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摘要：直流系统在双极运行过程中，由于单极故障而导致系统由双极运行方式转为单极大地运行方式运行的情况是直流系统中最常见的情况。文章针对昭通换流站双回四极的独特运行方式，为了防止直流系统在运行过程中流入接地极的电流过大，当单极非线路故障时，系统自动转为单极金属回线运行方式十分必要。
关键词：直流输电；单极大地回线；单极金属回线；自动转换
中图分类号：TM721 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）31-0024-02
直流输电系统有多种运行方式，除了正常情况下的双极运行方式以外，当直流某一极因检修等其他原因需要停运时，另一极就可以通过单极大地回线运行方式或单极金属回线运行方式继续运行，从而提高了直流系统可靠性，降低了对整个系统运行的影响。但如果直流输电系统长期以单极大地回线方式大负荷运行，直流电流可能经交流系统变压器中性点流入变压器，使变压器产生直流偏磁，从而影响变压器正常运行，另外，单极大地回线运行方式下的入地电流过大，会对接地极附近的生态造成影响。所以，为了降低因故障造成的单极大地回线方式运行时间，减小对系统及生态的影响，故障情况下，单极大地回线自动转为单极金属回线运行方式在直流输电系统中有着重要的作用。
1 大接地电流的影响
直流输电系统以大地作为回路时会对沿途的金属构件、管道等产生腐蚀作用。单极-大地回路方式运行时强大的入地电流将对接地极周边环境及交流电网造成很大影响。较大的直流电流流入大地，使接地极周边的土壤温度上升，会对土壤环境和植物生长也会造成一定的影响。
2 大地回线转为金属回线的原理
在双极运行方式下，某一极由于故障而导致单极大地回线运行方式时，由于大接地电流的对接地极附近生态有较大的影响，所以，不允许直流单极大地方式长时间运行，此时，通过改变直流运行方式，在不影响直流运行的情况下，将单极大地运行方式转为单极金属运行方式。下面以昭从直流为例，介绍单极大地回线向金属回线转换的详细过程。
图1为昭通换流站回1极1单极大地回线运行方式下直流场开关刀闸位置图，其中，黑框表示开关刀闸在合位，灰框表示开关刀闸在分位。
当极1单极大地回线运行时，以接地极为电流入地点，旁路母线不投入，此时极1极母线刀闸Q9、高速中性母线开关Q93、金属回线转换开关Q95、刀闸Q11、Q4、Q6为闭合状态；旁路刀闸Q71，大地回线转换开关Q94，刀闸Q1、Q3以及极2相关设备均为断开状态。而当极1单极金属回线运行时，以极2极线路为电流通路，接地极断开，此时极1极母线刀闸Q9、高速中性母线开关Q93仍处于闭合状态，而旁路刀闸Q71、大地回线转换开关Q94、刀闸应闭合Q1、Q3；金属回线转换开关Q95、刀闸Q1、Q3均为断开状态。
当极1需要由单极大地回线运行方式转换为金属回线运行方式时，则需进行以下步骤：（1）拉开11B30.Q53、11B30.Q54地刀；（2）合11B30.Q1、11B30.Q3、11B22.Q71
刀闸；（3）合上大地返回转换开关11B30.Q94；（4）断开接地极开关11B30.Q95，断开接地极刀闸11B30.Q6、
11B30.Q4。
操作完成以后，即转为金属回线运行方式。
3 大地金属回线自动转换实现过程及方法
3.1 自动转换过程
直流系统在正常情况下，为了减少对系统的影响以及为了使直流输电设备的充分利用，一般采用双极大地回线方式运行，这种情况下，直流系统负荷越大，单极停运时，流过接地极的电流越大。以昭从直流为例，在回1双极运行时，当某一极发生非直流线路的故障而导致停运时，若直流保护动作，且线路保护不动作，加上停运直流线路无流及另一直流线路有流作为自动转换装置的动作条件。当满足以上条件时，自动换装置动作，将停运极自动操作至极隔离状态，并将运行极由单极大地回线运行方式自动操作至金属回线运行方式。如图1所示：以极1故障停运为例，当满足自动转换装置动作条件以后，自动转换装置动作，首先自动将极1进行极隔离操作，即断开极1直流线路刀闸11B12Q9、中性母线开关11B14Q93和11B30Q11刀闸。然后按照大地回线向金属回线转换的步骤，实现极2单极大地回线向金属回线的自动装换。所有的转换步骤在极1停运后在尽可能短的延时内即开始启动，以使流过接地极电流的时间尽可能的短，将接地极电流对周围生态环境的影响减至最小。
3.2 自动转换实现方法
直流输电系统运行方式的自动转换，主要通过安装一个自动转换装置来控制直流开关和刀闸的自动分合闸操作以及分合闸顺序。而自动装置是否该动作，则需要通过直流输电系统在发生单极故障时相关保护的动作情况以及相关设备的运行情况来确定。由于自动装置动作以后的结果是要将双极运行方式下的非故障极由单极大地运行方式转换为单极金属运行方式，此时若在直流线路上发生短路故障，自动装置误动作将非故障极转为单极金属方式时，不但将使直流系统向故障点再次充电，而且直流保护会迅速动作，将直流另一极退出运行，从而使停电范围扩大，甚至由于直流双极停运而对系统运行产生影响。所以，在直流线路发生短路故障时，自动装置应可靠不动作。而线路故障主要是通过线路保护进行判别，所以在当线路保护动作后，自动装置应可靠闭锁。为了使自动装置在线路故障时不发生误动，从而导致更严重的事故发生，可以通过线路保护动作以后，给自动装置一个闭锁的开入信号，使自动转换装置可靠不动作。其他导致单极停运的保护动作以后，给自动装置一个启动的开入信号，同时，线路保护不动作，再加以停运极线路无压、无流，另一极线路有流，作为自动装置动作的辅助判据，保证自动装置可靠动作。以昭从直流为例，当极1阀区保护动作闭锁极1时，极1线路保护不动作，极1线路电压及电流均为0，当满足以上条件时，自动转换装置动作，迅速将极2由单极大地回线转为金属回线方式运行。 4 大地回线自动转为金属回线存在的问题及解决措施
在线路故障导致的单极直流停运时，自动切换装置误动作，导致系统向线路故障点送电，增加设备损坏程度。解决措施，增加装置动作判据，防止装置误动。
金属回线转换开关或刀闸未合到位，导致金属回线未带上负荷时，就断开了接地极开关，从而导致直流系统停运。解决措施：（1）手动断开接地极开关；（2）增加测量金属回线电流，作为断开接地极开关的动作判据。
接地极开路保护动作时，直接停运双极，此时，若两极不同时停运时，可考虑自动转换为单极金属回线方式运行，以减少负荷损失，提高系统运行可靠性。
换流器开路保护/直流过电压保护，原理为直流线路断线导致的直流过电压，出现此类故障时，自动转换装置不应动作。
直流低电压保护本身为后备保护，当直流线路发生接地故障时，若线路主保护拒动，则最终由直流低电压保护动作切除线路故障，此时，线路保护虽然未动作，但是自动切换装置不应动作。
所有直流线路保护动作后，自动转换装置应闭锁，保证可靠不动作。
双极区故障时，保护动作闭锁双极，此时自动转换装置应不动作。
5 结语
本文以昭从直流正常运行方式为例，将减小单极大地回线运行方式下大电流对系统及生态的影响作为切入点，详细分析了直流输电系统运行方式的转换过程以及单极大地回线自动转换为单极金属回线运行方式的实现原理及方法。通过分析，直流系统在故障情况下，运行方式的自动转换完全可行。
参考文献
[1] 赵婉君.超高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004.
[2] 李兴源.高压直流输电系统的运行和控制[M].北京：科学出版社，1998.
[3] 叶廷路，葛南.直流输电系统的运行与控制[J].电网 技术，1994，18（1）：20-25.
[4] 李文毅，李智勇，葛南.直流输电系统运行分析及建议[J].电网技术，1997，21（3）：58-59.
[5] 蒯狄正，万达，邹云.直流输电地中电流对电网设备影响的分析与处理[J].电力系统自动化，2005，29（2）：81-82.
[6] 高锡明，张鹏，贺智.直流输电线路保护行为分析[J].电力系统自动化，2005，29（14）：96-99.
[7] 王明新，张强.直流输电系统接地极电流对交流电网的影响分析[J].电网技术，2005，29（3）：9-15.
[8] 陆继明，肖冬，毛承雄，等.直流输电接地极对地表电位分布的影响[J].高电压技术，2006，32（9）：55-58.
作者简介：邹文龙（1984—），男，湖南衡阳人，中国南方电网超高压输电公司曲靖局助理工程师。
关键词：直流输电；单极大地回线；单极金属回线；自动转换
中图分类号：TM721 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）31-0024-02
直流输电系统有多种运行方式，除了正常情况下的双极运行方式以外，当直流某一极因检修等其他原因需要停运时，另一极就可以通过单极大地回线运行方式或单极金属回线运行方式继续运行，从而提高了直流系统可靠性，降低了对整个系统运行的影响。但如果直流输电系统长期以单极大地回线方式大负荷运行，直流电流可能经交流系统变压器中性点流入变压器，使变压器产生直流偏磁，从而影响变压器正常运行，另外，单极大地回线运行方式下的入地电流过大，会对接地极附近的生态造成影响。所以，为了降低因故障造成的单极大地回线方式运行时间，减小对系统及生态的影响，故障情况下，单极大地回线自动转为单极金属回线运行方式在直流输电系统中有着重要的作用。
1 大接地电流的影响
直流输电系统以大地作为回路时会对沿途的金属构件、管道等产生腐蚀作用。单极-大地回路方式运行时强大的入地电流将对接地极周边环境及交流电网造成很大影响。较大的直流电流流入大地，使接地极周边的土壤温度上升，会对土壤环境和植物生长也会造成一定的影响。
2 大地回线转为金属回线的原理
在双极运行方式下，某一极由于故障而导致单极大地回线运行方式时，由于大接地电流的对接地极附近生态有较大的影响，所以，不允许直流单极大地方式长时间运行，此时，通过改变直流运行方式，在不影响直流运行的情况下，将单极大地运行方式转为单极金属运行方式。下面以昭从直流为例，介绍单极大地回线向金属回线转换的详细过程。
图1为昭通换流站回1极1单极大地回线运行方式下直流场开关刀闸位置图，其中，黑框表示开关刀闸在合位，灰框表示开关刀闸在分位。
当极1单极大地回线运行时，以接地极为电流入地点，旁路母线不投入，此时极1极母线刀闸Q9、高速中性母线开关Q93、金属回线转换开关Q95、刀闸Q11、Q4、Q6为闭合状态；旁路刀闸Q71，大地回线转换开关Q94，刀闸Q1、Q3以及极2相关设备均为断开状态。而当极1单极金属回线运行时，以极2极线路为电流通路，接地极断开，此时极1极母线刀闸Q9、高速中性母线开关Q93仍处于闭合状态，而旁路刀闸Q71、大地回线转换开关Q94、刀闸应闭合Q1、Q3；金属回线转换开关Q95、刀闸Q1、Q3均为断开状态。
当极1需要由单极大地回线运行方式转换为金属回线运行方式时，则需进行以下步骤：（1）拉开11B30.Q53、11B30.Q54地刀；（2）合11B30.Q1、11B30.Q3、11B22.Q71
刀闸；（3）合上大地返回转换开关11B30.Q94；（4）断开接地极开关11B30.Q95，断开接地极刀闸11B30.Q6、
11B30.Q4。
操作完成以后，即转为金属回线运行方式。
3 大地金属回线自动转换实现过程及方法
3.1 自动转换过程
直流系统在正常情况下，为了减少对系统的影响以及为了使直流输电设备的充分利用，一般采用双极大地回线方式运行，这种情况下，直流系统负荷越大，单极停运时，流过接地极的电流越大。以昭从直流为例，在回1双极运行时，当某一极发生非直流线路的故障而导致停运时，若直流保护动作，且线路保护不动作，加上停运直流线路无流及另一直流线路有流作为自动转换装置的动作条件。当满足以上条件时，自动换装置动作，将停运极自动操作至极隔离状态，并将运行极由单极大地回线运行方式自动操作至金属回线运行方式。如图1所示：以极1故障停运为例，当满足自动转换装置动作条件以后，自动转换装置动作，首先自动将极1进行极隔离操作，即断开极1直流线路刀闸11B12Q9、中性母线开关11B14Q93和11B30Q11刀闸。然后按照大地回线向金属回线转换的步骤，实现极2单极大地回线向金属回线的自动装换。所有的转换步骤在极1停运后在尽可能短的延时内即开始启动，以使流过接地极电流的时间尽可能的短，将接地极电流对周围生态环境的影响减至最小。
3.2 自动转换实现方法
直流输电系统运行方式的自动转换，主要通过安装一个自动转换装置来控制直流开关和刀闸的自动分合闸操作以及分合闸顺序。而自动装置是否该动作，则需要通过直流输电系统在发生单极故障时相关保护的动作情况以及相关设备的运行情况来确定。由于自动装置动作以后的结果是要将双极运行方式下的非故障极由单极大地运行方式转换为单极金属运行方式，此时若在直流线路上发生短路故障，自动装置误动作将非故障极转为单极金属方式时，不但将使直流系统向故障点再次充电，而且直流保护会迅速动作，将直流另一极退出运行，从而使停电范围扩大，甚至由于直流双极停运而对系统运行产生影响。所以，在直流线路发生短路故障时，自动装置应可靠不动作。而线路故障主要是通过线路保护进行判别，所以在当线路保护动作后，自动装置应可靠闭锁。为了使自动装置在线路故障时不发生误动，从而导致更严重的事故发生，可以通过线路保护动作以后，给自动装置一个闭锁的开入信号，使自动转换装置可靠不动作。其他导致单极停运的保护动作以后，给自动装置一个启动的开入信号，同时，线路保护不动作，再加以停运极线路无压、无流，另一极线路有流，作为自动装置动作的辅助判据，保证自动装置可靠动作。以昭从直流为例，当极1阀区保护动作闭锁极1时，极1线路保护不动作，极1线路电压及电流均为0，当满足以上条件时，自动转换装置动作，迅速将极2由单极大地回线转为金属回线方式运行。 4 大地回线自动转为金属回线存在的问题及解决措施
在线路故障导致的单极直流停运时，自动切换装置误动作，导致系统向线路故障点送电，增加设备损坏程度。解决措施，增加装置动作判据，防止装置误动。
金属回线转换开关或刀闸未合到位，导致金属回线未带上负荷时，就断开了接地极开关，从而导致直流系统停运。解决措施：（1）手动断开接地极开关；（2）增加测量金属回线电流，作为断开接地极开关的动作判据。
接地极开路保护动作时，直接停运双极，此时，若两极不同时停运时，可考虑自动转换为单极金属回线方式运行，以减少负荷损失，提高系统运行可靠性。
换流器开路保护/直流过电压保护，原理为直流线路断线导致的直流过电压，出现此类故障时，自动转换装置不应动作。
直流低电压保护本身为后备保护，当直流线路发生接地故障时，若线路主保护拒动，则最终由直流低电压保护动作切除线路故障，此时，线路保护虽然未动作，但是自动切换装置不应动作。
所有直流线路保护动作后，自动转换装置应闭锁，保证可靠不动作。
双极区故障时，保护动作闭锁双极，此时自动转换装置应不动作。
5 结语
本文以昭从直流正常运行方式为例，将减小单极大地回线运行方式下大电流对系统及生态的影响作为切入点，详细分析了直流输电系统运行方式的转换过程以及单极大地回线自动转换为单极金属回线运行方式的实现原理及方法。通过分析，直流系统在故障情况下，运行方式的自动转换完全可行。
参考文献
[1] 赵婉君.超高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004.
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[4] 李文毅，李智勇，葛南.直流输电系统运行分析及建议[J].电网技术，1997，21（3）：58-59.
[5] 蒯狄正，万达，邹云.直流输电地中电流对电网设备影响的分析与处理[J].电力系统自动化，2005，29（2）：81-82.
[6] 高锡明，张鹏，贺智.直流输电线路保护行为分析[J].电力系统自动化，2005，29（14）：96-99.
[7] 王明新，张强.直流输电系统接地极电流对交流电网的影响分析[J].电网技术，2005，29（3）：9-15.
[8] 陆继明，肖冬，毛承雄，等.直流输电接地极对地表电位分布的影响[J].高电压技术，2006，32（9）：55-58.
作者简介：邹文龙（1984—），男，湖南衡阳人，中国南方电网超高压输电公司曲靖局助理工程师。