高压直流输电系统逆变站最后断路器跳闸配置原则

2006年3月Power System Technology Mar. 2006 文章编号：1000-3673（2006）06-0035-06 中图分类号：TM721.1 文献标识码：A 学科代码：470⋅4051

高压直流输电系统逆变站

最后断路器跳闸装置配置原则

刘云，王明新，曾南超

（中国电力科学研究院，北京市海淀区100085）

Configuration Principle of Last Breaker Trip Equipment in Inverter Station of HVDC

LIU Yun，WANG Ming-xin，ZENG Nan-chao

（China Electric Power Research Institute，Haidian District，Beijing 100085，China）

ABSTRACT:The last breaker trip equipment in inverter station of HVDC system is a very important control device in converter station of DC system, whose main function is to prevent overvoltages at the AC side in converter station and other parts, which are caused by sudden trip-out of all AC loads in inverter station while the DC system is being operated, and the insulation damage of AC and DC equipments caused by the overvoltages. Taking the Lingbao back-to-back HVDC project for example, which is the first fully home-produced HVDC project in China, the configuration principle of last breaker trip equipment is analyzed . Combining with practical commissioning of this project, the control functions of last breaker trip equipment are optimized and perfected, and the design principle and commissioning experiences of this equipment are summarized. These experiences are suitable to other HVDC projects and are also helpful for improving the design, commissioning and operation level of HVDC projects in China.

KEY WORDS: HVDC；Lingbao back-to-back HVDC project；breaker；protective relaying；power system

摘要：高压直流输电系统逆变站最后断路器跳闸装置是非常重要的换流站直流系统控制设备，主要防止直流系统运行时逆变站交流负荷突然全部断开造成换流站交流侧及其它部分过电压，导致交、直流设备绝缘损坏。文章结合我国第一个全面国产化高压直流工程——灵宝背靠背直流联网工程，分析了最后断路器跳闸装置配置原则，结合工程系统调试实际对该控制功能进行了优化和完善，并总结了最后断路器跳闸装置设计原则和调试经验，这些经验同样适用于其它高压直流输电系统，有助于提高我国高压直流输电工程的设计、调试和运行水平。

关键词：高压直流输电；灵宝背靠背直流联网工程；断路器；继电保护；电力系统0 引言

在高压直流输电系统[1-6]运行过程中，如果逆变站突然切除全部交流线路，逆变站交流侧及其它部分的电压会异常升高，危及一次设备安全[7]。针对逆变站突然切除全部交流线路的情况，高压直流输电系统中通常在逆变站设置最后断路器跳闸装置，以尽量降低逆变站的过电压幅值和持续时间，保护一次设备安全[8]。最后断路器跳闸装置不仅涉及到多种交流线路保护、开关保护、安稳装置和直流控制保护系统等，还需要与通信系统和一次设备合理配合，是高压直流输电二次系统中较为复杂的功能之一。

我国第一个全面国产化直流联网工程——灵宝背靠背直流联网工程连接华中和西北两大电网，正常运行时功率既可以正送也可以反送，因此，两侧交流系统都可能是逆变侧系统，需要配置两套逆变站最后断路器跳闸装置，较全面地体现了最后断路器跳闸装置的配置和运行特点[9]。

1 最后断路器跳闸装置原理

在高压直流输电系统运行过程中，如果逆变站突然切除全部交流线路，逆变器的电流将全部流入换流站内的滤波器等无功补偿装置，使逆变站交流侧及其它部分的电压异常升高，交流滤波器母线电压最高可达正常运行电压的3倍左右[10]。这时，直流线路上的电压将随着交流电网电压的升高而成比例增大，可能破坏逆变器的换相过程，从而使交流母线的电压进一步升高。而且短时过电压常常伴随着严重的波形畸变，会危及换流站中的设备绝缘，如不进行有效限制，就需要提高直流输电设备的设计标准，直接导致建设

成本的大幅增加[11-13]。

高压直流输电系统逆变站最后断路器跳闸装置是专门针对逆变站突然切除全部交流线路的情况设计的，其原理是：将可能导致逆变器突然大幅度减载的断路器跳闸信息与逆变器的闭锁及投旁通对进行联锁，即在可能导致逆变器失去负荷的交流断路器断开之前进行逆变器投入旁通对，封锁触发脉冲，使直流系统停止运行，跳开换流站所有交流滤波器并断开交直流连接，这样可尽量降低逆变侧的过电压幅值和持续时间，保护一次设备安全[14-15]。最后断路器跳闸装置的主要判断依据是本地交流进线断路器的跳闸命令及其状态；如果通信正常，远方交流断路器的跳闸命令和状态信号也是主要判据。逆变站的控制系统监视系统运行方式，当逆变侧只有一条交流进线时控制系统会发出“逆变站只有一条交流进线”信息，提醒运行人员注意，并开放最后断路器跳闸装置。此时，如果检测到这条交流进线断路器断开或收到断开命令，则最后断路器跳闸装置动作，启动动作时序。由于采用了断路器断开命令，在交流进线最后一台断路器实际断开之前已发出了直流系统紧急停运命令。如果由于各种原因换流站没有收到断路器的状态信号，并且远方断路器已经断开，则该跳闸装置的后备交流电压保护会检测过电压水平，并且触发紧急停运，可靠地断开交流系统[16-17]。

2 灵宝背靠背直流联网工程中最后断路器跳闸装置配置情况

2.1 灵宝背靠背直流工程概况

西北—华中联网灵宝背靠背直流工程双向传送额定直流功率360MW。交流系统电压等级分别为华中侧220kV、西北侧330kV；直流系统额定电压为120kV。灵宝背靠背换流站以1回220kV灵紫线与华中电网侧220kV紫东变电站相联，线路长300m。紫东变再经2回220kV交流线路与五塬变电站相联；以1回330kV罗灵线与西北电网侧330kV罗敷站相联，线路长约80km。灵宝换流站两侧交流开关场均采用单母线接线，各包括1回交流高压线路、1回换流变压器的进线、若干无功设备(包括滤波器、并联电容器、并联电抗器)，这些设备均经单断路器直接接入各自母线。灵宝背靠背换流站直流侧主接线按一个单极设计，换流站有2个12脉动换流器(华中、西北侧各1个，其6脉动桥中点不接地)，两侧均采用单相三绕组换流变。灵宝背靠背换流站主接线如图1所示[9]。作为华中—西北电网直流背靠背联网工程的一部分，在灵宝换流站和相关的华中电网和西北电网8个厂站中设置了FWK-300分布式安全自动装置，用于大区互联电网多个厂站的系统安全稳定控制。各厂站通过高速数据光纤通信，可按控制策略表向灵宝换流站发送降功率、线路跳闸控制命令，或启动最后断路器跳闸装置[18-19]。

图1灵宝换流站电气主接线图

Fig. 1 Main electrical connection diagram of Lingbao

back-to-back converter station

2.2 灵宝背靠背直流工程中最后断路器跳闸装置配置情况

与其它换流站相比，由于灵宝换流站两侧均只有一条交流进线，正常运行时，无论是功率正送(华中向西北)还是反送(西北向华中)，都有逆变侧处在最后一台断路器运行方式。因此，与其它换流站相比，灵宝换流站控制系统无需判断最后一台断路器运行方式。下面结合灵宝背靠背工程分析直流输电系统逆变站最后断路器跳闸装置的配置和设计原则。

原则上，任何可能引起换流站最后一条交流进线失电的信息都要及时送到控制系统中，便于最后断路器跳闸装置分析判断，并启动相应的顺控时序。最后断路器跳闸装置不仅要处理换流站本站的相关信息，还要处理对端交流站及安全稳定装置的远传信息，包括交流保护跳闸信息、断路器位置信息、安全稳定装置跳闸信息等。其中交流保护跳闸信息至少包括线路保护、母差保护、断路器失灵保护等[20-21]。

灵宝换流站功率正送和反送时，逆变站最后断路器跳闸装置的判断有相似之处，但两侧交流保护和安稳装置的通信通道等稍有差别，最后断路器跳闸装置的特性也有所不同。下面首先对功率反送(西北向华中)时的最后断路器跳闸装置进行分析。图2为功率反送时的最后断路器跳闸装置配置情况。