特高压直流输电单极大地金属回线转换过程分析

特高压直流输电单极大地金属回线转换过程分析
发布时间：2021-09-08T07:05:25.597Z 来源：《新型城镇化》2021年13期作者：刘伟
[导读] 单极金属回线和单极大地回线转换分为自动转换模式和手动转换模式。

国网山西省电力公司检修分公司
摘要：直流输电技术于 20 世纪 50 年代开始应用电力系统，由于适用于远距离、大容量输电，能有效隔离交流系统故障、方便各频率交流
系统联网等优点，因此在短短 50 年里得到了迅速发展，目前世界上已有六十多项直流输电工程投入运行。

由于直流输电系统正常均采用顺控逻辑，因此误操作事故率低，可靠性高，运行较安全。

为提高直流输电系统的可靠性和可用率，减少单极大地大负荷运行时对接地极附近生态环境受到影响和对变压器磁饱和影响，单极运行的大地回线和金属回线的转换是必要的。

但现场运行人员发现，单极运行的大地回线和金属回线的转换是一个很复杂的转换过程。

关键词：特高压直流输电；单极大地回线；单极金属回线；转换过程分析
1.特高压直流大地回线和金属回线转换过程
单极金属回线和单极大地回线转换分为自动转换模式和手动转换模式。

自动转换模式需要在系统级控制模式，由主站操作；手动转换模式需要楚雄站和穗东站相互配合操作。

单极大地回线转为单极金属回线时（以极 II 单极大地回线为例），楚雄站需保证极I 线路08105 刀闸在分位，极I 线路081217 地刀在分位， 0 段中性线 00102A7 地刀在分位，极 I 中性线 00102A 刀闸在分位；穗东站也需要保证极 I 线路 08105 刀闸在分位，极 I 线路 081217地刀在分位，0 段中性线00102A7 地刀在分位，极I 中性线00102A 刀闸在分位。

然后楚雄站拉开转换母线 003027 地刀之后，穗东站合上极I 转换母线08121 刀闸和极 II 中性线 00202A 刀闸，楚雄站合上合上极 I 转换母线
08121 刀闸、极 II 中性线 00202A 刀闸和金属回线 00302 刀闸，然后楚雄站合上金属回线 0030 开关，并监测金属回线是否有电流。

当单极金属回线运行转为单极大地回线运行时（以单极单极金属回线为例），楚雄站需要保证接地极在隔离状态和极 II 接地极 00202刀闸在合位，穗东站也需保证接地极在隔离状态和极 II 接地极 00202 刀闸在合位，然后穗东站合上接地极 00500 刀闸和断开高速接地 0040
开关，楚雄站合上接地极母线 00501 刀闸和接地极线路 00502 刀闸，
最后合上金属回线转换 0050 开关，并监测大地回线是否有电流。

如果
大地回线有电流，则断开金属回线 0030 开关，并监测金属回线是否有
电流；如果金属回线已没有电流，则楚雄站依次拉开金属回线 00302 刀闸、极 II 中性线 00202A 刀闸和转换母线 08121 刀闸，穗东站拉开极II 中性线00202A 刀闸和转换母线08121 刀闸；如果金属回线有电流，则发重合金属回线 0030 开关的命令，并禁止再次断开金属回线 0030
开关；如果大地回线没有电流，则禁止断开金属回线 0030 开关。

2.特高压直流大地回线和金属回线转换的原理
由特高压大地回线和金属回线转换的过程可看出，转换过程中会有短时的金属回线和大地回线并列运行，再通过金属回线转换 0050 开
关或金属回线 0030 开关的操作将一回线断开，使电流全部转换到另外一路，从而完成大地回线和金属回线的转换。

由于直流电流没有过零点，所以直流开关的断流操作与交流开关断流操作相比有较大区别，带负荷断开直流电流具有更大的危险性，并且随着输送功率的增加操作难度更大，所以云广直流工程的直流开关并联了特殊装置来配合断开直流电流的操作，以金属回线转换 0050 开关为例简要介绍直流开关的断流原理。

3.单极大地金属回线运行方式转换时的异常介绍
3.1事故介绍
2012 年 09 月 22 日 10 时 22 分，根据调度命令将极 II 单极大地回线方式转为金属回线方式运行，在转换过程中金属回线转换断路器0050 发生多次分合，运行方式最终再次回到单极大地回线方式，转换
不成功。

后面检查：一次部分。

直流场 0050 断路器在合位，一次设备
红外测温发现金属回线转换断路器 0050 的避雷器装置中有一支温度较高（即平台上左起第一排第三只，温度达 54.6℃），其它设备无异常（平均温度为 20.8℃）；二次部分。

极 1、极 2 极保护均动作，保护 CPU2显示跳闸“T”。

后续开展 0050 直流断路器振荡装置检修试验工作，通过对避雷器现场试验发现振荡装置的第一排第三只的避雷器绝缘电阻为零，检修人员将故障的避雷器进行了更换。

对振荡装置其余避雷器、电抗器、电容器进行了全面检查及试验，未发现异常。

3.2暴露问题
本次事故共有两处异常，分别是金属回线转换 0050 开关发生多次分合和震荡装置上有一支避雷器被击穿。

根据后续分析本次转换不成功，保护动作为正确动作，但是发生金属回线转换 0050 开关多次分合的原因是程序中把直流站控打开MRTB 命令扩展了 30s，只要MRTB 处于合闸状态，在 6MD66 装置没有收到禁止打开 MRTB 的情况下， 30s 内可能输出多次分闸命令，次数的多少要看开关本体具备操作条件的时间间隔，由于 Q95 分的连锁条件一直满足，所以分开后很快又被合上，Q4、Q6 都没有动作，所以不能通过 MRTB 分开的状态复归此命令信号。

分命令一直保持 30 秒，造成反复分合。

在直流站控发送复位分命令后 60ms 左右，MRTB 由 82MRTB 保护的 3 段动作而重合，此时6MD66 分信号和保护的合信号同时开出到开关本体，直流场开关本体一般采用合闸优先的控制闭锁逻辑，根据当时的 TFR 上波形分析，可以得出开关本体合闸闭锁控制逻辑没有起到应有作用，所以开关被再次分开。

所以，主要原因为 82MRTB 保护功能 3 未设计“禁止分闸”逻辑
（82MRTB 保护功能 1、2 均设计了“禁止分闸”逻辑），造成本次大地转金属回线方式操作过程中 0050 断路器多次分、合闸，会对设备造成多次冲击，直流控制保护逻辑不合理；同时该开关本体的防跳回路也没起到作用。

4.改进和维护建议
根据其余各条直流单极大地 - 单极金属方式转换的运行经验，建议以后执行楚穗直流的单极大地 - 单极金属方式转换时，尽量避免满负荷（2500MW）转换，建议降低直流功率至 1500MW 以下再进行转换，转换成功后再提升直流功率；建议在较短时间内避免重复的单极大地金属转换；建议单极大地金属回线每次转换完毕后，对震荡装置进行红外测温和 TFR，检查震荡装置的动作情况，及时发现设备异常；检查开关本体合闸闭锁回路，确保直流场合闸优先，即同时存在分闸信号和合闸信号，只执行合闸命令。

检查直流场开关本体，如果没有防跳回路，则建议修改控制逻辑闭锁分闸出口或修改 82MRTB 保护 3 段动作逻辑；修改 82MRTB 的 3段保护动作，在合 MRTB 的同时发禁止分 MRTB 信号至直流站控，并让顺序反转；由图 2 和图 3 可以看出，由于大地回线比金属回线运行时电阻小，在短时金属回线和大地回线并列运行时，大地回线都承载大部分电流，所以对金属回线转换 0050 开关断流能力提出了更严格的
要求，所以应该加大对金属回线转换 0050 开关的检查和维护。

结语
云广直流输电工程是世界上第一条特高压直流输电工程，特高压直流有正负极，且各极电压均为 800kV，每极含两个阀组，每个阀组电压为 400kV，两个阀组串联组成一个极。

特高压直流运行具有直流电压高、输电容量大、输电距离远等特点。

本文简单分析了云广特高压直流输电工程大地回线和金属回线转换的原理和过程，其次分析了转换过程中遇见过的问题分析和相应解决方法。

在特高压直流输电系统中单极大地回线和单极金属回线相互转换是常规操作，但是具体的转换过程和发生的异常还需要仔细分析和学习。

参考文献
[1]袁虎强，程建登，曹生辉.±800kV 云广特高压直流单极大地- 金属回线转换失败原因分析[J]. 广东科技，2014.
[2]冯鸫，宋天奇，杨洁民，张楠 . 直流输电工程大地回线和金属回线转换过程及运行实例分析[J]. 高压电器，2009.。