楊躍輝，王 磊，楊貴軍，葛 菁，鄧柱鋒，鐘正旋，王 坤，陳田濟(jì)帆

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局，貴州興義562400）

0 引言

云南電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)工程魯西背靠背換流站（簡稱魯西站）采用常規(guī)直流和柔性直流并列運(yùn)行，是云南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)主網(wǎng)架異步聯(lián)網(wǎng)的北通道，是南方電網(wǎng)主網(wǎng)架與云南電網(wǎng)之間的安全閥，投運(yùn)后可以提高整個南方電網(wǎng)主網(wǎng)架的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

常規(guī)直流在運(yùn)行過程中，不考慮換相過沖時換流閥上承受的電壓最大值達(dá)到換流器理想空載直流電壓的 3π倍，即換流變閥側(cè)繞組線電壓的峰值[1-6]。由于交流系統(tǒng)暫態(tài)過電壓、換流器換相失敗或丟失脈沖等故障時，在直流側(cè)可能產(chǎn)生較大的過電壓。為了防止直流過電壓對換流閥的威脅，通常在換流閥上并聯(lián)非線性好、滅弧能力強(qiáng)、通流容量大的氧化鋅避雷器，釋放能量，緩解換流閥上存在的應(yīng)力[7-13]。

魯西站常規(guī)直流于2016年6月份開始調(diào)試，在調(diào)試過程中，在交流系統(tǒng)短路故障、模擬丟失除觸發(fā)脈沖等試驗(yàn)時，多次出現(xiàn)換流閥上并聯(lián)的直流避雷器動作。筆者結(jié)合魯西站常規(guī)直流調(diào)試過程中的直流避雷器動作情況進(jìn)行分析，查找避雷器動作原因，提出改進(jìn)措施。

1 避雷器動作情況

1.1 魯西站直流避雷器配置情況

在背靠背高壓直流換流站站中，直流側(cè)通常配置閥避雷器（V）。魯西站常規(guī)直流采用對稱單極極限方式，云南側(cè)通過避雷器（E）直接地，廣西側(cè)直接接地，換流器采用12脈動的四重閥結(jié)構(gòu)，在每個換流閥上并聯(lián)直流避雷器（V），E型避雷器和V避雷器的峰值連續(xù)運(yùn)行電壓CCOV分別為120.2 kV和210 kV，魯西站共配置E型避雷器1臺、V型避雷器24臺。

1.2 調(diào)試期間直流避雷器動作情況

2016年06月18日魯西站常規(guī)直流調(diào)試工作啟動后，在調(diào)試期間，常規(guī)直流換流閥上并聯(lián)的直流避雷器多次動作，動作情況統(tǒng)計見表1。從表1可以看出，在常規(guī)單元在運(yùn)行過程中，因換相失敗、觸發(fā)脈沖丟失等故障情況下，直流避雷器動作了4次，云南側(cè)的E避雷器動作，廣西側(cè)的換流閥并聯(lián)的避雷器動作。

表1 魯西站常規(guī)直流調(diào)試期間避雷器動作情況Table 1 Action of lightning arrester during regular DC debugging operation in Luxi Station

2 原因分析

2.1 避雷器檢查情況

在避雷器動作后，利用停電機(jī)會對魯西站常規(guī)直流單元的閥避雷器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)避雷器的動作次數(shù)確實(shí)增加，并對常規(guī)直流閥廳內(nèi)的所有避雷器進(jìn)行外觀檢查、絕緣電流測試和交流泄露電流測試等工作[14-15]，均未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，可以判斷非避雷器故障引起的直流避雷器動作。

2.2 故障錄波分析

圖1為2016年07月02日20時07分常規(guī)換相失敗時的錄波，從故障錄波可以看出，換相失敗在直流電流降低后，由于整流側(cè)為電流控制模式，為了穩(wěn)定直流電流，整流側(cè)將降低觸發(fā)提升直流，直至觸發(fā)角逐漸降至最小值5°，整流側(cè)進(jìn)入最小觸發(fā)角控制模式，此時逆變側(cè)則接管電流控制模式，由于此時電流為零，電流控制將逆變側(cè)的低觸發(fā)角降至110°，造成換流閥上電壓較高，超過換流閥上并聯(lián)的直流避雷器動作閥值，引起避雷器動作。

圖1 換相失敗的故障錄波Fig.1 Failure recording of commutation failure

3 改進(jìn)措施

通過上述分析，可以判斷非設(shè)備故障引起的避雷器動作，可以考慮改善控制系統(tǒng)的控制策略，降低零電流時換流閥上電壓應(yīng)力，避免直流避雷器動作，對此，對魯西站常規(guī)直流控制系統(tǒng)進(jìn)行以下兩方面的優(yōu)化。

3.1 調(diào)整最小觸發(fā)角的策略

原有程序中，最小觸發(fā)角固定為5°，從前面的分析可知，換相失敗過程中，電流降為零時整流側(cè)進(jìn)入最小觸發(fā)角模式，在換流閥上產(chǎn)生較高的電壓應(yīng)力，對此，修改最小觸發(fā)角的控制策略，在直流電流低于0.08 pu，將最小觸發(fā)角提升至10°，可以減小直流斷流期間，通過整流側(cè)換流器輸出并作用于逆變側(cè)換流閥上的電壓應(yīng)力，防止避雷器動作。

3.2 修改Gamma0功能的啟動策略

當(dāng)電流為零后，整流側(cè)進(jìn)入最小觸發(fā)角控制，逆變側(cè)接管電流控制，將降低逆變站熄弧角至Al?pha min inv，此時逆變站類似于峰值整流，直流電壓會增大到一個反極性的非常大的水平，不利于故障的恢復(fù)。逆變側(cè)配置Gamma0功能的目的是當(dāng)直流系統(tǒng)經(jīng)歷交直流故障、需要重新建立電壓、電流時，快速將逆變側(cè)觸發(fā)角拉高到最小熄弧角的位置，以幫助直流電壓快速建立。當(dāng)直流電壓降低到0.6 pu以下時，啟動逆變側(cè)Gamma0邏輯，進(jìn)入最小熄弧角控制。

對程序邏輯進(jìn)行修改，當(dāng)直流電流低于0.08 pu或直流電壓到0.6 pu以下時，啟動逆變側(cè)Gamma0邏輯。當(dāng)直流電流斷流時，啟動逆變側(cè)Gamma0功能，進(jìn)入最小觸發(fā)角控制，可以防止逆變側(cè)觸發(fā)角過小，造成閥上出現(xiàn)較大應(yīng)力，降低直流避雷器動作概率。

4 仿真及現(xiàn)場運(yùn)行驗(yàn)證

4.1 RTDS系統(tǒng)仿真驗(yàn)證

對魯西站常規(guī)直流控制系統(tǒng)升級后，在RTDS系統(tǒng)上進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果見表2，從表2中可以看出，在不同的傳輸功率下，模擬丟失觸發(fā)脈沖和交流系統(tǒng)短路故障，結(jié)果正常。

表2 不同功率下不同故障仿真結(jié)果Table 2 Different fault simulation results under different power

圖2至圖4分別為逆變側(cè)丟失觸發(fā)脈沖、逆變側(cè)單相接地、整流側(cè)三相接地故障的錄波，從錄波中可以看出，進(jìn)行邏輯修改后，沒有對故障的恢復(fù)造成影響，當(dāng)電流為零時，觸發(fā)角、熄弧角變化與預(yù)期的一致。

圖2 逆變側(cè)丟失觸發(fā)脈沖Fig.2 Inverter side loss trigger pulse

4.2 現(xiàn)場運(yùn)行驗(yàn)證

2016年7月14日，對魯西站常規(guī)單元控制系按照上述策略進(jìn)行了修改，7月25日21時32分，由于交流系統(tǒng)故障，魯西站常規(guī)直流廣西側(cè)發(fā)生換相失敗，故障錄波見圖5，監(jiān)控系統(tǒng)無避雷器動作信號。8月13日，魯西站常規(guī)直流停電消缺期間，對常規(guī)直流閥廳內(nèi)的直流避雷器檢查，未發(fā)現(xiàn)動作記錄。

圖3 逆變側(cè)交流單相短路Fig.3 AC single-phase short-circuit in inverter side

圖4 整流側(cè)交流系統(tǒng)三相短路Fig.4 Three-phase short-circuit of rectifier side AC system

圖5 逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障導(dǎo)致?lián)Q相失敗Fig.5 Inverter side AC system failure leads to commutation failure

5 結(jié)語

結(jié)合魯西站常規(guī)直流調(diào)試期間直流避雷器多次異常動作進(jìn)行分析，查找直流避雷器異常動作的原因，結(jié)合工程實(shí)際情況，提出修改最小觸發(fā)角的控制策略，在零電流時將最小觸發(fā)角的定值由原來的5°改成10°，并啟動逆變側(cè)的Gamma0功能，以降低零電流時的直流電壓，避雷器直流避雷器頻繁動作。將修改后的控制策略在RTDS系統(tǒng)上針對不同功率、不同的故障類型進(jìn)行仿真，結(jié)果正常，不影響故障后的電流、電壓的恢復(fù)，滿足控制要求。另外，現(xiàn)場將邏輯更新后，逆變側(cè)發(fā)生換相失敗故障時避雷器未再動作，驗(yàn)證了邏輯修改的合理性。

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