直流--最后断路器配置原则

1、.高压直流输电系统变频站最终断路器跳闸装置配置原则刘云、王明新、曾南超(中国电力科学研究院，北京市海淀区100085 )信息来自：摘要：高压直流输电系统逆变站最后的断路器跳闸装置是非常重要的换流站直流系统控制设备，主要在直流系统运行时逆变站交流负载突然全部切断，产生换流站交流侧和其他部分过电压，防止导致交流直流设备的绝缘破坏。 本文结合中国首项全面国产化高压直流工程灵宝背对背直流网络工程，分析了最后断路器跳闸装置的配置原则，优化和完善工程系统的调整和实际该控制功能，总结最后断路器跳闸装置的设计原则和调整经验，这些经验也适用于其他高压直流输电系统关键词：高压直流输电灵宝背对

2、背直流网络工程断路器继电器保护电力系统0引言在高压直流输电系统1-6运行中，逆变站突然将交流线路全部切除，逆变站的交流侧或其他部分的电压就会异常高，威胁一次设备的安全7。 当逆变站突然切除所有的交流线路时，高压直流输电系统总是在逆变站上设置最后一个断路器跳闸装置，尽可能降低逆变站的过电压振幅和持续时间，保护一次设备的安全8。 最后断路器跳闸装置不仅涉及多种交流线路保护、开关保护、稳定装置和直流控制保护系统等，还需要通信系统和一次设备合理配合，是高压直流输电二次系统中的一种复杂功能。 来自：配电设备网的信息我国第一个全面国产化直流网络工程灵宝背对背直流网络工程连接华中和西北两个电网，正常运行时的

3、电力可以正送和逆送两方，两侧的交流系统有可能是逆变器侧系统，需要配置逆2系统变电站最后的断路器跳闸装置全面体现了最后的断路器跳闸装置的配置和运行特点9。1最终断路器跳闸装置的原理在高压直流输电系统运行中，如果逆变器站突然将交流线路全部切除，逆变器的电流都流向逆变器站内的滤波器等无效补偿装置，逆变器站的交流侧和其他部分的电压异常上升，交流滤波器的母线电压最高达到正常运行电压的3倍左右10。 在这种情况下，直流线路上的电压与交流电网的电压上升成比例地增大，有可能破坏逆变器的反转过程，使交流母线的电压进一步上升。 而且，短时间过电压经常伴随着严重的波形失真，威胁到换流站的设备绝缘。 如果不进行有效限

4、制，就必须提高直流输电设备的设计标准，导致建设成本大幅增加11-13。高压直流输电系统逆变器站的最后的断路器跳闸装置是针对逆变器站突然切除所有交流线路的情况而设计的，其原理是将逆变器可能突然大幅减少的断路器跳闸信息与逆变器的关闭和接通旁路对联动，即， 在逆变器可能失去负载的交流断路器断开前进行逆变器接通旁路对，关闭触发脉冲，停止直流系统的运转，打开逆变器站的所有交流滤波器，断开交流直流连接，由此尽可能减少逆变器侧的过电压振幅和持续时间，保护一次设备的安全最后断路器跳闸装置的主要判断根据是，本地交流输入线断路器的跳闸命令及其状态通信正常的话，远处交流断路器的跳闸命令和状态信号也是主要的基准。 逆

5、变器站的控制系统监视系统的运行方式，在逆变器侧只有一条交流输入线的情况下，控制系统发出“逆变器站只有一条交流输入线”的信息，提醒驾驶员，打开最后的断路器跳闸装置。 此时，如果检测到该交流输入线断路器的断开，或者接收到切断指令，最后断路器跳闸装置工作，动作顺序启动。 因为采用了断路器切断命令，所以在交流输入线的最后的断路器实际被切断之前，发出了直流系统的紧急停止命令。 在因各种原因换流站没有收到断路器的状态信号，远处断路器被切断的情况下，该跳闸装置的备用交流电压保护检测到过电压电平，触发紧急停止，可靠地切断交流系统16-17。信息源：2灵宝背对背直流网络工程中最

6、后断路器跳闸装置的配置情况2.1灵宝背对背直流工程概况西北-华中网灵宝背靠背直流工程双向传输额定直流电力360 MW。 交流系统的电压电平分别为华中侧220 kV，西北侧330 kV，直流系统的额定电压为120 kV。 灵宝背对背换流站一次用220 kV灵紫线与华中电网侧220 kV紫东变电站连接，线路长300 m。紫东变再次经过2次220 kV交流线路与五盐变电站连接1次330 kV罗灵线与西北电网侧330 kV罗敷站连接，线路长约80 km。 灵宝换流站两侧的交流开关场都采用单母线布线，分别包括一次交流高压线路、一次换流变压器的输入线、几个无效设备(包括滤波器、并联电容器、并联电抗器)，这

7、些设备通过单断路器直接连接到各自的母线上。 灵宝背靠背换流站直流侧主接线为单极设计，换流站有12个脉动换流器(华中、西北侧各1个，其中6个脉动桥中点不接地)，两侧均采用单相三绕组换流。 灵宝背对背换流站主配线如图1所示9。 作为华中-西北电网直流背靠背网络工程的一部分，在与灵宝换流站相关的华中电网和西北电网8个工厂站设置了FWK-300分散安全自动装置，用于地区互联电网多个工厂站的系统安全稳定控制。 各工厂站为高速数据光纤通信，可以根据控制战略表向灵宝换流站发送下降电力、线路跳闸控制命令，或者启动最后的断路器跳闸装置18-19。来自：的信息来自：配电设备网的信息2灵宝背靠

8、背直流工程中最后断路器跳闸装置的配置情况与其他换流站相比，灵宝换流站两侧只有一条交流入线，正常运行时，电力正送(从华中向西北)和逆送(从西北向华中)都是逆变器侧最后的断路器运行方式。 因此，灵宝换流站控制系统与其他换流站相比，不需要判断最后的断路器的运行方式。 下面结合灵宝背靠背工程分析直流输电系统变频站最后断路器跳闸装置的配置和设计原则。原则上，可能引起换流站最后交流入线停电的信息必须立即发送到控制系统，便于最后的断路器跳闸装置分析判断，启动适当的序列。 最后，断路器跳闸装置不仅处理与换流站本站相关的信息，还处理交流保护跳闸信息、断路器位置信息、安全稳定装置跳闸信息等对方交流站和安全稳定装置

9、的远传信息。 其中交流保护跳闸信息至少包括线路保护、母差保护、断路器故障保护等20-21。灵宝换流站的电力正送和逆送的情况下，逆变器站最后的断路器跳闸装置的判断有相似之处，但两侧的交流保护和稳定装置的通信路径等存在若干差异，最后的断路器跳闸装置的特性也不同。 首先，分析电力反向输送(从西北到华中)时的最后一个断路器跳闸装置。 图2显示了电力反向传输时最后一个断路器跳闸装置的配置。(1)电力反向传输时在灵宝换流站内启动220 kV侧最终断路器跳闸信号。 向灵宝换流站220 kV侧母线供给的交流线路为灵紫线，灵紫线通过2202断路器与灵宝换流站220 kV侧母线连接。 电力反向传输时，330 kV

10、侧为整流侧，220 kV侧为逆变器侧。 在灵宝站内保护下启动的灵紫线跳闸信息和2202断路器跳闸信息被直接发送至极控制系统，进行最后的断路器跳闸装置的控制条件判断。 这些信息包括220 kV灵紫线线路保护跳闸稳定装置FWK-300启动的灵紫外线线路跳闸母差保护和其他保护启动断路器的故障保护跳闸2202断路器的分位数。 灵宝换流站220 kV母线保护和220 kV灵紫外线线路保护采用双重化配置。 220 kV母线保护是将BP-2B和WMZ-41A系列保护装置双重配置的220 kV线路保护采用了RCS931和CSL103A线路保护双重配置。 线路保护配置了光纤的纵差保护、零相方向过电流保护、零相电

11、流差保护、相间距离保护、接地保护等。(2)电力反向输送时紫东变电站保护启动灵宝换流站220 kV侧最终断路器跳闸信号。 电力反向传输时，220 kV灵紫线是灵宝换流站逆变器侧唯一供电的交流线路。 在紫东变电所，有可能引起该交流线路停电的信息也要立即传到灵宝换流所，在该线路的交流断路器被切断前，必须防止发生直流电力降低、直流系统被关闭、系统过电压和交流断路器切断直流等不良情况。 信息源：在紫东变电站引起灵紫线停电的相关保护和断路器的位置信息与灵宝换流站相似，但在紫东变电站没有设置稳定装置(参照图2 )，这些信息通过线路保护的通信路径传送到灵宝换流站。 紫东站交流保护和灵

12、紫线紫东侧线路保护动作和断路器的分位信息通过灵紫线线路保护通信线路被传递到灵宝换流站线路保护装置。 这些信息通过灵宝站的线路保护处理后被送到极控制系统，成为最后断路器跳闸装置的判断依据。(3)电力反向输送时，五盐站的稳定装置启动灵宝换流站220 kV侧的最后的断路器跳闸信号。 五盐站通过两次五紫线向紫东站供电，这两次线路同时停电的话，紫东站就会失去交流电源，灵宝换流站的逆变器侧停电。 五盐站设置了稳定装置，接收2次五紫线的跳闸和判断停电的信息。 五盐站的稳定装置通过稳定装置的通信路径向灵宝转流站发送该信息，在灵宝转流站的稳定装置处理后，送至极控系统，作为最后的断路器跳闸装置的判断依据。三灵宝换

13、流站最后断路器跳闸装置的改进和完善3.1缩短远方跳闸信号的信道延迟，降低交流过电压电力正送(从华中到西北)时，灵宝换流站220 kV侧为整流侧，330 kV侧为逆变器侧。 330 kV罗灵线通过3302断路器与灵宝换流站330 kV侧母线连接。 此时，罗灵线是向灵宝换流站逆变器侧供电的唯一交流线。 330 kV母线保护是将BP-2B和WMZ-41A系列保护装置双重配置的330 kV线路保护采用RCS931和CSL101A线路保护双重配置。330 kV侧和220 kV侧，远方跳闸信号的传输路径不同。 330 kV罗敷站的最后一个断路器跳闸信号需要通过稳定装置的通信线路来传送。 罗敷站的远方跳闸信

14、号，首先作为开入量被输入到罗敷侧的稳定装置，经过稳定装置的确认和判别，通过稳定装置的通信路径，与稳定装置的其他信号一起被送至灵宝换流站，进行保护和控制判别。由于远跳信号经过的环节很多，很多判别条件增加了罗敷站的远跳信号的延迟，灵宝站最后的断路器跳闸装置的动作延迟也相应地变长，不利于及时关闭直流系统，降低系统过电压。 在灵宝工程系统调整期间，在进行模拟启动最后一个断路器跳闸装置的动作试验项目时，在罗敷站模拟线路保护动作，启动了灵宝站最后一个断路器跳闸装置。 从罗灵线罗敷侧线路故障保护动作到灵宝站发出y闭锁换流断路器信号的时间间隔为55 ms，330 kV交流母线最大过电压(有效值)达到了正常运转

15、电压的1.4倍(表1的第1项所示)。 分析结果认为，应该在罗敷站进行电路改造。 根据当前的跳远信号频道，可以采用以下两种改进措施来缩短罗敷站保护跳远信号的延迟时间(1)如图3所示，罗敷站保护的远方跳闸信号通过压板发送到稳定装置后，稳定装置判断该开入量的时间约为20 ms，与制造商验证，不影响信号判断的正确性地将判断时间缩短为10 ms。 来自：配电设备网的信息(2)如图3所示，在现有的布线中，以罗灵线路保护跳闸和罗灵线路断路器的位置信号串联后(与信号相相)为基准被输出，输出保护跳闸信号的延迟变长。 经过技术分析，信号输出(即信号相或)反映了罗敷站的母性差、故障、线路(RCS-931、CSL-1

16、03B )的保护动作和断路器的分位数，启动最后的断路器跳闸装置的动作。信息源：来自：配电设备网的信息采用上述改善措施后，在现场进行了同样的试验，灵宝站交流母线过电压明显降低，下降到正常电压的1.31倍，接收罗敷站保护信号的时间缩短到了26 ms。 但是，比较表1中的第2项和第3项，可以看出同样地进行着在交流入线远方故障试验的情况下，为了保护远方跳闸信号的传输过程的差异，330 kV侧的最后的断路器跳闸装置的动作比220 kV侧的动作慢。 由此可见，保护远方跳闸信号的中继链路和判别时间减少，采用专用通信路径有利于提高最后的断路器跳闸装置的工作速度，降低逆变器侧交

17、流母线的过电压振幅和持续时间。3.2其他改进和完善措施3.2.1在灵宝换流站的线路保护中紫东站远方跳闸信号处理的改善根据最后一个断路器跳闸装置的要求，接收到紫东站的远方跳闸信号后，灵宝换流站必须将该信号直接发送至极控制系统，启动最后一个断路器跳闸装置的跳闸序列。 在灵宝工程中，紫东站的交流线路在保护远处的跳闸信号送往灵宝转流站之前经过紫东站的本地判别，需要在本地开始关闭，这与极控保护要求不符。 经过分析，改善了保护的二次布线和设置，解除了灵紫线RCS931和CSL103A线路保护的“从远跳自侧启动”结构，如图4中的两门所示，变更为紫东站本地启动时不关闭的远传功能。3.2.2灵宝换流站对极控制系

18、统的交流保护跳闸信号二次电路的改进信息源：灵宝换流站的交流保护(线路保护、母差保护、断路器故障保护等)通过各电路中的跳闸钳位，启动对应的断路器的动作。 这些受保护的工作信息通过硬线缆被直接传送给极控制系统，这是因为在这些受交流保护的压板停止运转时，这些交流保护不启动相应的断路器的动作，而这些受保护的工作信息通过压板被传送给极控制系统，所以被极控制分析结果表明，与向极控制系统的交流保护跳闸信号对应的二次电路被改造。 借鉴交流系统的二次电路设计原则，在将灵宝换流站的交流保护(如线路保护、母差保护和断路器故障保护等)发送至极控制系统的二次电路中增设用于保护的退板，如图4的LP2、LP4、LP7所示，修改了相应的直流控制系统的软件和硬件改良的极控制系统采用了通过这些保护台板的跳闸信息。 这样，当系统要求终止这些保护跳闸功能时，可以通过同时终止对极控制系统的信号按压板，来使相应的保护不会以极