摘要：针对近期直流换流站线路故障闭锁直流系统的问题，根据高压直流输电工程实际需求，开展了一起直流线路故障闭锁及换流变中性点偏移保护动作情况分析，对故障过程及原因、故障录波文件、保护动作情况等方面进行了研究，得出了结论，提出了防范措施。
关键词：直流线路；闭锁；中性点偏移；保护动作；防范措施
1 引言
近年来，电力系统的快速发展带动高压直流输电线路得到了广泛应用，其有着多方面的优势，比如：联网方便、线路走廊窄、功率易于调节、输送容量大的优势，有着良好的应用前景。随之而来的就是发现了继电保护系统中仍然存在着很多的问题。本次以一起直流线路故障闭锁及换流变中性点偏移保护动作进行了具体分析，提出了一些预防措施。
2 故障基本情况
11月4日20时38分49秒，某高压直流输电系统极2线路故障，经两次全压重启、一次降压重启不成功后极2闭锁，闭锁执行过程中整流站发生极2换流变阀侧中性点偏移保护动作导致换流变进线开关跳闸，逆变站极2发生接地极引线开路保护动作。故障前直流系统双极1100MW运行，故障后极1大地回线1100MW运行，极2功率转带成功，未损失功率。
3 故障过程及原因分析
3.1 波形分析
高压直流极1线路故障后行波保护动作、突变量保护动作，触发线路重启动逻辑，经两次全压、一次降压重启不成功，极闭锁。线路重启失败波形如图1所示。
图1.线路重启失败波形
双极运行且站间通讯正常时，高压直流线路重启逻辑及定值如图2所示。
图2 线路重启动逻辑框图
结合故障录波及事件分析，本次线路故障后直流线路经两次全压、切换控制系统及一次降压后不成功，极闭锁，线路重启逻辑执行正确。
3.2 保护动作分析
保护录波见图3，换流变中性点偏移保护动作分析原因如下：线路故障重启动失败后，逆变站收到整流站闭锁信号执行极闭锁逻辑，投入旁通对，导致换流变阀侧B相电压跌落时间超过换流变中性点偏移保护跳闸出口延时，导致保护动作出口。
图3 线路故障后，逆变站极2闭锁过程中投旁通对，线路电流IDL上升
3.2.1 换流变中性点偏移保护逻辑及旁通对BPPO对TNSP的影响
换流变中性点偏移保护的原理为在换流阀闭锁的状态下换流变阀侧三相电压之和大于定值延时闭锁，其逻辑如下描述：
TNSP_UVD_ZEROSEQ＞TNSP_TRIP_REF或TNSP_UVY_ZEROSEQ＞TNSP_TRIP_REF，且Deblock信号为0，延时20ms切系统，延时5S闭锁对应极，跳交流开关。
TNSP_UVD_ZEROSEQ：Y/D换流变阀侧三相电压之和；
TNSP_UVY_ZEROSEQ：Y/Y换流变阀侧三相电压之和；
跳闸定值TNSP_TRIP_REF：210.4÷1.73205×0.5kV。
由图3所示，逆变站20：38：50时刻Deblock信号为0，同时极2的Y桥与D桥分别投入阀3、阀6旁通对（CPRD\CPRY=36、二进制100100），均对应换流变阀侧B相，Y/Y换流变阀侧与Y/D换流变阀侧均通过接地极或者线路故障点接地，导致电压跌落，如图4所示。Y/Y换流变阀侧三相零序电压与Y/D换流变阀侧三相零序电压达到保护动作定值，20：38：55，逆变站换流变中性点偏移保护到达出口延时，跳开交流开关，保护动作时间与保护跳闸定值相符。
图4 投入旁通对后阀侧电压仿真波形，B相电压跌落为0kV
3.2.2整流站旁通对投入后极2电流分析
整流站极2线路再启动失败后执行重启动逻辑跳闸，重启动逻辑跳闸的动作后果为执行Z闭锁、执行极隔离；当时极1处于大地回线运行方式，极1电流通过两站接地极形成回路，如图5回路1（红色）所示。
当极2执行Z闭锁，投入旁通对BPPO，如图1所示，旁通对投入150ms后因封脉冲撤销，此时整流站极2 IDL、IDNC依然保持1000A左右的电流，说明整流站极2换流阀没有关断依然导通，该电流回路为极1电流经由逆变站接地极、线路故障点、极2线路、整流站换流阀形成了通路，如图图5蓝色回路2所示，该电流随线路故障点阻抗变化逐渐变小。
200ms后，整流站阀电流（IDL\IDNC）仍未过零，换流阀不能关断一直保持导通，此时逆变站开始执行闭锁逻辑投入旁通对，极1电流又经逆变站极2换流阀、极2线路、整流站换流阀（BPPO后未关断）形成通路，分流极1大地回线电流，该回路电流保持在150A左右（如图3 中IDL所示），直至整流站执行极隔离该回路才断开。
逆变站换流阀旁通对一直处于投入状态，投入时间已经超过换流变中性点偏移保护出口延时5s，导致保护动作。
图5 线路故障闭锁后极2电流回路示意图
3.3 整流站接地极开路保护分析
整流站重启动闭锁执行极隔离逻辑如图6所示：当IDL电流小于60A（IDL_LOW=1）延时5s分线路刀闸（WP_Q11）；而整流站此时IDL因分流达到150A（如图1所示），所以IDL_LOW=0，极隔离如图6红色表示所示，执行延时8s分开极2 中性母线开关NBS。
图6 整流站极隔离逻辑
由整流站事件可知20：38：59（约block命令之后8s）极2中性母线开关NBS打开，此时极1通过两站换流阀、极2线路形成的通路断开，极2电流降至0，即图7中整流站接地极开路保护动作波形中电压电流变位时刻（绿线，IDL、IDNC由150A降为0A），同时UDN、UDL出现波动，峰值达到63kV，之后UDN、UDL一直保持在27kV左右，中性母线电压达到接地极开路保护二段动作定值20kV，延时450ms，接地极开路保护出口，保护动作正确。
图7 整流站接地极开路保护动作波形
4 结论和防范措施
高压直流极2线路发生线路故障，经两次全压重启、一次降压重启不成功后极2闭锁，闭锁执行过程中逆变站发生极2换流变阀侧中性点偏移保护动作导致换流变进线开关跳闸，整流站极2发生接地极引线开路保护动作，本次故障线路重启逻辑执行正确，保护动作正确。
经全面分析，高压直流线路故障闭锁极时应该采用Y闭锁，而不是Z闭锁（Z闭锁比Y闭锁动作时间短，根据故障电流大小投入旁通对）。本次故障比较特殊，线路故障时间长达数秒，系统调试仿真验证时未开展长时间线路故障后各保护动作配合情况。建议将高压直流线路故障闭锁极时Z闭锁改为Y闭锁，利用年度检修全面停电机会开展相关进行仿真验证。
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作者简介：
乔小冬（1982.10-），男（汉族），内蒙古呼伦贝尔市鄂温克自治旗伊敏河镇国网换流站，职称：高级工程师；研究方向：直流输电工程控制保护技术。邮箱：qiaoxiaodong126@126.com。联系方式：13190992090
齐悦（1993.9-），女（满族），内蒙古呼伦贝尔市鄂温克自治旗伊敏河镇国网换流站，职称：助理工程师；研究方向：换流阀及继电保护工作。
孙焕婷（1988.12-），女（汉族），内蒙古呼伦贝尔市鄂温克自治旗伊敏河镇国网换流站，职称：助理工程师；研究方向：换流阀及继电保护工作。
论文作者:乔小冬,齐悦,孙焕婷
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：线路论文; 故障论文; 动作论文; 电流论文; 高压论文; 所示论文; 重启论文; 《电力设备》2018年第34期论文;