特高压换流站设备检修二次隔离措施研究

引言

在我国实现"双碳"目标总体布局下,特高压直流输电系统将成为碳达峰、碳中和的中坚力量,同时也是坚强智能电网建设不可分割的重要组成部分,对推动智能电网建设具有十分重要的意义。特高压直流输电设备电压水平高、通流能力大、技术要求严,特别是换流站设备检修难度大,隔离措施要求严格。

目前,国内已有多条特高压直流投运,其特点在于换流站内有多组大组别滤波器并挂有多组小组别滤波器以及每极均采用两个高低端阀组串联运行。在直流系统正常运行时,存在需要带电检修的实际需求以及一极运行、一极调试检修或同一极下的两个阀组分别在运行和检修状态的实际工况。因此,特高压直流设备检修二次隔离技术的规范操作直接关系到整个输电系统的稳定运行。

1单极检修隔离措施

当单极检修另一极运行时,如无须对直流场相关互感器加压、注流,则无须特殊安措,仅将检修极的两个阀组检修钥匙可靠投入即可。如需对检修极直流场相关互感器加压、注流,则需根据实际情况,核查软件相关措施齐全,并增加相应安全措施。下面以天山站为例,对极保护主机PPR的对极模拟量取量及作用进行具体分析。

1.1对极极母线电压U_{DL_ОP}

对极极母线电压U_{DL_ОP}用于参与直流线路行波保护(LPTW）的采样计算。直流线路行波保护原理为:当直流线路发生故障时,相当于在故障点叠加了一个反向电源,这个反向电源造成的影响以行波的方式向两站传播,保护通过检测行波的特征来检出线路故障。其行波表达式为:

式中:Z为阻抗:i(t）为反向电源电流:u(t）为反向电源电压。

反向行波经过差模与共模分解得到差模量和共模量,下标分别为dif与com,行波保护会采集对极的极母线电压U_{DL_ОP}及极母线电流I_{DL_ОP},通过计算得到共模幅值和差模幅值,并通过电压和电流的变化量判断是否为本极线路故障。实践中存在以下3种情况:(1）若不对检修极U_DL和I_DL进行加压、注流操作,则对行波保护计算没有影响:(2）若在注流和加压的过程中运行极发生线路故障,因检修极U_DL和I_DL有变化,可能会影响行波保护正确动作:(3）若在注流和加压的过程中因参数设置或设备原因导致加压、注流速率不当,同时又发生交流系统扰动、对站换相失败等导致直流电压降低小于0.5p.u.,行波保护可能会误动,导致直流线路再启动。所以检修极的极母线直流分压有加压工作时,建议将直流分压器接口柜中PMU至对极PMI的电压端子连片挑开,以确保运行极安全。

12对极中性母线接地极侧电流I_{DNE_ОP}

对极的中性母线接地极侧电流I_{DNE_ОP}参与双极中性母线差动保护(BNBDP）的保护动作门槛值计算。在单极运行时,通过极连接信号Px_CONNECTED信号选择门将I_{DNE_OP_SW}赋值为0。其中,参与极连接信号Px_CONNECTED信号状态判断的隔离开关位置信号通过RS触发器进行逻辑处理。

对极的中性母线接地极侧电流I_{DNE_ОP}参与后备站接地过流后备保护(BUSGOCP）入地电流计算值I_{DGND_CAL}的计算。后备站接地过流后备保护用于在系统通过站内接地网接地时,防止过大的接地电流对站接地网造成破坏。

式中:I_{DGND_CAL}为入地电流计算值:I_DNE为直流中性线电流:I_{DNE_OP}为对极中性母线接地侧电流:I_DME为金属回线电流:I_DEL1为直流地极线首端电流:I_DEL2为直流地极线末端电流。

由式(2）可计算出接地电流I_{DGND_CAL}。单极运行工况下,当I_{DGND_CAL}>150A时,BUSGOCP保护逻辑延时1s,展宽100ms,后备站接地过流报警:当I_{DGND_CAL}>250A时,且在刚转为单极运行状态13s内无NBS故障重合失败信号(NBSF）,或一直处于单极运行状态时,BUSGOCP保护逻辑延时2s,此时在运极进行Y闭锁操作。

1.3对极直流滤波器Z1、Z2分支尾端电流

I_{Z1T2_FOP}和I_{Z2T2_FOP}参与直流滤波器失谐监视保护(DCFDT）逻辑判断。双极平衡运行工况下,当其中一组直流滤波器的特征阻抗值发生细微的变化时,直流滤波器失谐监视保护通过检测两极特征谐波的含量(小组尾端CT穿越电流中的12次谐波含量）来判断其是否有故障,给出报警。逻辑判断图如图1所示。

2单组直流滤波器检修隔离措施

运行极的一组直流滤波器停运检修时,对该组直流滤波器内与直流极保护相关的电流互感器进行注流试验前,必须充分考虑注入的电流对其他直流保护的影响,并采取一定的安全措施,避免直流极保护误动。

特高压直流工程中,直流滤波器中仅首端电流I_ZT1和小组尾端电流I_Z1T2、I_Z2T2参与极保护。下面以天山站为例,分析检修直流滤波器CT注流工作对本极直流保护的影响及隔离措施。

21直流滤波器电流参与极母线差动保护

首端电流I_ZT1参与极母线差动保护(PBDP）中的差动电流及动作门槛值计算。当直流滤波器检修、高压进线隔刀在分位时,极保护PPR主机中收到直流滤波器连接信号DCF_CONNECTED信号变为0后,通过选择逻辑将参与计算的直流滤波器首端电流I_ZT1赋值为0:而PPR自PCP接收的DCF_CONNECTED信号,为在PCP中直流滤波器高压侧隔离开关的分、合位信号经RS触发器处理后的状态信号,该信号与直流滤波器首端电流I_ZT1相同,都为0。故单组直流滤波器检修时注流操作对本极直流系统无影响。

22滤波器电流参与中性线母线差动保护

小组尾端电流I_Z1T2、I_Z2T2参与中性母线差动保护(NBDP）中的差动电流及动作门槛值计算。在直流滤波器检修、高压进线隔刀在分位时,通过选择逻辑将参与计算的直流滤波器小组尾端电流I_Z1T2、I_Z2T2赋值为0。与输入信号做与逻辑判断,得到差动电流及动作门槛值I_{RES_NBUS},其逻辑值为0,差动保护不动作,不影响系统运行。因此,直流滤波器检修时对直流滤波器小组尾端电流I_Z1T2、I_Z2T2进行注流无须采取隔离措施。

3交流设备检修隔离措施实施原则

3.1继电保护设备定期校验时的安全措施

在设备例行检修期间,开展保护装置模拟量精度检查、保护校验等工作时,为防止二次注流过程中CT本体侧线圈回路干扰影响精度,须在保护柜CT进线端子排处将CT端子划开,并在端子排外侧试验插孔上安装安措封板或粘贴红色绝缘胶布,防止电流误注入外侧回路。同理,二次加压时,须在保护柜PT进线端子排处将PT端子划开,并在端子排外侧试验插孔上安装安措封板或粘贴红色绝缘胶布,防止电压误注入外侧回路。

3.2继电保护装置出口压板回路安全措施

开展保护装置保护功能校验、开入开出功能检查等工作,为防止工作过程中信号短接操作不当等误操作导致在运设备及交流线路对侧设备跳闸,在将相关保护压板退出并安装压板罩(该项为运行人员所做安措）后,还须将压板对应的出口端子排接线断开,并安装安措封板或粘贴红色绝缘胶布。

其中,间隔停电,保护装置例行检修时,需要对"失灵启动在运开关跳闸出口压板"的接线进行切断操作:间隔带电,单套保护装置退出检修时,需要将"所有出口压板"的接线进行切断处理。

3.3设备感应耐压试验CT回路先断后封

开展变压器、开关等设备长时感应耐压试验、局部放电测量及检修设备CT注流等工作时,为避免试验设备异常产生大电流及一次注流影响,导致在运保护装置误动及二次设备损坏,须在CT就地端子箱或汇控柜内,将相关CT所有线圈的二次端子划开,并将CT本体侧端子短接接地。短接CT绕组时,应首先核查相关CT所有绕组回路去向及功能,对参与"和电流"的CT绕组,必须严格遵循"先断后封"的原则。

本文以天山站2017年11月13日年检期间7551开关套管更换后的耐压试验安措为例,分析"和电流"CT回路"先断后封"操作过程。

750kV天哈Ⅱ线线路保护采集的线路电流为边开关7551及中开关7550的和电流,现场由两开关的三相电流A-A'、B-B'、C-C'、N-N'分别在保护装置处通过短接片两两短接,生成和电流,送线路保护装置。在7551开关检修时,天哈Ⅱ线线路保护装置上的开关检修把手将切换至"7551开关检修"位置,即保护装置判进线开关是否为跳位时,不再考虑7551开关位置状态,但7551的电流接线仍正常接入装置。在耐压试验前,须在7551断路器汇控柜处,将7551开关所有CT绕组二次端子连片断开,并将CT本体侧端子短接接地,正确执行"和电流"回路"先断后封"安措实施原则。同时,为避免工作过程中误动、误短接7551断路器汇控柜侧至线路保护柜的三相电流端子,还须用安措端子罩或红色绝缘胶布在7551断路器汇控柜侧将相关端子严封。

3.4常规CT回路先封后断

电能表定期校验、接入临时谐波监测设备等须在CT回路中在线串接负荷的工作,为保证带电CT回路工作过程中不开路,须严格执行"先封后断"的原则。该操作一般借助电能表接线盒的已有专用短接片及接线孔实现。下面以电能表校验为例进行简要分析。

校表时,校验仪的三相四线电压端子分别夹在接线盒中Ua、Ub、Uc、N的端子上,三相电流端子分别接在各相的两个试验孔中,接好后,再将接线盒中三相电流端子上部连片划开,使校验仪串联接入电能表CT回路。完成校验后,先恢复接线盒中三相电流端子上部连片后,再断开校验仪。

4结语

本文在天山换流站PCs9550直流控制保护软件基础上对高压直流设备检修二次隔离操作安全措施进行分析,探讨当特高压直流系统处于非正常运行工况时,在停运极、停运直流滤波器组上的注流、加压操作对在运直流系统的影响,并确定相应安全隔离措施以避免影响。同时,结合典型案例,明确了CT回路"先封后断"和"先断后封"操作的工作条件,为以后CT回路安全隔离操作提供了借鉴。