许卫刚;张志宏;单哲;査申森;汪道勇
【摘 要】为防止逆变站交流系统甩负荷后引起的严重过电压,通常会在逆变站安装最后断路器保护.在±800kV向家坝-上海直流工程中,ABB公司采用了不同于常规直流的最后断路器保护设计理念.从保护信号采集、保护逻辑、存在隐患等方面,阐述了特高压直流和常规直流中的最后断路器保护,并进行了对比分析.指出了常规直流最后断路器保护在设计上的局限性以及特高压直流最后断路器保护在运行中可能存在的问题,并提出了改进意见.该研究有助于提高现有直流工程的运行可靠性,并对将要投产的特高压直流工程的运行维护工作有一定指导意义.
【期刊名称】《江苏电机工程》
【年(卷),期】自由设计2010(029)005
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【总页数】5页(P6-10)
【关键词】特高压直流;常规直流;最后断路器保护;过电压
【作 者】许卫刚;张志宏;单哲;査申森;汪道勇
【作者单位】常州供电公司,江苏,常州,213003;常州供电公司,江苏,常州,213003;常州供电公司,江苏,常州,213003;江苏省电力设计院,江苏,南京,211102;国网运行分公司,上海,201708
【正文语种】中 文
【中图分类】超级解霸2000TM86
最后断路器保护是直流工程逆变站的重要保护。当逆变侧失去交流电源后，由于换流母线上连接的大量无功补偿设备不能立即切除，如果直流系统未能及时闭锁，直流系统将会继续向其充电，从而引起严重的暂时过电压，对阀、避雷器、换流母线等造成影响[1-3]。为了防止这种情况的发生，在高压直流输电系统的逆变站中通常都安装了最后断路器保护，以确保在发生上述情况时可以迅速将阀闭锁[4]。但是在常规直流的实际应用中，该保护暴露出一些问题，存在安全隐患。因此在±800 kV向家坝-上海直流工程中，ABB公司采取了不同的保护设计思路。文中对特高压直流和常规直流最后断路器保护进行了对比分析，指
出了可能存在的隐患，并提出相应的整改建议。对目前在运的直流换流站和将投产的特高压直流换流站的运行维护工作有一定指导意义。
1常规直流最后断路器保护
1.1保护信号
常规直流中的最后断路器保护，通常需要采集交流场的开关量和运行参数作为动作判据，交流场接线如图1所示。
图1交流场接线
通过采集断路器和隔离开关的接点信号，从而判断该间隔是否在隔离状态。一个断路器单元（包括一个断路器和两把隔离开关）中只要有一个设备在拉开位置，即判定该断路器单元在隔离（Disconnect）状态；当交流出线对应的边断路器单元和中断路器单元或两个边断路器单元都为隔离状态时，即判定该间隔在隔离状态。图2为通过断路器和隔离开关接点判断交流间隔是否隔离的逻辑，其中拉开为1，合上为0。 图2来自接点的间隔隔离逻辑
1.1.2 线路电流信号
当故障发生在站外而不是站内时，无法通过断路器和隔离开关的分合接点来判断间隔是否隔离，因此必须加入电流的判据。当交流出线上的电流值低于电流参考值（政平站该参考值为50 A，华新站该参考值为70 A），且直流极为解锁状态时，即可判定该间隔为隔离状态。图3为通过电流判断交流间隔是否隔离的逻辑。
图3来自电流的间隔隔离逻辑
1.1.3 断路器跳闸信号
供配电系统设计通过采集断路器跳闸接点（early_make）信号来判断该间隔是否为跳闸状态（trip）。当交流出线对应的边断路器单元为隔离状态时，另外两个断路器只要有一个跳闸；或另两个断路器为隔离状态时，交流出线对应的边断路器跳闸，即可判定该间隔为跳闸状态。此外，在对侧交流站也装有最后断路器装置，它是一个PLC装置，通过对线路相关的本站断路器和隔离开关位置接点进行判断分析，并结合相关保护动作信号，从而确定是否给换流站发
跳闸信号[5，6]。图4为判断交流间隔是否跳闸的逻辑。
图4间隔跳闸逻辑国际能源机构
1.2保护逻辑
当一个间隔处于隔离状态时，如果发生另一个间隔跳闸的事件，最后断路器保护就会动作，使双极闭锁。如图5所示，当W1间隔在隔离状态时，如果W2间隔发生跳闸事件，同时还满足以下条件：（1）直流在解锁状态；（2）本系统为工作系统；（3）本站为逆变站，最后断路器保护就出口跳闸。当W2间隔为隔离状态时，跳闸逻辑也一样。动作后果为：（1）双极Y闭锁；（2）跳开交流侧换流变出线开关；（3） 启动开关失灵保护；（4） 启动故障录波；（5） 闭锁禁止切换系统。
此外，当一个间隔隔离而另一个间隔不隔离时，系统会发出“只剩一条线路（only one line left）”的告警，提醒运行人员注意。该逻辑是通过异或门（相同为0，相异为1）来实现的。图5为常规直流最后断路器保护跳闸逻辑，来自ABB设计的三-常直流工程政平换流站Hidraw软件。
图5常规直流最后断路器逻辑
1.3存在隐患
正常情况下，采用上述保护逻辑是没有问题的，常规3 000 MW的直流系统的最小功率是300 MW（低于最小功率时，极会闭锁）。在只有两条线路的情况下，如果线路电流低于50 A或70 A时，两条交流线路的功率相加才50～70 MW，此时极早已闭锁。但在特殊运行工况下却可能存在安全隐患，龙政直流逆变侧政平换流站就存在这样的问题。
胆盐政平站建站之初，在从500 kV武南站来的两回线路（政武5273线，政南5274线）上安装了最后断路器保护，2004年政平站扩建了到岷珠站的两回交流线路：岷政5271线，岷平5272线。由于岷珠站只有两台750 MW的主变，在失去5273线，5274线的情况下，不足以支撑龙政直流额定功率运行，因此5273线，5274线的最后断路器保护仍保留了下来（5271线，5272线上没有设置最后断路器保护）。在秋冬季直流小功率运行方式下,受交流系统潮流影响，直流输送的大部分功率经过5271线和5272线送到岷珠站去，在5273线和5274线上输送的功率很小，有时功率潮流方向甚至会反向，即武南站的功率通过5273线和5274线转送到岷珠站。在这种情形时，5273线，5274线中的一次电流有效值就有可能
在50 A以下，按照保护逻辑（见图3），软件会将本处于运行状态的间隔误判为处于隔离状态，若此时5273线和5274线两条线路中一条电流小于50 A，另一条发生故障引起线路保护动作跳闸，政平站最后断路器保护将会动作并导致直流双极Y闭锁。而实际上，此时的交流出线并未全部断开，系统不应该向换流器发出闭锁指令。而且这样的小功率完全可以通过5271线和5272线送到岷珠站，没必要双极闭锁。因此，在上述这种特殊的运行方式下，直流系统的可靠性被大幅度降低。
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