周仁偉，嚴兵，徐留杰，楊超峰，王曉武，楊成飛

　　（許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000）

　　摘要：簡要介紹了直流極保護中換流變閥側中性點偏移保護的原理，分析了高嶺換流站換流變閥側中性點偏移保護動作的原因，指出其動作是正確的；在此基礎上，根據一次設備的設計參數，對換流變閥側中性點偏移保護的參數設定進行了修改，并對相應的換流變一次和二次設備進行了檢測，未發現異常。最后指出，末屏電壓在閉鎖后波形出現畸變為電容電感耦合效應所致。

　　關鍵詞：直流輸電；換流變閥側中性點偏移保護；電壓

0引言

　　東北華北聯網高嶺背靠背換流站位于遼寧省綏中縣高嶺鎮高嶺開關站的西北側，換流站設計容量1 500 MW，工程于2008年11月25日正式投入運行，實現了東北電網與華北電網的直流背靠背聯網。高嶺背靠背換流站兩側交流電壓均為500 kV，直流側電壓為±125 kV，分2個單元，每個單元輸送容量為750 MW。控制保護系統用的是SIMADY D平臺，其中直流保護系統采用三重化配置，動作出口邏輯為三取二邏輯，當3套保護系統都正常運行時，至少有兩套保護系統動作保護才會出口［111］。

　　2010年04月11日，高嶺背靠背換流站進行修改極控抑制次阻尼同步振蕩功能后的大負荷驗證試驗。實驗前系統工況為：雙單元輸送直流功率600 MW運行，功率正送；冗余的兩套極控系統和3套保護系統都處于正常運行狀態。在試驗開始階段，手動閉鎖單元2并轉到熱備用狀態。09:25:24:000，發單元2東北側運行到熱備用狀態命令;09:25:28:622，單元2閉鎖，在此期間，事件記錄顯示單元2避雷器F5處的閥避雷器有沖擊電流；09:25:29:862，單元2由閉鎖轉到熱備用狀態；09:25:43:737，單元2東北側3套換流變閥側中性點偏移保護動作，發禁止閥解鎖命令，跳開并鎖定相應的換流變進線開關。

1換流變閥側中性點偏移保護基本原理

　　換流變閥側中性點偏移保護是在換流閥閉鎖狀態下，用于檢測換流變閥側交流連線的接地故障。閥解鎖狀態下，此保護功能自動退出。

　　換流變閥側中性點偏移保護測量換流變壓器二次側末屏電壓。閥閉鎖時，正常狀態下三相電壓的矢量和為零；如果發生單相接地故障，三相電壓零序分量不為零。零序電壓若超過設定值，保護動作，發禁止閥解鎖命令到極控系統，同時跳兩側交流斷路器、起動兩側斷路器失靈保護和兩側交流斷路器鎖定繼電器。

　　保護判據為：

　　UaY(sec)+UbY(sec)+UcY(sec)>Δ

　　或

　　UaD(sec)+UbD(sec)+UcD(sec)>Δ

　　且Id<Δ，Id=max{Id1,Id2}

　　其中，Id1為高壓側直流電流，Id2為低壓側直流電流。

　　其邏輯框圖如圖1所示，其中，LVM為滯環比較器；UsumY、UsumD分別為星型接線和三角型接線換流變閥側末屏零序電壓3U0的153.093%倍，180%表示換流變圖1換流變閥側中性點偏移保護邏輯框圖

　　末屏二次額定電壓（57.7 V）的1.8倍。當極保護系統收到閥已閉鎖的信號并延時10 s后，若UsumY、UsumD的值持續5 s大于1.8倍的設定值時，保護就會動作。

　　程序中詳細軟件邏輯圖如圖2、圖3所示。由圖2可知，直流保護將星型接線和三角型接線的換流變閥側末屏零序電壓3U0分別乘以153.093%后，再進入換流變閥側中性點偏移保護邏輯程序（如圖3所示）進行邏輯運算。程序中用到的功能模塊及其功能描述如表1所示。

　　圖3換流變閥側中性點偏移保護邏輯軟件圖 表1功能塊描述功能塊 功能描述備注MUL變量取積 兩個變量取積 IIR2濾波模塊 根據參數的設置進行濾波，一般兩個模塊聯合用AVA取絕對值 LVM帶遲滯比較器 PDF下降沿延時 常用作展寬 AND與邏輯 N個變量與邏輯PDE延時模塊RSRRS觸發器復歸信號R優先

2換流變閥側中性點偏移保護動作的分析

　　高嶺一期每面直流保護屏內有3個電壓變換裝置，變比為25∶1。換流變閥側套管末屏電壓接至電壓變換裝置一次側，并在電壓變換裝置二次側接成開口三角形式，用以測量換流變閥側套管末屏零序電壓3U0。而在單元2的直流故障錄波器屏內，末屏電壓3U0采用外接星型接線方式接入，不是開口三角形，如圖4所示。故障錄波器屏內將Uan、Ubn、Ucn和U0n端接在一起，即取UN的電壓作為換流變閥側末屏零序電壓3U0。由于電壓二次回路中性點一點接地，當發生單相接地時（A相為例），中性點的電壓幅值大小是U0=UN=Ua，即故障錄波器屏采樣的零序電壓為1倍的U0,所以實際的閥側末屏零序電壓3U0應為故障錄波器屏采樣值的3倍；其中，三相電壓和中性點電壓的矢量關系如圖5所示。

　　換流變閥側中性點偏移保護動作后觸發故障錄波，故障錄波波形如圖6、圖7所示。由圖6、圖7可知：從09：25：28：593開始，020換流變閥Y側末屏電壓Ua、Ub開始畸變，3U0開始增大；根據上面的分析，此時的3U0為140 V左右，達到換流變閥側中性點偏移保護定值104 V。020換流變D側、021換流變Y側和021換流變D側電壓波形均無畸變現象。

　　根據事件記錄，09:25:28:622時刻，單元2處于閉鎖狀態，延時10 s后為09:25:38:622，再延時5 s為09:25:43:622，與換流變閥側中性點圖5電壓矢量圖

　　偏移保護實際動作時間09:25:43:737相吻合。因此，定值和延時都滿足換流變閥側中性點偏移保護動作的條件，保護正確動作。

　　另外，在換流變閥側中性點偏移保護程序中，以100 V作為換流變閥側套管末屏線電壓額定值進行計算，保護屏內電壓變換裝置變比為25∶1，且5 V對應比例為100%。相電壓的峰值和對應5 V的比例計算如下：

　　57.7÷25×1.414=3.264 V

　　5÷3.264=153.093%

　　而現場換流變閥側套管末屏線電壓額定值是110 V，相電壓額定值是63.5 V，按上述方法計算相電壓峰值是3.592 V，折算到5 V的比例是139.198%。因此，保護程序中所乘的系數由153.093%調整為139.198%。

3現場設備檢測和處理

　　在故障發生后，管理處立即組織進行設備檢查，現場檢查換流變一、二次設備均無異常；進入單元2閥廳對可能存在問題的Y/Y的A相、B相閥的可控硅級進行了阻抗測量，測量值在允許的范圍之內，表明A相、B相閥的可控硅級正常。經許繼閥廠分析，認為末屏電壓畸變可能由電容電感耦合效應所致，通過可控硅級檢查可以判斷閥本身沒有問題，可以投入運行。

　　經各方人員討論，并經試驗指揮同意后，14:14:55:572，合上換流變進線開關5062，對單元2東北側換流變充電，充電成功；14:23:42:000，單元2解鎖，監視閥廳和換流變相關設備，未見異常，故障錄波查看末屏電壓正常；14:32:39:221，單元2手動正常閉鎖，閉鎖過程中未再報出閥避雷器動作告警，解鎖過程正常，故障錄波末屏電壓正常。

4結論

　　本文介紹了直流極保護中換流變閥側中性點偏移保護的原理，詳細分析了高嶺換流站換流變閥側中性點偏移保護動作的原因，指出其動作是正確的；在此基礎上，根據一次設備的設計參數，對換流變閥側中性點偏移保護的參數設定進行了調整，并對相應的換流變一次和二次設備進行了檢測，并未發現異常。最后指出，末屏電壓在閉鎖后波形出現畸變是由電容電感耦合效應所致。之后投入使用，沒有再出現異常，運行良好。

參考文獻

　　［1］ 趙婉君. 高壓直流輸電工程技術［M］. 北京: 中國電力出版社, 2004.

　　［2］ 徐海軍, 阮思燁, 呂鵬飛. 高嶺背靠背直流50 Hz和100 Hz保護動作分析［J］. 電力系統保護與控制, 2010, 38(4): 5457.

　　［3］ 張愛玲. 溪洛渡送電廣東同塔雙回直流輸電工程控制保護策略研究［J］. 電力系統保護與控制, 2011, 39(9): 7276.

　　［4］ 張望，黃利軍，郝俊芳，等. 高壓直流輸電控制保護系統的冗余設計［J］.電力系統保護與控制，2009，37(13)：8891.

　　［5］ 李延龍，楊亞璞，李楠. 高壓直流輸電控制保護系統的冗余可靠性研究［J］.電力系統保護與控制，2009，37(16):5962.J

　　［6］ 張愛玲, 黃金海, 周仁偉, 等. 高嶺換流站潮流反轉保護動作的分析研究［J］. 微型機與應用, 2013, 32(6): 9597.