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摘要：逆变站两条高压直流系统共用接地极，在特殊运行工况下，可能引起一条高压直流系统接地网过流保护误动，现分析了保护误动的原因，并介绍了现场对高压直流系统的改造措施。利用系统调试对改造后的两条高压直流系统开展试验验证，证明了优化措施的有效性。
关键词：共用接地极;限流电阻;金属回线;大地回线
0 引言
直流接地极是高压直流系统中的重要组成部分，当直流系统以单极大地回线或双极大地回线方式运行时，其不但起着钳制中性点电位的作用，还能为直流电流提供通路[1]。随着高压直流的建设，寻找合适的接地极址变得越来越困难[2]。考虑到共用接地极的经济性和接地极址对环境方面的影响，后续越来越多的高压直流系统采用了共用接地极的做法。由于共用接地极的两条直流在各自控制保护装置上的相对独立和系统运行方式上的多样，共用接地极也存在一些问题，电网内曾发生一起因共用接地极导致过流保护动作的事件[3]。
本文以逆变站共用接地极的某直流系统A和某直流系统B为例，对共用接地极引起过流保护动作事件的原因进行分析，同时研究了针对上述事件进行的现场改造和改造后效果。
1 共用接地极过流保护动作原因分析
高压直流系统正常运行方式包括双极大地回线方式、单极大地回线方式和单极金属回线方式。由于单极大地回线运行时，系统将产生入地电流，而入地电流将对周边变压器、燃气管道等设备产生影响，因此，长期运行时，直流系统一般采用双极大地回线方式和单极金属回线方式。共用接地极的两条直流系统，即使一条直流系统单极大地回线运行，产生入地电流，由于另一条直流系统没有为入地电流提供回路，直流系统入地电流将不会产生分流。但在运行中存在一些特殊运行工况，若直流系统A、B同时处于单极大地回线运行方式，此时，将直流系统B由单极大地回线转为单极金属回线运行方式，在转换过程中，直流系统B逆变站将先合上站内高速接地开关0040，再拉开接地极线路隔离开关00500。在这个过程中，直流系统B逆变站将短时存在两个接地点（站内接地网和站外接地极），直流系统A的部分入地电流将从共用接地极沿着直流系统B逆变站的接地极线路注入直流系统B逆变站站内接地网，其等效电路如图1所示。其中直流系统A和B共用接地极电阻为0.233 Ω，直流系统B逆变站接地极线路电阻为2.675 7 Ω，直流系统B逆变站站内接地网电阻为0.375 Ω。假设直流系统A入地电流为IA，直流系统B分流电流为IB，根据欧姆定律，IB=0.233×IA/（0.233+2.675 7+0.375）≈0.071IA。
同时，为了防止站内接地网入地电流过大，对接地网造成损坏，换流站一般配置有站内接地网过流保护，直流系统B逆变站保护判据如表1所示。因此，根据上述分析，当直流系统A产生的入地电流大于714.3 A时，直流系统B接地网将流过大于50 A的电流，系统将发生跳闸，严重影响直流系统稳定运行。
2 共用接地极过流改造
2.1 一次系统改造
根据共用接地极分流公式可知，若想避免站内接地过流保护动作，可以降低系统中分流的电流，而减小分流电流最简单的方式为改变接地极电阻、接地极线路电阻或站内接地网电阻。考虑到接地极电阻、接地极线路已经建造，距离换流站较远，现场改造比较困难、费用较高，最终采用在站内增加限流电阻的方式减小站内入地电流。由于在单极金属回线运行方式下，站内接地网主要为钳制直流系统零电位的作用，若限流电阻长期存在，将导致接地网电阻过大，可能影响直流系统零电位钳制，因此，考虑在限流电阻回路并联一个限流电阻刀闸，来实现限流电阻的投入和退出，缩短限流电阻投入时间。同时，虽然引入了限流电阻刀闸，但在单极大地转金属和金属转单极大地的过程中还是会存在较短时间内限流电阻接地的状态，考虑到限流电阻对中性母线的电位提升、电阻的发热功率、暂态故障下电阻的应力等问题，现场最终将限流电阻选为5 000 Ω。现场改造后一次系统如图2所示，相比原有接线方式，增加了直流限流电阻及直流限流电阻刀闸00402。
2.2 二次系统控制策略改造
由于增加了限流电阻和限流电阻刀闸，相应也需要对控制保护中的直流顺控逻辑、直流运行方式判别逻辑进行修改。相比原有顺控逻辑操作，新的顺控逻辑为：在单极大地回线转金属回线操作时，先拉开限流电阻刀闸00402，再合上站内高速接地开关0040（此时虽然站内有两个接地点，但由于限流电阻接入分流回路，系统分流很小），再拉开接地极线路隔离开关00500，之后再合上限流电阻刀闸00402（退出限流电阻，钳制零电位）;在单极金属回线转单极大地回线操作时，先拉开限流电阻00402刀闸，再合上接地极线路隔离开关00500（由于限流电阻作用，系统分流很小），然后断开高速接地开关0040，之后再合上限流电阻刀闸00402。新的顺控操作重点在于金属和大地回线转换过程中，站内接地点和站外接地极共存时，将限流电阻接入站内接地支路，减小该支路电流，防止站内接地网过流保护误动;转换过程完成后再将限流电阻旁路。
3 改造后运行效果分析
在直流系统B逆变站现场改造后，为验证限流电阻接入后的改造效果，开展了加装限流电阻直流系统调试。当直流系统A采用单极大地回线运行，流入入地电流为1 100 A时，将直流系统B由单极大地回线向单极金属回线转换，在顺控操作合上站内高速接地开关0040时，站内接地网与接地极共同接地，查看录波此时流过站内接地网的电流平均值为3.2 A（IdSG）左右，直流中性母线电压小于1 kV（UdN），其录波值如图3所示;将直流系统B由单极金属回线向单极大地回线转换，在顺控操作合上接地极线路隔离开关00500时，站内接地网与接地极共同接地，查看录波此时流过站内入地电流平均值为3.2 A左右，直流中性母线电压小于1 kV。调试过程中，所有顺控步骤正确执行，直流系统运行正常，未出现异常情况，验证了改造效果满足现场要求。
4 结语
逆变站共用接地极的两条高压直流，当一条直流单极大地回线运行，另一条直流开展金属和大地回线之间的转换时，可能引起站内接地网过流保护误动。本文分析了保护误动的原因，并针对上述现象，介绍了现场开展的一、二次设备改造情况，最终经过系统调试证明现场改造能够避免保护误动，有效提高直流系统运行可靠性。该改造案例可供后续直流工程参考。
[参考文献]
[1] 赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004.
[2] 鞠翔，袁虎强，高标，等.高压直流输电系统共用接地极运行特性分析[J].电力设备管理，2020（12）：41-43.
[3] 王蒙，刘茂涛.接地极共用导致站接地网过流保护76SG动作事件分析[J].电工技术，2019（3）：64-65.
收稿日期：2021-07-29
作者簡介：李金安（1982—），男，广东广州人，工程师，主要从事高压直流技术运行维护工作。
关键词：共用接地极;限流电阻;金属回线;大地回线
0 引言
直流接地极是高压直流系统中的重要组成部分，当直流系统以单极大地回线或双极大地回线方式运行时，其不但起着钳制中性点电位的作用，还能为直流电流提供通路[1]。随着高压直流的建设，寻找合适的接地极址变得越来越困难[2]。考虑到共用接地极的经济性和接地极址对环境方面的影响，后续越来越多的高压直流系统采用了共用接地极的做法。由于共用接地极的两条直流在各自控制保护装置上的相对独立和系统运行方式上的多样，共用接地极也存在一些问题，电网内曾发生一起因共用接地极导致过流保护动作的事件[3]。
本文以逆变站共用接地极的某直流系统A和某直流系统B为例，对共用接地极引起过流保护动作事件的原因进行分析，同时研究了针对上述事件进行的现场改造和改造后效果。
1 共用接地极过流保护动作原因分析
高压直流系统正常运行方式包括双极大地回线方式、单极大地回线方式和单极金属回线方式。由于单极大地回线运行时，系统将产生入地电流，而入地电流将对周边变压器、燃气管道等设备产生影响，因此，长期运行时，直流系统一般采用双极大地回线方式和单极金属回线方式。共用接地极的两条直流系统，即使一条直流系统单极大地回线运行，产生入地电流，由于另一条直流系统没有为入地电流提供回路，直流系统入地电流将不会产生分流。但在运行中存在一些特殊运行工况，若直流系统A、B同时处于单极大地回线运行方式，此时，将直流系统B由单极大地回线转为单极金属回线运行方式，在转换过程中，直流系统B逆变站将先合上站内高速接地开关0040，再拉开接地极线路隔离开关00500。在这个过程中，直流系统B逆变站将短时存在两个接地点（站内接地网和站外接地极），直流系统A的部分入地电流将从共用接地极沿着直流系统B逆变站的接地极线路注入直流系统B逆变站站内接地网，其等效电路如图1所示。其中直流系统A和B共用接地极电阻为0.233 Ω，直流系统B逆变站接地极线路电阻为2.675 7 Ω，直流系统B逆变站站内接地网电阻为0.375 Ω。假设直流系统A入地电流为IA，直流系统B分流电流为IB，根据欧姆定律，IB=0.233×IA/（0.233+2.675 7+0.375）≈0.071IA。
同时，为了防止站内接地网入地电流过大，对接地网造成损坏，换流站一般配置有站内接地网过流保护，直流系统B逆变站保护判据如表1所示。因此，根据上述分析，当直流系统A产生的入地电流大于714.3 A时，直流系统B接地网将流过大于50 A的电流，系统将发生跳闸，严重影响直流系统稳定运行。
2 共用接地极过流改造
2.1 一次系统改造
根据共用接地极分流公式可知，若想避免站内接地过流保护动作，可以降低系统中分流的电流，而减小分流电流最简单的方式为改变接地极电阻、接地极线路电阻或站内接地网电阻。考虑到接地极电阻、接地极线路已经建造，距离换流站较远，现场改造比较困难、费用较高，最终采用在站内增加限流电阻的方式减小站内入地电流。由于在单极金属回线运行方式下，站内接地网主要为钳制直流系统零电位的作用，若限流电阻长期存在，将导致接地网电阻过大，可能影响直流系统零电位钳制，因此，考虑在限流电阻回路并联一个限流电阻刀闸，来实现限流电阻的投入和退出，缩短限流电阻投入时间。同时，虽然引入了限流电阻刀闸，但在单极大地转金属和金属转单极大地的过程中还是会存在较短时间内限流电阻接地的状态，考虑到限流电阻对中性母线的电位提升、电阻的发热功率、暂态故障下电阻的应力等问题，现场最终将限流电阻选为5 000 Ω。现场改造后一次系统如图2所示，相比原有接线方式，增加了直流限流电阻及直流限流电阻刀闸00402。
2.2 二次系统控制策略改造
由于增加了限流电阻和限流电阻刀闸，相应也需要对控制保护中的直流顺控逻辑、直流运行方式判别逻辑进行修改。相比原有顺控逻辑操作，新的顺控逻辑为：在单极大地回线转金属回线操作时，先拉开限流电阻刀闸00402，再合上站内高速接地开关0040（此时虽然站内有两个接地点，但由于限流电阻接入分流回路，系统分流很小），再拉开接地极线路隔离开关00500，之后再合上限流电阻刀闸00402（退出限流电阻，钳制零电位）;在单极金属回线转单极大地回线操作时，先拉开限流电阻00402刀闸，再合上接地极线路隔离开关00500（由于限流电阻作用，系统分流很小），然后断开高速接地开关0040，之后再合上限流电阻刀闸00402。新的顺控操作重点在于金属和大地回线转换过程中，站内接地点和站外接地极共存时，将限流电阻接入站内接地支路，减小该支路电流，防止站内接地网过流保护误动;转换过程完成后再将限流电阻旁路。
3 改造后运行效果分析
在直流系统B逆变站现场改造后，为验证限流电阻接入后的改造效果，开展了加装限流电阻直流系统调试。当直流系统A采用单极大地回线运行，流入入地电流为1 100 A时，将直流系统B由单极大地回线向单极金属回线转换，在顺控操作合上站内高速接地开关0040时，站内接地网与接地极共同接地，查看录波此时流过站内接地网的电流平均值为3.2 A（IdSG）左右，直流中性母线电压小于1 kV（UdN），其录波值如图3所示;将直流系统B由单极金属回线向单极大地回线转换，在顺控操作合上接地极线路隔离开关00500时，站内接地网与接地极共同接地，查看录波此时流过站内入地电流平均值为3.2 A左右，直流中性母线电压小于1 kV。调试过程中，所有顺控步骤正确执行，直流系统运行正常，未出现异常情况，验证了改造效果满足现场要求。
4 结语
逆变站共用接地极的两条高压直流，当一条直流单极大地回线运行，另一条直流开展金属和大地回线之间的转换时，可能引起站内接地网过流保护误动。本文分析了保护误动的原因，并针对上述现象，介绍了现场开展的一、二次设备改造情况，最终经过系统调试证明现场改造能够避免保护误动，有效提高直流系统运行可靠性。该改造案例可供后续直流工程参考。
[参考文献]
[1] 赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004.
[2] 鞠翔，袁虎强，高标，等.高压直流输电系统共用接地极运行特性分析[J].电力设备管理，2020（12）：41-43.
[3] 王蒙，刘茂涛.接地极共用导致站接地网过流保护76SG动作事件分析[J].电工技术，2019（3）：64-65.
收稿日期：2021-07-29
作者簡介：李金安（1982—），男，广东广州人，工程师，主要从事高压直流技术运行维护工作。