低功率被动进入孤岛闭锁双极的逻辑原理进行分析，结合±500kV永仁换流站500kV仁永双线当时的输送功率，分析500kV仁永双线在N-1运行模式且双极处于低功率运行时，线路发生故障造成的后果及风险，并提出控制措施。

关键词：低功率;孤岛;闭锁双极;N-1

引言

±500kV永仁换流站500kV GIS交流场采用3/2接线，共有4回出线，至500kV观音岩水电站2回，至500kV仁和变电站2回。2018年12月22日，为配合500kV仁和变电站停电，本站按调度命令将500kV仁永乙线转为热备用状态，当前双极输送功率1050MW。期间接调度通知在500kV仁永乙线途经的山林中发生山火，要求关注相关设备的运行状况。针对此时特殊的运行方式，运行人员进行了事故预想。若500kV仁永甲线线路因山火跳闸，且双极输送功率低于1100MW，则极控将在15ms之后闭锁双极，造成±500kV永仁换流站500kV I、II、VI、VII、VIII段母线及35kV I、II段母线失压，仅依靠外引的35kV永仁换流站线供着站内低压交流负荷。按照《中国南方电网有限责任公司电力事故事件调查规程》，最高可能造成一级事件风险;对于永富直流来说，造成了不必要的停电，影响了直流输电的可靠性。

1、永富直流孤岛判别系统功能说明

永富直流孤岛判别系统由±500kV永仁换流站孤岛判别装置与500kV仁和变孤岛判别装置构成，按双套系统设置，设A系统、B系统。两套系统相互独立，互为备用运行。孤岛判别系统的功能通过±500kV永仁换流站、500kV仁和变的开关位置信号，并结合部分电气量信号，判断永富直流输电系统云南侧是否处于孤岛运行状态。

1.1 在500kV仁和变电站和±500kV永仁换流站通信正常时孤岛判别过程：

开关断开判断→线路某侧与变电站隔离判断（3/2接线）→线路停运判断→孤岛判断。

每一过程的具体判定原理如下：

开关断开判断：本系统对每个开关均接入3相HWJ信号，当开关任2相断开则判为该开关断开。

线路某侧与变电站隔离判断（3/2接线）：若线路在某一变电站的边开关断开，同时中开关或同一串的另一边开关断开，则判为线路与该变电站没有直接的电气联系

线路停运判断：线路两端任一端与其所在的站隔离且其功率绝对值小于投运功率则判为该线停运。

孤岛判断：当500kV仁永双线均断开则判为永仁换流站运行在孤岛状态下。

1.2 孤岛信号的输出

孤岛判别装置A柜上切换把手有四个档位：置孤岛状态、置联网状态、A套运行、B套运行。正常打在“A套运行”，若A套异常，需手动切换到“B套运行”;当A套、B套孤岛判别装置均不能正常判别孤岛状态时，可根据调度要求，切换至“置孤岛状态”或“置联网状态”。

孤岛判别系统的判断结果、人为设置的孤岛状态或联网状态通过装设在孤岛判别A柜上的切换把手进行切换。当该把手打在“置孤岛状态”时，送给稳控系统与直流极控系统的状态强制置为“置孤岛状态”;“A套运行”时，送给稳控系统与直流极控系统的状态为A套孤岛判别系统的判断结果;“B套运行”时，送给稳控系统与直流极控系统的状态为B套孤岛判别系统的判断结果;“置联网状态”时，送给稳控系统与直流极控系统的状态强制置为“联网状态”。

1.3“永富直流被动跳入孤岛后主动闭锁直流双极”功能的逻辑介绍

2018年6月，永富直流送端增加“永富直流被动跳入孤岛后主动闭锁直流双极”功能，其逻辑功能图如图1所示：

永富直流双极在解锁状态且被动进入孤岛闭锁双极功能投入情况下，当500kV仁永双线交流功率低于Pset1或Pset3（Pset1和Pset3值相等，后台整定为50MW）、直流功率低于Pset2（后台整定为1100MW），且收到安稳装置开出的孤岛模式投入信号时，直流站控系统延时T1（5ms）时间后切换，切换后的系统的判定结果和之前一致，将在T2（15ms）时间闭锁双极。

2、双极闭锁过程分析

本站的500kV断路器重合闸方式选择为单相重合闸方式，针对此次事故预想中的双极闭锁原因分析：

1.如果500kV仁永甲线因山火单相故障

断路器跳闸后，断路器的自动重合闸功能将启动，跳开故障相后重合一次。如故障为瞬时故障，重合闸动作成功。此过程中，因为断路器只跳开1相，不满足孤岛判别装置对开关断开的判别条件，后重合闸动作成功，所以此时单相故障对永富直流双极运行没有影响。

2.如果500kV仁永甲线线路故障时重合闸动作不成功或断路器多相跳闸

（1）系统将通过5061、5062开关断开判定500kV仁永甲线本侧线路隔离，同时因500kV仁永甲线线路功率低于投运功率，系统最终判定500kV仁永甲线线路停运。

（2）因此时500kV仁永双线都处于停运状态，孤岛判别装置将判定±500kV永仁换流站运行在孤岛状态下，孤岛判别装置判断输出的孤岛运行方式ISLAND OPERATION信号经过硬接线送到直流站控系统。因当前双极输送功率低于1100MW，孤岛低功率闭锁功能会在5ms后启动直流站控系统切换，同时为保证该信号ISLAND OPERATION判斷的准确可靠，运行人员控制系统（以下简称HMI）也设计有孤岛运行方式的命令输出，经过LAN网也送到直流站控系统，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HMI的孤岛运行方式状态，输出最终的孤岛运行方式ISLAND OPERATION信号给HMI显示和极控（如图2所示），极控系统收到该信号15ms后，由孤岛低功率闭锁功能启动双极ESOF。同时将直流停运的信号送至稳控装置，由稳控装置向观音岩电厂发出切机命令，导致500kV观永甲乙线跳闸;此时，±500kV永仁换流站500kV I、II、VI、VII、VIII段母线、500kV 1、2号站用变压器及35kV I、II段母线将失压，造成大面积的停电，站用低压交流系统仅仅依靠35kV永仁换流站线供电。

综上所述，500kV仁永双线N-1的情况下，且永富直流双极输送功率低于1100MW时，500kV仁永双线供电的线路跳闸，将引发永富直流双极闭锁，造成电网一级事件，影响永富直流的输电可靠性，对±500kV永仁换流站站内高压交流系统造成冲击。

3、控制措施

在±500kV永仁换流站500kV仁永双线N-1时，且永富直流双极输送功率低于1100MW时，为避免永富直流发生双极闭锁造成500kV交流等系统失压的风险，建议将被动进入孤岛闭锁双极功能禁用，这样当500kV仁永双线中的供电线路因故障跳闸后，直流站控将±500kV永仁换流站判定为孤岛，但因被动进入孤岛闭锁双极功能被禁用，此时永富直流双极虽然低功率运行，但不会闭锁双极，从而提高永富直流输电的可靠性。

结束语：

本文针对±500kV仁永双线单回线供电且双极处于低功率运行时可能造成的电网风险进行分析，通过对孤岛判别系统的判别策略及永富直流被动跳入孤岛后主动闭锁直流双极的功能原理进行研究，提出相应的控制措施。以提高直流输电的安全可靠性。

参考文献：

[1]永富直流送端开机方式策略优化方案定值说明. 云南电网有限责任公司电力科学研究院

[2]永仁换流站 .±500kV永仁换流站运行规程[Z].云南电网有限责任公司楚雄供电局，2016.

[3]永富直流孤岛判别系统功能说明书.南京南瑞继保电气有限公司，2016

[4]PCS-921N断路器失灵保护及自动重合闸装置说明书.南京南瑞继保电气有限公司

作者简介：卯明旺，出生于1994年，男，助理工程师，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;

晏庆丰，出生于1987年，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。