±800 kV特高压直流金属回线断路器保护误动分析

徐 峰，戢 颖

(1.中国南方电网公司超高压输电公司昆明局，云南 昆明 650217；2.昆明理工大学津桥学院，云南 昆明 650106)

±800 kV特高压直流金属回线断路器保护误动分析

徐 峰1，戢 颖2

(1.中国南方电网公司超高压输电公司昆明局，云南 昆明 650217；2.昆明理工大学津桥学院，云南 昆明 650106)

介绍了金属回线断路器及其保护的作用，并以±800 kV云广特高压金属回线断路器保护误动为实例，分析了误动产生的原因，阐明了金属回线断路器保护原理设计上存在的缺陷，进而提出了改进措施，为直流输电工程的设计和运行提供借鉴。

特高压直流；换流站；金属回线断路器保护；保护误动作

0 引言

云广直流是世界上第1条±800 kV特高压直流远距离输电系统，额定容量为5 000 MW。其两端换流站阀组接线采用每极双十二脉动阀组(400 kV+400 kV)串联，与传统的直流工程相比，其直流保护系统也更为复杂。由于直流输电系统基本采用顺控逻辑，因此直流保护的可靠性是保证直流设备安全的前提。

1 保护误动情况

2009-07-13，±800 kV云广特高压直流极II低端阀组系统调试，金属回线断路器(以下简称MRS)两侧刀闸保持在分闸位置时，MRS出现2次误动。第1次在09：56，极II低端阀组在解锁过程中MRS误动作；第2次在11：07，极II低端阀组带极II线路大地回线运行，在接地短路试验中，线路重启成功后，MRS又出现误动。

2 金属回线断路器的作用

在直流输电系统中，单极(阀组)大地回线方式是利用1个极输电导线和大地构成直流侧的单极回路，如图1所示；而单极(阀组)金属回线方式是利用2个极输电线路构成直流侧的单极回路，如图2所示。

在单极（阀组）大地回线和单极（阀组）金属回线运行方式之间转换时，不仅需要通过MRS的合分来配合转换，同时MRS还提供单极（阀组）金属回线运行方式的通路，如图2所示。

3 金属回线断路器保护

3.1 保护范围和目的

在单极金属回线运行方式向单极大地回线运行方式转换过程中，保护用于当检测到MRS失灵，以及没有电流流过金属回线转换断路器(MRTB)时，禁止打开MRS。

3.2 保护原理

如果直流场配置改变，在单极金属回线运行方式向单极大地回线运行方式转换过程中，保护有2个功能监视MRS。

(1) 第1个功能是在MRTB闭合后监视通过MRTB的电流Idee3。如果有电流流过MRTB，那么打开MRS是安全的。若由于某种原因，没有电流流过MRTB，为了避免断开直流电流时损坏MRS，这时发令禁止断开MRS。

(2) 第2个功能是监视通过MRS的直流电流。当收到来自直流站控的MRS断开信号后，如果MRS不能够转换电流，为了避免损坏断路器，金属回线断路器保护动作，重新合上MRS。

图1 单极(阀组)大地回线方式

图2 单极(阀组)金属回线方式

3.3 保护判据

(1) 判据1：在单极金属回线运行方式向单极大地回线运行方式转换过程中，若|Idee3|＜0.024 p.u.(75 A)且IdE＞0.05 p.u.(156.25 A)，则MRTB闭合一段时间后，发禁止断开MRS命令到直流站控系统，禁止断开MRS。

其中，Idee3为通过MRTB的电流；IdE为通过MRS的电流。

(2) 判据2：MRS断开后，若|IdLH_op-IdLN_op|＞0.011 p.u.(34 A)，则延时330 ms，发合上MRS命令到直流站控系统，合上MRS。

其中，IdLH_op为另一极高压母线的电流；IdLN_op为另一极中性母线的电流。

4 金属回线断路器保护误动分析

金属回线断路器2次误动作时，直流接线方式均为极II单阀组大地回线方式，极I直流线路在接地状态。第1次误动发生在极II线路充电(低端阀组解锁)时，第2次误动发生在极II线路接地短路试验故障重启后。对比2次误动作时间，均为极II线路有瞬间电流突变的时刻。如图3所示，极II线路电流在充电的瞬间迅速升高，同塔的极I线路长达1 386.97 km，且两端接地，由于耦合效应，在极I线路上也瞬间形成感应电流。

分析金属回线断路器保护2次误动时的故障录波，极I感应电流二次值均大于整定值34 A，且时间均超过整定值330 ms，此时MRS在分位，金属回线断路器保护功能2误动作，从而发重合金属回线断路器的命令。由这2次的误动作及金属回线断路器保护判断逻辑分析，云广直流工程的金属回线断路器保护未设计防感应电流的措施。

5 改进措施

2次金属回线断路器误动均是由金属回线断路器保护功能2设计存在缺陷而导致的，所以在金属回线断路器保护动作逻辑上增加条件与非门判据。采取以下2种方式均可消除该缺陷：

(1) 非运行极的线路接地刀闸在合位；

(2) MRS两侧隔离开关在分位。

±800 kV云广特高压直流采用方式(1)，增加“非运行极的线路接地刀闸在合位”的与非门判据(见图4)。自2009-08-08增加判据至今，没有再发生过金属回线断路器保护误动作的情况。?

图4 方式1的闭锁逻辑

1 李立浧.直流输电技术的发展及其在我国电网中的作用[J].电力设备，2004，7(11)：1-3.

2 吕金壮.云广±800 kV直流输电系统过电压与绝缘配合研究[J].南方电网技术，2009，3(2)：18-22.

3 徐 峰.云广直流±800 kV交流滤波器的电阻过负荷保护[J].南方电网技术，2011，5(1)：53-56.

4 舒印彪.中国直流输电的现状及展望[J].高电压技术，2004，30(11)：1-2，20.

5 严 宇.葛南直流输电系统中大地回线和金属回线转换研究[J].电网技术，2005，29(21)：1-4.

6 冯 鸫，宋天奇，杨洁民，等.直流输电工程大地回线金属回线转换过程及运行实例分析[J].高压电器，2009，45(2)：126-129.

2015-04-09。

徐 峰(1983-)，男，工程师，主要从事特高压换流站运行维护及控制保护研究工作，email：105838405@qq.com。

戢 颖(1984-)，女，讲师，主要从事哲学和电力安全理论研究工作。