（湖北省电力公司检修公司 443000）
摘要：以直流输电的多种运行方式为引，着重介绍了高压直流输电系统的金属回线运行方式，由葛南直流输电系统金属回线运行方式无法被控制系统识别的这一实际故障展开分析，结合MACH2控制保护系统，分析了事故的原因及后果，提出了处理办法并消除了故障。故障分析及处理过程正确严谨，对直流输电系统金属回线运行过程中出现的其它故障的处理，有一定的指导意义。
关键词：直流输电、金属回线、运行方式、故障
1 高压直流输电金属回线运行方式（Metallic Return）
直流输电系统的运行方式是指在运行过程中可供选择的稳态运行方式，而运行方式之间的相互转换是其必须要具备的功能。直流输电运行方式，从电压运行方式上可分为全压运行方式、降压运行方式；从输送功率方向上可分为功率正送方式、功率反送方式；而从功率控制方式上可分为定功率控制、定电流控制、无功功率控制或交流电压控制等。直流系统的接线方式上单极直流输电系统只有单极方式运行，双极直流输电系统有单极大地、单极金属及双极大地运行方式。这些方式的转换全部可以在OWS（Operator Working Station）上通过顺控界面上顺控操作完成[1-3]。换流站直流输电系统监控系统图及顺控操作界面如图1中（a）、（b）所示（以三广直流江陵换流站为例）。
(a) 直流系统监控系统图
（b）顺控界面
图1 换流站OWS监控界面
Fig.1 Converter station ows monitoring interface
所谓金属回线运行方式是指双极直流系统单极运行时，由当前运行极以外的另外一条极线构成的地电位电流返回通路。单极大地回线到单极金属回线之间运行方式的转换需带电进行，转换过程分为两个阶段，首先需要闭合GRTS(Ground Return Transfer Switch )，形成大地回线和金属回线并联运行的方式，然后拉开MRTB（Metallic Return Transfer Breaker），完成由大地回线向金属回线的转换。金属回线转为大地回线操作顺序与前述相反[4]。两端直流输电系统金属回线运行方式电流回路图如图2所示。
图2金属回线运行方式的电流回路
Fig2 Metallic return current circuit
金属回线运行电流只受单极过负荷能力的限制而与接地极系统无关，运行中的线路损耗约为双极运行时一个极损耗的两倍，其直流回路的电阻约为正、负两极线电阻之和。当接地极系统故障需要检修或进行计划检修时，可选择这种接线方式，因其线路损耗和运行费用最大，一般应尽量避免采取这种方式长期运行[5-6]。
2 金属回线故障情况介绍
2015年10月29日葛南直流葛洲坝换流站根据国家电力调度中心命令在极I直流系统停运情况下，将极II直流系统由大地回线转为金属回线运行操作完成后，在合上接地极线路地刀003027需要对接地极线路进行检修时，运行人员工作站OWS(Operator Work Station)上出现“中性线测量异常”严重故障报警信号，直流金属回线运行方式系统无法识别。葛洲坝换流站中性线区域的接线图如图3所示。
图3葛洲坝换流站中性线区域接线图
Fig3 Gezhouba coverter station neutral area wiring diagram
±500kV常规直流输电系统工程的控制保护系统通常采用的是ABB公司的MACH2（Modular Advanced Control High Voltage Direct Current and Static Reactive Power Compensation 2nd edition）控制保护系统，而其软件编程采用的是名为Hidraw的图形化的编程工具，Hidraw软件通过使用简单的拖-放-连接符号的方法完成原理图的设计，这样的直流输电工程主要包括葛南直流、龙政直流、宜华直流、江城直流等。
通过查询葛南直流的控制保护软件，可以看出“中性线测量异常”报警与单极金属运行方式使能信号MR_ENABLE相关联。同时Hibug发现，“极II直流系统金属回线方式运行”的判据中要求判别003027地刀在分闸位置，因此，控制系统无法识别“极II直流系统金属回线方式运行”。具体软件截图如图4所示。
(a) 双极中性线差动保护
（b）金属回线横差保护
图5 MR_ENABLE信号所关联保护控保软件截图
Fig5 MR_ENABLE signal relevant protection software screen
如若上述两个保护被闭锁将严重影响直流输电系统的运行可靠性，也就是说在葛南直流输电系统接地极检修期间应务必使控制系统正确识别“极II直流系统金属回线方式运行”，由于直流系统无法临时停电，为了使控制系统认为003027地刀在分开状态，我们修改了003027地刀的信号回路接线。接地极线路地刀003027信号回路如图6所示。
图6 接地极线路地刀003027信号回路
Fig6 Earth electrode line ground switch 003027 signal circuit
具体修改是先断开送极II控制系统6号端子上“合闸位置”信号线，然后短接8号端子上“分闸位置”信号线与信号公共端，强制向极II控制系统送“分闸位置”信号。接线完毕后，顺控界面上“Metallic Return”图标点亮，控制系统正确识别直流输电系统金属回线运行方式，相应保护被使能。由于这是个临时措施，待葛南直流输电系统接地极线路检修完毕，接地极线路地刀分开后，我们恢复了003027信号回路的原接线。
另外待直流系统临时停电期间，我们报请软件管理部门国调中心审批通过，对该部分Hidraw软件存在的隐患进行了修改，即直流输电系统金属回线运行无须一定要判定接地极线路地刀的位置。修改后的软件逻辑图如图7所示。
图7控保软件的修改
Fig7 Control and protection software’s modify
由图7对比图4可以看出，控制保护软件修改后取消了金属回线运行状态与该地刀状态的关联，改动为将分闸信号取代为一输出始终为真值1的选择器。这样修改后，消除了葛南直流控制保护软件中直流输电系统金属回线运行方式该地刀位置判据的不必要，增强了直流输电系统的运行稳定性及可靠性。
4 结束语
高压直流输电系统金属回线输电方式是以直流输电线路中的金属导线作为高压直流系统中性点间的电流返回通路的，单极金属回线运行时，线路损耗约为同等输送功率单极大地回线运行时损耗的两倍[8]。利用这一特点，当出现高湿低温冰冻雨雪等恶劣天气时，如出现直流设备覆冰严重时，可以向国调申请直流系统的采用融冰工作模式。直流系统融冰方式运行时，两个极一个运行于功率正送，另一个极运行于功率反送，在使换流站与交流系统交换功率尽可能小的情况下，通过直流线路的发热达到融冰或预防结冰的效果。融冰模式和金属回线运行方式相同点是均采用直流输电线路作为电流传输通道。在直流输电系统中，金属回线的转换是十分重要的操作。葛南直流工程的金属回线故障情况实例也给现场运维工作提供了参考。
参考文献
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[8]严宇，朱伟江，刘皓，等.葛南直流输电系统中大地回线和金属回线转换的研究[J],电网技术，2005,29（21）:1-4
作者简介
邱晶晶（1981-），男，高级工程师，湖北省宜昌市人，主要研究方向：高压直流输电控制保护系统。通信地址：湖北省宜昌市伍家岗区城东大道135号特高压、交直流运检中心,邮编443000。联系电话13872689479 E-mail：manburen2000@163.com
论文作者:邱晶晶,刘浔,戴迪
论文发表刊物:《电力设备》2016年第14期
论文发表时间:2016/10/11
标签：金属论文; 方式论文; 系统论文; 线路论文; 功率论文; 大地论文; 回路论文; 《电力设备》2016年第14期论文;