永富直流回送对砚山稳控系统影响研究

陈义宣，何烨，李玲芳，高杉雪

（云南电网有限责任公司电网规划建设研究中心，云南 昆明 650011）

0 前言

永富直流工程额定直流电压±500 kV，额定功率3000 MW，起于云南楚雄州永仁县，止于云南文山州富宁县。永富直流大量运用了新技术新设备，首次在直流输电系统中应用直流输电全送、分送新技术，可实现3000 MW电力全送云南、全送广西及分送云南和广西各1500 MW 三种运行方式。随着文山地区电解铝不断投产，滇东南地区的负荷快速增长，计划安排永富直流回送云南，缓解地区电网主要断面送电压力。

文山电网是个弱受端电网，电磁环网复杂，电压及热稳定问题突出，目前配有砚山稳控系统，500 kV 红砚双回、500 kV 砚富双回等线路发生N-2 故障，采取相应的切负荷措施。随着永富直流回送云南，交直流系统相互影响，稳控系统将更加复杂，需对永富直流回送云南对砚山稳控系统影响进行分析。

本文分析了永富直流回送云南，文山地区电网稳定特性变化，研究其对砚山稳控系统影响，提出砚山稳控系统改造方案。

1 砚山稳控系统现状

砚山稳控系统（如图1 所示）目前有7 个厂站，其中500 kV 砚山变为控制主站，1 个监测站为220 kV 文山监测站，5 个执行站，分别为500 kV 富宁变、220 kV 魏桥铝C、220 kV马塘铝、220 kV 神火铝I、220 kV 神火铝II。

图1 砚山稳控系统现状

砚山稳控系统主要用于解决红河～砚山双线、砚山～富宁双线N-2 后的热稳定或电压稳定问题；解决砚山主变N-2、富宁主变N-2 热稳定问题。

2 永富直流回送云南稳定特性变化

500 kV 天星、柳井输变电工程全部投产后，文山地区通过5 回500 kV 线路（鲁天双线、红砚双线、通柳单线）及2 回220 kV 线路（文南双线）与主网联系。永富直流回送云南后，鲁天双线N-2、红砚双线N-2、砚富双线N-2 稳定情况可以看出，永富直流回送虽然减轻了文山相关交流断面功率，但电压稳定问题依然突出，对提高地区电压稳定水平有限。主要因为交流线路发生故障后，在暂态低电压的过程中，直流回送量大大减小，如图2 所示。

图2 暂态低电压的过程中永富直流功率变化曲线

因此，文山电网电压稳定性及切负荷量大小与直流运行回送量及直流的运行状态弱相关（基本无影响），与文山地区负荷强相关，而文山地区负荷可通过式（1）计算得到：

其中交流断面功率P交=鲁→天双线+红→砚双线+通→柳单线+南→文双线7 回断面有功潮流；

永富直流回送功率P直=富→砚双线有功+富→柳单线有功+富宁4 台主变下网有功。

因此砚山稳控系统与永富直流稳控系统可解耦，两者无须进行信息交互。

3 砚山稳控系统改造

砚山稳控系统除了应适应表1 的稳定特性变化外，由于砚山～富宁线路N-2（柳井投产后，柳井～富宁检修时），直流无法稳定运行，需配置最后断路器保护及采用电气量作为主判据。

3.1 配置最后断路器保护

柳井投产后，柳井～富宁检修时，当发生砚山～富宁线路N-2 故障，富宁侧的有效短路比仅为1.7，为极弱系统，直流不能稳定运行。

因此，为适应永富直流回送，有效保护直流设备的正常运行，需在富宁站（改造）和砚山站（改造）配置最后断路器保护装置，当砚山～富宁双线发生N-2 故障，主动闭锁永富直流。

若砚山断路器装置判出砚山～富宁双回线路砚山侧500 kV 最后断路器跳闸，则向富宁站最后断路器装置发送闭锁云南侧直流命令，富宁断路器装置综合判断后再发送闭锁信息给富宁换流站直流控保系统，通过富宁换流站直流控保系统最终闭锁直流。具体如图3 所示。

图3 富宁换流站最后断路器与直流控保接口图

3.2 采用开关量作为无故障跳闸主判据

神火铝I 和神火铝II 全部达产后，500 kV富宁变最大下网负荷将超过1800 MW，若永富直流回送量与富宁变下网功率基本相等，则砚山～富宁双线有功潮流基本为零。此时若发生砚山～富宁N-2 故障，由于永富直流无法稳定运行，需主动闭锁，永富直流闭锁后，潮流转移至220 kV 砚山～松林坡等断面，存在电压稳定及热稳定问题，需联切神火铝负荷。

目前，基于电气量的无故障跳闸判据主要是根据跳闸前后的有功、电流等电气量变化进行判别。若故障前线路有功在零功率附近，由于无故障跳闸后线路有功、电流等电气量变化不明显，稳控装置将无法准确判出线路跳闸，装置将拒动。

因此，针对砚山～富宁双线低功率发生故障仍有电压稳定问题等情况，需采用开关量作为无故障跳闸主判据，开关量判线路跳闸需满足3 个条件：

1）边或中开关至少有A、B、C 一相以上变位；

2）边、中开关均停运（故障前至少有一个开关为运行）：即由运行→停运；

3）线路有功绝对值大小低于投运功率定值（防误）。

具体逻辑框图如图4 所示。

图4 开关量无故障跳闸判据逻辑框图

4 结束语

永富直流回送，减轻了文山地区电网相关断面潮流，有利于缓解红河～砚山等线路N-2后的热稳定问题，但电压稳定问题依然突出，仍需采取切负荷措施。文山电网电压稳定性及切负荷量大小与直流运行回送量及直流的运行状态弱相关，与文山地区负荷强相关，砚山稳控系统与永富直流稳控系统可解耦。

永富直流回送后，根据电网稳定特性变化，需对砚山稳控系统进行改造；在砚山、富宁配置最后断路器保护装置；采用开关量作为砚山～富宁线路无故障跳闸主判据，以提高文山地区电网稳定水平。