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1、电 力 建 设 第29卷 特高压直流输电工程系统调试方案研究 杨万开， 印永华， 曾南超 （中国电力科学研究院，北京市，100192） 摘 要 向家坝上海特高压直流输电工程系统具有输送容量大、电压等级高和设备较500 kV直流输电 工程多、现场系统调试运行方式多等特点。 对特高压800 kV直流输电工程一次设备和二次设备的特性进行 分析，重点分析了控制保护设备性能的特点。 借鉴500kV直流工程系统调试运行方式的经验，结合特高压直 流输电工程的特点，对特高压直流输电工程系统调试方案进行了分析研究，提出了系统调试方案编制建议； 并对系统调试试验项目优化组合进行了分析，提出了优化组合原则。 关键词
2、特高压直流输电工程；运行方式；系统调试方案研究；编制建议 中图分类号：TM721.1 文献标志码：A文章编号：1000-7229（2008）11-0016-03 收稿日期：20080905 作者简介： 杨万开(1960)，男，博士，高级工程师，长期从事高压直流输电技术研究工作。 0引言 向家坝上海800 kV特高压直流输电工程， 额定输送功率6 400 MW，额定电流4 000 A，额定电 压800 kV；单极采用双12脉动换流器串联结构，双 极采用4个12脉动换流器串联结构； 单极单12脉 动换流器可以独立运行，所以，双极12脉动换流器 额定运行电压为400 kV，额定功率3 200 MW，
3、额定 电流4 000 A。 特高压直流输电工程额定电压高、输 送功率大，即使失去直流单极，也会对电网产生很 大的冲击，其安全可靠运行意义重大。如此高电压、 大规模的直流输电工程属世界首创， 技术难度大。 为此在总结、消化和吸收国内500 kV直流输电工 程调试经验的基础上，结合特高压直流工程设计的 特点和工程前期的科研成果，开展了特高压直流输 电工程系统调试方案的研究。 提出了编制系统调试 方案和调试阶段划分的建议。 1特高压直流工程的特点 1.1主回路接线 （1） 直流双极采用4个12脉动换流器串联，每 极2个12脉动换流器串联接线， 串联电压（400 400）kV。 每极单12脉动换流器可
4、独立运行。 （2） 换流变压器采用了单相双绕组型式变压 器，Y/Y和Y/接线。 （3） 直流开关场采用了双极直流带接地极线路 典型接线型式， 中性线采用单大地/金属转换开关 MRTB；每个12脉动换流器设旁路开关回路；采用 干式平波电抗器，每极平波电抗器分成2组，一组安 装在直流极母线上，另一组安装在直流中性母线上； 每站每极装设1组12/24/36 3调谐直流滤波器。 1.2二次回路系统 1.2.1二次回路系统配置 直流系统的控制保护采用实时操作系统IN Time；交流场的监控采用XP+RTOS操作系统；运行 人员控制系统采用UNIXWindos混合平台。 交、直流控制系统采用完全双重化冗余
5、方案。 直流保护和换流变保护采用完全3取2逻辑方 案。交流滤波器保护、交流母线、开关、线路等保护完 全双重化配置。 3取2逻辑方案是3套直流保护装置有2套判 定有故障，保护就动作。 1.2.2直流控制保护系统 特高压直流控制系统与直流保护系统相互独 立，直流控制系统采用分层结构，双重化原则配置， 控制层包括站控制层、双极控制层、极控制层、阀组 控制层和阀基电子设备。每极2个12脉动换流器的 控制相互独立，两极的控制相互独立，互不影响，同 时协调统一。 直流保护系统包括：换流器保护，极保护，双极 保护，直流滤波器保护，交流母线过电压保护和交流 滤波器保护。 按12脉动换流器单独配置保护，双极 及
6、每极2个换流器的保护完全独立。 1.2.3基本运行接线方式 特高压专栏 电力建设 Electric Power Construction 第29卷第11期 2008年11月 Vol 29No 11 Nov. 2008 16 第11期 根据主回路采用每极2个12脉动换流器串联 接线方式， 每极单12脉动换流器可以独立运行，可 以有以下接线运行方式1：双极双换流器接线运行 方式；双极换流器不平衡接线运行方式；双极单换流 器接线运行方式；单极双换流器大地回线运行方式； 单极双换流器金属回线运行方式； 单极单换流器大 地回线运行方式；单极单换流器金属回线运行方式。 1.2.4在线投退12脉动换流器 当
7、12脉动换流器在线由停运转入运行时，换流 器零功率解锁， 换流器触发角由逆变状态向整流状 态移相至90左右，然后将电流升至正常运行电流。 整流站和逆变站的旁通断路器均分闸后， 控制系统 再调节换流器触发角将直流侧电压升高至设定值。 当12脉动换流器在线退出运行时，换流器的电 流不变，控制换流器增大触发角和关断角，降低换流 器两端直流电压接近于零。 整流站和逆变站的旁通 开关和刀闸均合闸后，再拉开换流器的旁通开关。 2特高压直流运行方式分析 前面已经述及特高压直流输电工程有7种接线 运行方式， 每一种接线包含有一种或多种接线运行 方式，再结合降压运行方式，特高压直流工程主回路 接线结构远多于超高
8、压直流输电工程， 系统调试工 作量增大。 根据以往500 kV超高压直流输电工程 系统调试的经验， 金属回线方式归纳在直流主回路 换流器不同的接线运行方中， 而降压运行方式在这 些运行方式中的一些试验项目得到了验证。 因此， 建议在编制特高压直流输电工程系统调 试方案时，按照以下5种接线运行方式考虑2： 单极单换流器接线运行方式：包括极1 、极 2单 换流器和换流器交叉运行以及金属回线运行等16 种接线运行方式。 双极单换流器接线运行方式：包括极1 、极 2单 换流器和换流器交叉运行等16种接线运行方式。 单极双换流器接线运行方式：包括极1 、极 2双 换流器运行以及金属回线运行等4种接线运行
9、方 式。 双极换流器不平衡接线运行方式： 包括极1双 换流器、极2单换流器和极2双换流器、极1单换流 器运行等8种接线运行方式。 双极双换流器接线运行方式。 在线投退12脉动换流器试验可在单极双换流 器接线运行方式、 双极换流器不平衡接线运行方式 和双极双12脉动换流器接线运行方式下完成。 以上总共有45种接线运行方式，特高压直流输 电工程系统调试要对这些接线运行方式下一次设备 和二次设备性能进行检验。其中，考核一次设备性能 的试验要根据系统的条件和设备的状态而定； 考核 二次设备性能的试验就是要对特高压直流系统运行 控制模式和保护性能能进行检验。 特高压直流输电工程系统调试就是对上述直流 控
10、制和保护功能进行验证， 在直流功率的两个传输 方向下， 直流系统满足上述所有接线运行方式和运 行控制模式运行，当直流系统发生故障时，直流保护 可靠动作，保护设备的安全。 3特高压直流系统调试方案编制原则 系统调试是对所有主回路设备，如变压器、换流 阀、直流线路、滤波器、断路器和开关等的耐压水平、 通流能力进行检验，并对整个系统的运行性能，包括 换流站控制、极控制、保护设备的功能进行评价，还 要考虑到直流送端和受端交流电网的安全稳定运 行，校核整个系统工程是否满足设计规范要求。所以 在确定特高压直流输电工程系统调试试验项目时就 要考虑上述因素，既要考虑主回路设备性能考核，又 要考虑对二次设备控制
11、保护设备的性能检验； 既要 借鉴500 kV直流输电工程系统调试的经验3，又要 密切联系800 kV特高压直流输电工程实际， 保证 特高压直流输电工程按期顺利投入运行。 根据上述建议的5种接线运行方式， 综合考虑 到单极单换流器和双换流器接线运行方式的试验项 目基本相同，以及双极单换流器、双极换流器不平衡 和双极双换流器接线运行方式的试验项目基本相同 等特点， 建议特高压直流输电工程系统调试方案分 为单极系统调试方案和双极系统调试方案。 但在编 制现场系统调试实施方案时， 就要考虑前面提出的 5种接线运行方式下的系统调试方案和试验项目。 由于5种接线运行方式下的系统调试项目多达几千 项之多，所
12、以，在安排现场系统调试试验时，就要考 虑对试验项目进行优化组合。 在编制系统调试方案时， 要充分考虑到特高压 直流输电工程控制保护性能和单极12脉动换流器 可以独立运行的特点： 3.1在编制直流系统保护跳闸性能试验方式时，应 考虑到极层面情况下的直流闭锁性能检验， 又要考 虑到换流器层面情况下的直流闭锁性能检验。 3.2在编制控制系统切换试验方案时，要考虑到在 极控制层进行，又要考虑在换流器控制层面下进行。 3.3在编制失去站用辅助电源试验方案时，既要考 虑在极控制层面下进行， 又要考虑到在换流器控制 特高压直流输电工程系统调试方案研究 17 电 力 建 设 第29卷 层面逐个进行。 因为站用
13、辅助电源设计是每一个换 流器一套辅助电源。 3.4在编制最后一条线路跳闸保护试验方案时，只 需考虑在站内进行试验即可。在以往工程中，最后一 条线路跳闸保护根据逆变站对端交流站开关状态并 经过逻辑判断后实施最后一条线路跳闸保护。 向家 坝上海特高压直流输电工程中， 通过在换流变压 器交流引线避雷器下加装交流CT，根据避雷器泄露 电流及其保护水平计算避雷器的能量来作为最后一 条线路跳闸保护的判据。 3.5由于向家坝上海特高压直流输电工程中，直 流保护系统采用3取2的原则， 所以在一套直流保 护装置软件中模拟故障， 当3个保护系统都投入运 行时，不发生跳闸，当有一套保护装置退出运行，再 在软件中模拟
14、故障，则保护跳闸。 4试验项目优化组合原则 由于特高压直流输电工程系统调试运行方式和 试验项目多，考虑到工程建设工期，有必要对系统调 试试验项目进行科学的优化组合分析。 所谓优化就是缩减类似重复的项目,组合则是 将几个相关的项目融合在一个试验中进行； 调试项 目优化是在编制系统调试实施计划方案时所要考虑 的问题， 其目的是在直流系统的性能得到全面考核 和验证的基础上，将调试项目适当减少。而组合则是 在系统调试过程中，将几项试验科学地组合在一起， 既检查了直流设备的性能，减少了设备的操作步骤， 在单位时间内完成了较多的试验项目， 提高了调试 工作效率。 优化组合的目的是在保证试验质量的前 提下，
15、尽量减少调试工作量，加快试验进度。 调试项目的优化原则是： 4.1基本功能相同、 软件逻辑功能相同的试验项 目，应进行优化组合。 4.2保留考验设备性能的试验项目。 4.3保留涉及设备安全的试验项目。 4.4考虑到工程基本上是单向送电， 功率反送项 目，可只保留基本性能验证的试验项目。 4.5调度运行部门采用的运行方式，应保留。 5结论 本文总结特高压直流输电工程的特点， 对特高 压直流工程系统调试接线运行方式、 系统调试方案 编制原则和试验项目的优化组合原则进行分析探 讨，结论如下： 5.1对特高压直流输电工程接线运行方式以及控 制保护特点进行了分析， 编制系统调试方案要充分 考虑系统接线运
16、行方式以及控制保护性能验证。 5.2特高压直流工程系统调试应按5种接线运行 方式考虑， 综合考虑到单极单换流器和双换流器接 线运行方式的试验项目基本相同， 以及双极单换流 器、 双极换流器不平衡和双极双换流器接线运行方 式的试验项目基本相同等特点， 为使现场调试试验 条理清晰， 提出了特高压直流输电工程系统调试方 案可划分为单极系统调试方案和双极系统调试方案 的编制原则，但在编制系统调试实施计划方案时，要 充分考虑到5种接线运行方式的试验项目。 5.3针对特高压直流系统运行方式多和试验项目 多的特点，对试验项目的优化组合进行分析，提出了 优化组合原则。 6参考文献 1国家电网公司.向家坝上海8
17、00千伏特高压直流输电示范工 程技术规范S.北京，2007. 2国家电网公司特高压建设部.向家坝上海800千伏特高压直 流输电示范工程系统调试大纲R，北京，2008. 3杨万开,曾南超.三沪直流工程系统调试方案R北京：中国电力 科学研究院，2006. StudyonSystemTrialTestPlanforUHVDCTransmissionProjects YANGWan-kai,YINYong-hua,ZENGNan-chao （ChinaElectricPowerResearchInstitute,Beijing100192,China） AbstractDesign features
18、of Xiangjiaba-Shanghai UHV DC transmission project, including large system capacity, high voltage class, and more equipments than that of 500 kV projects, etc., are introduced; the characteristics of primary and secondary equipments of 800 kV UHV DC project are analyzed with an emphasis on features
19、of control protection equipments. Using experiences from 500 kV system test, and combining characters of UHVDCprojects,thetrialtestplansareanalyzed,andrecommendations for plan development are given; the optimumcombination of systemtest items isanalyzed,andprinciplesforoptimizationarealsoproposed. KeywordsUHVDCtransmissionproject;operationmode;studyonsystemtrialtestplan;recommendation （责任编辑： 刘同举 ） 电力建设 Electric Power Construction 第29卷第11期 2008年11月 Vol 29No 11 Nov. 2008 18