文/韓俊秀

1 金屬旁通支路運(yùn)行情況介紹

對(duì)于單個(gè)12脈動(dòng)閥組，其金屬旁通支路則包括2種情況，分別如圖1中的支路1和2所示，可將閥組的金屬旁通狀態(tài)定義為：AI，CI，BPS同為合位或BPI為合位。

典型的金屬旁通支路運(yùn)行工況如圖1所示。在圖1中，極1在兩站的所有閥組均為金屬旁通狀態(tài)，極2為大地回線運(yùn)行，極2直流電流為ID。ID經(jīng)過(guò)極2中性母線后即由接地極回路與極1金屬旁通支路分流為ID1和ID2，其大小由接地極回路與極1旁通支路的阻抗比決定。

2 金屬旁通支路的形成與種類

直流系統(tǒng)的金屬旁通支路運(yùn)行是基于單個(gè)閥組的金屬旁通狀態(tài)而發(fā)生的，當(dāng)某極兩站四閥組或故障下某一站的若干閥組進(jìn)入金屬旁通狀態(tài)，系統(tǒng)才有可能轉(zhuǎn)入金屬旁通支路運(yùn)行。

在雙12脈動(dòng)閥組串聯(lián)的直流系統(tǒng)中，能夠?qū)е聠蝹€(gè)閥組進(jìn)入金屬旁通狀態(tài)的動(dòng)作類型包括3項(xiàng)：開(kāi)關(guān)、刀閘設(shè)備的手/自動(dòng)控制，閉鎖極。

2.1 開(kāi)關(guān)、刀閘的手/自動(dòng)控制

通常閥組在開(kāi)展檢修工作前，需先進(jìn)入閥組隔離狀態(tài)再轉(zhuǎn)入閥組接地狀態(tài)。在當(dāng)前已投運(yùn)的特高壓直流工程中，往往具備閥組隔離自動(dòng)控制功能。在閥組隔離狀態(tài)中，由于操作BPI至合位，閥組將進(jìn)入金屬旁通狀態(tài)。另外，通過(guò)閥組閉鎖情況下的旁通區(qū)開(kāi)關(guān)、刀閘手動(dòng)操作，顯然也可令閥組進(jìn)入金屬旁通狀態(tài)。

若兩站極連接且對(duì)極已在運(yùn)行，則通過(guò)開(kāi)關(guān)、刀閘的手/自動(dòng)控制令閥組進(jìn)入金屬旁通狀態(tài)，進(jìn)而極有可能導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入金屬旁通支路運(yùn)行。

2.2 極閉鎖

極閉鎖策略中的投入BPS命令一般在閥組投入旁通對(duì)之后發(fā)出，其作用在于縮短旁通對(duì)運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)隔離換流閥，對(duì)閥組形成保護(hù)。通常在BPS投入后即閉鎖換流閥觸發(fā)脈沖。

2.2.1 正常極閉鎖

在滇西北直流工程中，正常極閉鎖時(shí)，當(dāng)電流下降至最小電流后，由整流側(cè)先執(zhí)行移相閉鎖命令，逆變側(cè)則執(zhí)行觸發(fā)角移相90°命令（ALPHA_90），后續(xù)延時(shí)閉鎖極，閉鎖過(guò)程中整流、逆變側(cè)閥組均不投入旁通對(duì)與BPS。

考察國(guó)內(nèi)其他特高壓直流工程，正常極閉鎖過(guò)程中均在逆變側(cè)執(zhí)行觸發(fā)角移相90°/降低直流電壓命令，其目的是為泄放直流線路中殘余的能量。而在逆變側(cè)閉鎖之前，則在現(xiàn)有特高壓工程中存在2種做法：投入旁通對(duì)與BPS后，再閉鎖極；與滇西北工程相同，不投旁通對(duì)和BPS，經(jīng)延時(shí)后閉鎖極。

考察現(xiàn)有各特高壓直流工程實(shí)施情況，由于正常閉鎖過(guò)程中整流側(cè)均不投入旁通對(duì)和BPS，因此最多只有逆變側(cè)閥組進(jìn)入金屬旁通狀態(tài)，而不存在系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)入金屬旁通支路運(yùn)行的可能。

2.2.2 極層保護(hù)性閉鎖

主要考慮直流雙極運(yùn)行時(shí)一極發(fā)生永久性故障的情況。對(duì)于該情況下的金屬旁通支路運(yùn)行工況，須考慮以下影響：

（1）極層保護(hù)性閉鎖策略中的合BPS或隔離閥組動(dòng)作是否導(dǎo)致金屬旁通支路運(yùn)行工況。

（2）接地故障中故障點(diǎn)的分流作用是否導(dǎo)致金屬旁通支路運(yùn)行工況。

（3）故障側(cè)的極隔離動(dòng)作能否對(duì)已形成的金屬旁通支路進(jìn)行有效隔離。

3 對(duì)策與建議

通過(guò)斷開(kāi)NBS來(lái)隔離金屬旁通支路時(shí)，由于回路結(jié)構(gòu)的變化以及NBS開(kāi)關(guān)的振蕩作用，運(yùn)行極工況將受開(kāi)關(guān)分?jǐn)噙^(guò)程影響而發(fā)生波動(dòng)。為參照滇西北工程實(shí)際接地極線路、直流線路以及NBS開(kāi)關(guān)參數(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀（RTDS）仿真系統(tǒng)模擬金屬旁通支路運(yùn)行時(shí)斷開(kāi)NBS的波形。

若金屬旁通支路運(yùn)行工況是由極層保護(hù)性閉鎖引起，則剩余運(yùn)行極可能在經(jīng)過(guò)功率轉(zhuǎn)帶后進(jìn)入過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)，金屬旁通支路中的電流可能超出NBS開(kāi)關(guān)的分?jǐn)嗄芰?，而無(wú)法成功隔離。滇西北工程 RTDS仿真模型中模擬逆變站極高壓側(cè)母線接地故障導(dǎo)致單極閉鎖的試驗(yàn)錄波，試驗(yàn)系統(tǒng)中各主要運(yùn)行參數(shù)與工程現(xiàn)場(chǎng)一致，圖中狀態(tài)量為逆變站故障極在閉鎖過(guò)程中的關(guān)鍵狀態(tài)量。故障極閉鎖后，剩余運(yùn)行極立即進(jìn)入短期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行（秒級(jí)），短期過(guò)負(fù)荷能力耗盡后再進(jìn)入長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。由于逆變站故障后投入旁通對(duì)與BPS，形成故障點(diǎn)，對(duì)應(yīng)金屬旁通支路運(yùn)行工況，又因接地故障點(diǎn)位于逆變站內(nèi)，因此金屬旁通支路電流ID2在BPS閉合后迅速升高至與ID接近。此后，由于金屬旁通支路電流始終超出NBS的分?jǐn)嗄芰?，而無(wú)法隔離金屬旁通支路。

3.1 聯(lián)鎖功能設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)無(wú)接地故障的情況下，考查圖1所示金屬旁通支路運(yùn)行工況，對(duì)極兩站全部閥組均為金屬旁通狀態(tài)且對(duì)級(jí)在系統(tǒng)無(wú)接地故障的情況下，考查圖1所示金屬旁通支路運(yùn)行工況，系統(tǒng)應(yīng)滿足以下條件：

（1）一極運(yùn)行、一極閉鎖。

（2）非運(yùn)行極兩站四閥組均為金屬旁通狀態(tài)。

（3）非運(yùn)行極兩站均極連接（直流極同時(shí)接入極高壓線路、中性母線的狀態(tài)）。

考慮實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)形成上述條件的先后順序并不固定，因此，針對(duì)金屬旁通支路聯(lián)鎖設(shè)計(jì)的原則為：禁止即將導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入金屬旁通支路運(yùn)行的最后一項(xiàng)操作。聯(lián)鎖內(nèi)容應(yīng)至少包含以下3點(diǎn)：

（1）對(duì)極兩站全部閥組均為金屬旁通狀態(tài)且對(duì)級(jí)兩站均極連接時(shí)，不允許解鎖本極。

（2）本極兩站均極連接、對(duì)極運(yùn)行且本極兩站中的其余三閥組均為金屬旁通狀態(tài)時(shí)，不允許操作本閥組進(jìn)入金屬旁通狀態(tài)。

（3）對(duì)站本極為極連接、對(duì)極運(yùn)行且本極兩站全部閥組均為金屬旁通狀態(tài)，不允許操作本極進(jìn)入極連接狀態(tài)。

3.2 極閉鎖

極閉鎖形成的金屬旁通支路運(yùn)行均發(fā)生在雙極運(yùn)行時(shí)單極保護(hù)性閉鎖過(guò)程中，通過(guò)前文梳理，可知其包括以下3種情況：

（1）整流站極高壓側(cè)接地故障（包括高壓直流線路接地故障）導(dǎo)致保護(hù)性閉鎖時(shí)，逆變側(cè)投入旁通對(duì)和BPS。

（2）整流站在極層保護(hù)性閉鎖后投入旁通對(duì)和BPS，同時(shí)逆變站配合閉鎖時(shí)也投入旁通對(duì)和BPS。

（3）逆變站直流高壓側(cè)或閥組連接線接地故障時(shí)，逆變站故障極投入旁通對(duì)和BPS。

考查以上3種情況下的金屬旁通支路特點(diǎn)，其必要的形成條件為：逆變側(cè)閥組在閉鎖過(guò)程中投入旁通對(duì)和BPS。因此，合理設(shè)計(jì)逆變側(cè)極層保護(hù)性閉鎖中的投旁通對(duì)與BPS策略，對(duì)于防止金屬旁通支路運(yùn)行具有重要意義。針對(duì)該情況下的金屬旁通支路運(yùn)行，可考慮采取以下措施進(jìn)行預(yù)防：

（1）針對(duì)整流側(cè)高壓區(qū)接地保護(hù)動(dòng)作，令逆變側(cè)在配合其閉鎖過(guò)程中不投入旁通對(duì)與BPS。

（2）逆變側(cè)極層保護(hù)性閉鎖發(fā)生時(shí)，針對(duì)特定保護(hù)，例如：直流差動(dòng)保護(hù)、極母線差動(dòng)保護(hù)、閥組連接線差動(dòng)保護(hù)等，應(yīng)禁止相應(yīng)閥組投旁通對(duì)與BPS。通常情況下，逆變側(cè)保護(hù)性閉鎖極時(shí)投入旁通對(duì)和BPS能夠起到快速隔離交、直流系統(tǒng)的作用。另外，站間通信故障情況下，逆變側(cè)投入旁通對(duì)和BPS還可以拉低直流電壓，令逆變側(cè)保護(hù)動(dòng)作閉鎖時(shí)，可通過(guò)直流低電壓特征引導(dǎo)整流側(cè)完成極閉鎖。

4 結(jié)語(yǔ)

圖1：典型的金屬旁通支路運(yùn)行工況

文中分析和研究了雙12脈動(dòng)閥組串聯(lián)結(jié)構(gòu)的特高壓直流工程金屬旁通支路運(yùn)行工況，研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)很容易在這幾種情況下進(jìn)入金屬旁通支路運(yùn)行工況：直流場(chǎng)開(kāi)關(guān)、刀閘手/自動(dòng)控制過(guò)程中、極層保護(hù)性閉鎖過(guò)程中等，本文分析了金屬旁通支路運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題提出了有效的解決措施，要保證金屬旁通支路運(yùn)行工況不出現(xiàn)問(wèn)題，就進(jìn)行有效的預(yù)防很重要，有效的預(yù)防方式是：

（1）改善金屬旁路支路操作的聯(lián)鎖。

（2）當(dāng)逆變站的特高壓側(cè)接地保護(hù)或特定區(qū)域保護(hù)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)避免在逆變側(cè)安裝旁路副和旁路開(kāi)關(guān)。

（3）在高、低壓共測(cè)點(diǎn)閥門(mén)保護(hù)系統(tǒng)中，極點(diǎn)控制系統(tǒng)同時(shí)建立了雙閥保護(hù)回收的處理邏輯。