特高压直流系统投旁通对与合旁路开关配合策略研究

何园峰，周登波（中国南方电网超高压输电公司广州局，广州，50663）

特高压直流系统投旁通对与合旁路开关配合策略研究

何园峰1，周登波1
（中国南方电网超高压输电公司广州局，广州，510663）

在传统直流输电工程中，投旁通对有着将直流侧短路、交流侧开路的作用。针对特高压直流输电工程双12脉动阀组串联的结构，必须考虑到在停运一个阀组时，如何降低对另一阀组的影响。本文利用现场试验数据，深入研究了同极单阀组闭锁和紧急停运两种情况下，两侧换流站如何实现投旁通对和合旁路开关的配合，以及停运阀组和运行阀组的配合，分析这些配合策略是否满足系统安全稳定运行的需要。

特高压直流；旁路开关；旁通对；触发脉冲

旁通对是指三相换流器中连接同一相的一对阀，当两个阀同时触发导通时，称为投入旁通对。旁通对投入时，直流回路直接被短路，其它两相被闭锁阀阻断，直流电流不通过换流变压器阀侧绕组，从而可以快速跳开换流变交流侧断路器。因此，投旁通对具有隔离交直流系统的作用。

本文结合云广和糯扎渡两个特高压直流系统的调试和运行的经验，对特高压直流系统同极双阀组运行时单阀组进行手动闭锁，以及因为一个阀组严重故障对该阀组紧急停运的动作过程进行系统的研究，分析两侧换流站的停运阀组和运行阀组的动作特性和电气量变化趋势，比较两种情况下投旁通对和合旁路开关配合策略的异同，找出配合策略中存在的风险点。

1　同极双阀组运行时闭锁单阀组策略

同极两个阀组运行时，闭锁第一个阀组的关键在于如何将直流电流从阀组转移到与其并联的旁路开关。合上旁路开关的前提是阀组两端的直流电压降为零，否则阀组端电压在旁路开关合闸时将旁路开关短路，旁路开关会产生很大的过冲电流。如果仅通过控制触发角调节阀组两端电压到零的方式，则会出现调节缓慢，造成阀组长时间大角度运行，损坏换流阀的同时增加换流器吸收的无功功率，引起交流滤波器的投切。因此特高压直流系统同极双阀组运行闭锁第一个阀组时，需要控制触发角增大的同时使用投旁通对策略，使阀组两端电压快速降低，为旁路开关的顺利合闸创造条件。

图1是极1双阀组运行时手动闭锁高端阀组的整流站录波。由录波可见，整流站的高端阀组在收到闭锁命令后，立即投入旁通对并发出合旁路开关的命令。低端阀组保持定电流控制模式，触发角控制在正常范围。由于旁路开关需要一段时间才能合闸到位，开始时直流电流流经阀组旁通对，高端阀组直流电压和换流变压器阀侧电流降为零。旁路开关合闸命令执行约100ms后内部触头导通，高端阀组旁通对的直流电流转移至旁路开关，此时高端阀组虽继续投入旁通对，流经旁通对的电流为零。再经过150ms后，控制系统检测到旁路开关合闸到位的信号，高端阀组退出旁通对，并闭锁换流阀的触发脉冲。

图1 手动闭锁单阀组时整流站的现场录波

图2是极1双阀组运行时手动闭锁高端阀组的逆变站现场录波。由录波可见，逆变站高端阀组在收到闭锁命令后，延时20ms投入旁通对，换流变压器阀侧电流降低至零，直流电流流经阀组旁通对，直流电压降低至零。检测到高端阀组直流电压小于40kV延时10ms后，发出合旁路开关的命令，合闸命令执行约100ms后旁通对的直流电流转移至旁路开关。此时高端阀组虽继续投入旁通对，流经旁通对的直流电流为零。再经过100ms后，控制系统检测到旁路开关合闸到位的信号，高端阀组退出旁通对功能，并闭锁换流器的触发脉冲。

对两侧换流站的现场录波进行分析可知，在同极双阀组运行时手动闭锁一个阀组，另一个阀组的保持正常的控制模式，直流电流未发生断续，高压母线电压下降至400kV左右。闭锁过程两侧换流站大体一致，只是在操作时序上有些差别，逆变站滞后整流站20ms发出投旁通对和合旁路开关命令，但由于逆变站更快收到旁路开关合闸到位信号，逆变站先于整流站闭锁阀组触发脉冲和退出投旁通对功能。

2　同极双阀组运行时紧急停运单阀组策略

直流输电系统在发生严重故障时，由控制保护系统启动的快速停运称为紧急停运，紧急停运需要尽快跳开阀组交流开关，使交流系统与直流系统隔离。同极双阀组运行时，其中一个阀组出现换流阀短路等严重故障，除了要求减小阀组两端的直流电压，还必须将直流电流迅速降低到零，以最大限度的降低设备损坏的风险。借鉴直流线路故障重启动的经验，在对故障阀组投旁通对、合旁路开关和跳换流变开关的同时，还要对另一阀组进行强制移相，将该极的直流电压和电流快速降低到零，直到故障阀组闭锁触发脉冲、旁路开关合闸到位后，恢复另一阀组的正常运行。

双阀组运行时单阀组故障导致紧急停运。对于故障阀组，一方面升高换流阀触发角、投入旁通对、发出合旁路开关命令，检测到旁路开关合闸到位后闭锁触发脉冲；另一方面发跳开交流开关的命令至断路器保护，保证在换流变阀侧电流为零的情况下跳开交流开关。对于同极的另一个阀组，将发出一个持续150ms的强制移相命令，整流侧换流角触发角控制在120°~160°，降低流过故障阀组旁通对的电流，待故障阀组已完成紧急停运后再进行重启。

图3是极1双阀组运行时高端阀组发生故障，保护系统紧急停运该阀组的整流站录波。由录波可知，高端阀组在检测到发生故障后，一方面本阀组投入旁通对、发合旁路开关命令，使换流变阀侧电流为零，然后跳开交流开关；另一方面，对低端阀组进行强制移相，低端阀组的触发角升高到90°以上，使极1电压和电流都降低到零。低端阀组的强制移相使得高端阀组即使投入旁通对，也不流过直流电流，这就为高端阀组内部故障的快速隔离创造条件，避免了事故范围的扩大。在强制移相持续150ms后，极1低端阀组进行重启动，极1电压和电流重新建立，此时高端阀组旁路开关已合闸到位，极1电流流经旁路开关。高端阀组检测到旁路开关合闸到位的信号后，退出旁通对功能，并闭锁换流阀的触发脉冲。

图2　手动闭锁单阀组时逆变站的现场录波

图3　阀组保护启动单阀组ESOF时整流站的现场录波

在极1双阀组运行时高端阀组发生故障紧急停运，逆变站的动作策略与整流站大致相似，只存在以下差别：一是考虑两站之间通信延时，逆变站在接到命令延迟10ms后执行单阀组紧急停运；二是在整流站低端阀组强制移相期间，逆变站低端阀组为定

电流控制模式，触发角限制在120°，待整流侧强制移相结束恢复定电压控制；三是若故障在整流侧，逆变站不需跳开换流变交流开关，反之亦然。

3　结论

本文结合理论分析和现场实验数据，详细分析了特高压直流输电系统同极双阀组运行时，手动闭锁和紧急停运第一个阀组的控制保护动作情况。通过深入研究待停运阀组投旁通对与合旁路开关的配合策略，结论如下：

1）不论单阀组手动闭锁还是故障紧急停运，都是同时下发投旁通对和合旁路开关命令。由于旁路开关合闸操作需要时间，另一阀组的电流先是通过旁通对，开关合闸到位后再转移至旁路开关。这样即能降低阀组直流电压便于合旁路开关，又能降低换流变阀侧电流为闭锁触发脉冲和跳开交流开关创造条件。

2）手动闭锁单阀组时，另一阀组保持正常的控制模式，在旁路开关合闸到位以前，待闭锁阀组旁通对的电流未发生断续；单阀组故障紧急停运，另一阀组的整流侧进行强制移相，故障阀组旁通对的电流快速降低为零，为隔离故障阀组创造条件。

3）投旁通对时两侧的动作时序有差异。逆变站收到单阀组闭锁命令延时10ms，再发投旁通对和合旁路开关命令。由于逆变站更快收到旁路开关合闸到位信号，逆变站比整流站更早退出旁通对和闭锁触发脉冲。

［1］ 张尧，房宣合，胡烈良， 等.特高压直流输电系统阀组投退策略［J］. 电力系统保护与控制， 2010，38（14）：1 4.

［2］ 陈锡磊，田杰，黄志岭，等.HVDC紧急停运时投旁通对策略对中性母线避雷器的影响［J］.华东电力， 2010，38（9）：1 4.

The Coordination between Initiating Bypass Pairs and Closing Bypass Breaker in ±800 kV Transmission Project

He Yuanfeng1，Zhou Dengbo1
（Guangzhou Bureau， CSG EHV Power Transmission Company，Guangzhou，510405，China）

The initiating bypass pairs can help to isolate fault by bypassing DC side and blocking the AC side.The UHVDC transmission project inherits the traditional use of the method.What’s more， we must keep the other group working when group protection initiates only one group ESOF.Two aspects are analyzed with controlling logics and testing data of the transmission project，including execution bypass pairs，tendency of currency as well as voltage.We will see how initiating bypass pairs and opening bypass breaker coordinate，and the fault group and the other group coordinate. Then research if the coordinating methods can keep the UHVDV system safe and stable.

UHVDC；bypass breaker；bypass pairs；firing pulse