灵宝背靠背直流工程系统调试中的关键技术分析

2007年5月Power System Technology May 2007 文章编号：1000-3673（2007）10-0032-06 中图分类号：TM733；TM77 文献标识码：A 学科代码：470·4054灵宝背靠背直流工程系统调试中的关键技术分析杨万开，王明新，曾南超，印永华（中国电力科学研究院，北京市海淀区100085）Analysis on Several Key Technologies Applied in System Commissioning ofLingbao Back-to-Back HVDC ProjectYANG Wan-kai，W ANG Ming-xin，ZENG Nan-chao，YIN Yong-hua(China Electric Power Research Institute，Haidian Distract，Beijing 100085，China)ABSTRACT: Lingbao back-to-back (BTB) HVDC project interconnecting Northwest China Power Gird with Central China Power Gird is a pilot project of localization of HVDC manufactures in China. Relied on domestic technical personnel, it is the first time to commission whole domestically manufactured equipments. In this paper the analysis and solution of following key technical problems are presented: the drafting of commissioning scheme; the selection of the position in AC power grid where single-phase earth fault occurs while there is only one AC feeder at both sides of converter station and corresponding test method, the principle and disposal of the last circuit breaker trip-out function and the perfection of both software and hardware for it; the perfection of control and protection function of frequency converter for cooling of valves. The solution of these key technical problems ensures the completion of system commissioning and successful putting into operation of the pilot project.KEY WORDS: Lingbao BTB HVDC project；system commissioning test program；single phase earth fault test；perfection of the last circuit breaker trip-out protection；frequency converter for cooling of valves；control and protection摘要：灵宝背靠背直流联网输电工程是我国直流输电国产化的示范工程，该工程的系统调试是第一次依靠国内技术力量调试全部国产化设备。

介绍了系统调试中几个关键技术问题的分析和解决过程：系统调试方案的编写过程；在换流站两侧均为单回交流进线的情况下交流系统单相瞬时故障点的选择和试验方法；最后断路器跳闸功能的原理、配置原则及软件和硬件的完善；换流站阀冷却变频器控制保护功能的完善。

这几个关键技术问题的解决保证了系统调试的完成以及该工程的顺利投入运行。

关键词：灵宝背靠背直流工程；系统调试方案；交流单相瞬时故障试验；最后断路器跳闸功能；阀冷却变频器；控制保护0 引言西北–华中联网灵宝背靠背直流输电工程是我国第一个背靠背直流联网输电示范工程，也是我国第一个设备全部国产化的直流输电工程，该工程的设备制造、施工和调试借鉴了一些国外的技术和经验[1]，二次控制保护设备达到了目前国际先进水平[2]；该工程的系统调试方案及现场系统调试借鉴了三(峡)–常(州)、三(峡)–广(东)和天(生桥)–广(州)、及贵(州)–广(东)直流输电工程系统调试的经验[3-9]，进行了周密细致的准备工作，自主编写了站调试方案和系统调试方案，对调试过程中遇到的技术问题提出和实施了改进措施。

其中，交流单相瞬时故障试验的完成，最后断路器跳闸功能的完善，阀冷却变频器控制保护功能的完善保障了系统调试工作的圆满完成，为灵宝背靠背直流国产化示范工程的成功投运奠定了坚实的基础，也为进一步推进直流输电工程国产化工作积累了基础技术资料和经验[10-11]。

灵宝背靠背直流系统自投入运行到现在运行稳定[12-14]，华中电网的电力通过灵宝背靠背直流系统输送到西北电网，西北电网的电力也可通过灵宝背靠背直流系统输送到华中电网，实现了华中和西北2大区域的联网[15-18]，取得了良好的经济效益和社会效益。

本文介绍工程系统调试过程中几个关键技术问题的分析和解决过程，如系统调试方案的编写过程，在换流站两侧均为单回交流进线的情况下交流系统单相瞬时故障点的选择和试验方法，最后断路器跳闸功能的配置原则及软件和硬件的完善以及换流站阀冷却变频器控制保护功能的完善等。

1 系统调试方案的编写直流输电工程系统调试试验需要按照系统调试方案按顺序进行，并按照系统调试方案中的试验步骤及每一项试验的验收标准完成每一项试验。

因此在直流工程系统调试前，编写系统调试方案是一项必不可少的工作。

在编制系统调试方案前，首先阅读了灵宝背靠背直流联网工程的相关技术资料，参考了出厂试验报告和验证试验报告及灵宝背靠背直流工程技术规范书。

根据编制三常、三广及贵广直流工程端对端系统调试方案的经验，结合南瑞和许继设备的特点，分别编制了基于南瑞控制保护设备的背靠背系统调试方案和基于许继控制保护设备的端对端系统调试方案。

系统调试方案从验证直流设备性能上划分为低功率系统调试项目(指直流功率不超过额定功率的30%)和大功率系统调试项目(指直流功率超过额定功率的30%)。

低功率系统调试项目着重考核直流系统的基本起/停功能、控制保护系统性能和抗交/直流系统故障能力；大功率系统调试项目着重考核直流系统在大负荷下的控制保护系统性能、额定负荷和过负荷能力，还包含了谐波、噪音和站辅助系统功率损耗测量项目等。

从内容编排上划分为基于南瑞控制保护的系统调试方案和基于许继控制保护的系统调试方案。

基于南瑞控制保护的系统调试方案在内容和项目编排方面基本上参照三常和三广直流工程系统调试方案方法，并结合了灵宝背靠背换流站南瑞控制保护设备及工程设备实际的特点。

在编写过程中，对试验内容进行了认真的分析、对三常和三广直流工程系统调试方案中的试验项目进行了认真的筛选，并结合背靠背直流工程的特点增加了一些调试项目。

基于许继控制保护的系统调试方案未遵循基于南瑞控制保护系统调试方案的编排顺序，而是基本上按照天广和贵广直流工程的系统调试方案编排顺序进行编写，这样丰富了调试方案的内容。

在编写过程中对试验内容进行了认真的分析、对天广和贵广直流工程系统调试方案中的试验项目进行了认真的筛选，根据基于南瑞控制保护所确定的系统调试项目，结合许继控制保护设备及工程设备实际的特点，编写了系统调试方案。

2 交流系统故障试验方法的研究及实施2.1 交流系统故障试验目的及试验地点的选择灵宝换流站位于陕西省与河南省交界处，该工程是西北电网与华中电网的联网直流工程，灵宝换流站与华中电网通过单回220kV线路连接，与西北电网通过单回330kV线路连接。

正常运行时，直流功率可以正送运行(华中—西北)，也可根据需要反送运行(西北—华中)。

按照技术规范要求，当西北电网或华中电网内部发生接地短路时，直流系统受到扰动后应能够在规定的时间内恢复正常运行。

因此，在直流输电工程系统调试过程中，交流系统故障试验是一项非常重要的试验。

单相瞬时人工接地短路试验分别安排在换流站交流220kV侧(华中电网侧)和330kV侧(西北电网侧)进行，其主要目的是检验交流系统发生短路故障后直流功率的输送能否在规定时间内恢复以及检验交直流系统的相互影响和系统的运行稳定性：（1）交流系统发生短路故障时相关的交流保护应正确动作。

（2）交流系统发生短路故障时直流系统保护不应动作。

（3）逆变侧交流系统短路故障清除后，直流系统应在规定的时间(120ms)内恢复输送功率，交直流系统能保持稳定运行；整流侧交流系统短路故障清除后，直流系统应在规定的时间(100ms)内恢复输送功率，交直流系统能保持稳定运行。

比较逆变侧交流系统短路故障与整流侧交流系统短路故障相可知，逆变侧交流系统短路故障对直流系统的扰动更严重，会产生换相失败，故障后直流系统恢复运行时间也较长。

因此，灵宝换流站220kV侧和330kV侧交流系统短路故障均安排在逆变侧进行。

灵宝换流站220kV侧和330kV侧均采用单回交流进线方式，且220kV和330kV进线单相瞬时故障重合闸被闭锁，因此单相瞬时接地短路地点不能选在220kV侧或330kV侧交流进线上，只能选在换流站内、330kV系统内及220kV系统内。

为解决系统调试中遇到的技术问题，对换流站和站两侧交流系统结构进行了详细研究，灵宝换流站距紫东变电站400m，可安排在紫东—五塬的交流线路进行单相瞬时接地短路试验；灵宝站距罗敷变电站83km，如在罗敷变电站附近的其它交流出线进行交流单相接地短路试验，直流系统的恢复特性得34 杨万开等：灵宝背靠背直流工程系统调试中的关键技术分析Vol. 31 No. 10不到充分考验。

因此，在与国网公司建设运行部、国家电力调度通信中心和河南省电力调度通信中心以及三门峡地调共同讨论后，确定330 kV 侧交流场试验地点选在3602滤波器B 相；220 kV 侧选在紫东—五塬的交流线路靠近紫东站约400 m 处进行。