（中国南方电网超高压输电公司 广州 510620）
摘要：普侨直流在普洱换流站侧无接地极的情况下，只能以单极金属回线运行，这使得直流系统的输送能力减半，另外线路损耗增加；为解决此问题，考虑采用普洱换流站站内接地网作为临时接地极，使普侨直流双极平衡运行。本文对这种特殊运行方式下换流站内设备安全（一次设备、二次设备、接地网）、系统安全（CT饱和特性、保护拒动/误动）及人身安全（跨步电压和接触电压）等进行了研究和分析，对存在的风险采取了相应的控制措施后，确认此种方式可以作为临时方式投入运行，并对带电后的实际运行工况进行了对比。
关键词：普侨直流；站内接地网；临时接地极；运行
0 引言
站内接地网的设计主要保证系统故障工况下的人身和设备安全，接地极的设计是作为单极大地回路运行时直流工作电流的返回通道，两者设计考虑的基本原则不同。
1 站内设备安全
1.1 接地网
1）普洱站接地网：按照交流500kV单相短路故障对接地网进行设计，水平接地网由Ф14.7 镀铜圆钢组成，垂直接地极由Ф17.2镀铜钢棒组成；以上镀铜钢接地材料镀铜层厚度不小于0.254mm，铜层含铜量≥99.9%，导电率不低于20％；接地材料之间的连接采用放热焊接。现场接地网实测接地电阻为0.3Ω。
2）双极平衡运行时，双极电流不平衡按1%额定电流考虑，即入地电流为31.25A。地网发热可以接受：接地网导体材料的通流能力均能满足这一数值要求；地网腐蚀可以接受：镀铜层 0.354μm/年，钢 0.304μm/年；
3）主接地网Ф14.7镀铜圆钢截面为169.6mm2，垂直接地极由Ф17.2镀铜钢棒截面为196mm2，根据热稳定条件，故障后闭锁过程入地电流按照1.0pu，持续时间按照1s 计算，水平地网接地线按热稳定校验所需最小截面为20mm2，设备接地引下线所需最小截面为26.3mm2：主接地网和接地引下线的导体截面均满足故障后闭锁过程的热稳定要求。按照196mm2 的截面积进行估算，若要保证接地引下线的安全，当入地电流为3125A 时，时间超过56s时接地引下线就会烧毁。即站内接地网只能用作双极平衡时运行，不能用于单极大地回线运行方式。
1.2 一次设备
1）稳态运行时流入每台（单相）换流变压器的直流电流约1A，流入每台（三相）站用变的直流电流约0.5A，均在设计范围内。
2）主设备绝缘：设备上过电压水平受影响最明显的设备为中性母线设备，由于没有了接地极线路，中性母线上电压抬升将会降低，发生各种故障时，各型避雷器上的应力均不会超过设计要求值，各设备的绝缘水平可以满足要求。
3）主设备暂态电流应力：主设备选型时考虑的交流系统短路短路电流为63kA，而实际系统的最大短路电流为31.8kA，较设计值小的多。基于31.8kA 进行计算平抗阀侧接地故障所得故障电流幅值不到12kA，较设计时考虑极母线两台平抗间故障的电流还小，即实际的故障电流值没有突破设计时考虑的值。
4）厂家校核：换流变压器厂家承诺能够耐受短时直流电流的能力：流入每台（相）换流变压器的直流电流分量200A，持续时间1s；站用变厂家承诺能够耐受短时直流电流的能力：流入每台（三相）站用变压器的直流分量为100A，持续时间1s；交流场GIG厂家承诺能够耐受短时直流电流的能力：每相的直流分量校核250A，持续时间1s。
1.3 二次设备及系统
普洱站的地电位升高均不会达到5kV；二次电缆屏蔽层单端接地时，电缆屏蔽层中没有电流流过，该电位差施加在二次电缆的绝缘上，因此地电位升高直接决定于二次电缆绝缘的交流耐受及二次设备绝缘的交流耐压值；采用二次电缆屏蔽层双端接地的电缆，作用在二次电缆芯-屏蔽层之间和二次设备上的电位差只有2kV；查阅控制电缆的出厂检验报告均满足要求。
厂家校核：换流站内的直流控制保护、交流控制保护、通信、安稳、自动化、计量以及辅助设施的相关厂家都进行了核实，确认二次设备的电压耐受没问题。交流场电流互感器厂家认为，当一次电流中含有较大的直流分量时：P级CT容易饱和，导致瞬态误差很大，经验数据表明将超过15%，但不会超过50%；TPY级CT，误差远大于10%，直流电流消失后2个周波（40ms）内误差将低于10%；这致使交流保护存在不正确动作风险。
2 站内人身安全
2.1 双极平衡运行时，地电位升：按照0.5 欧姆的接地电阻计算所得地电位升为15.6V，保守计算，不计交流线路的分流作用。接触电压和跨步电压：双极平衡运行时，计算所得地电位升小于36V 的安全电压。故在将接地网作为临时接地极、持续直流电流31.25A 流入地网的运行方式下，接地网是安全的，不会对人身造成伤害。
2.2 故障过程中的地电位升：按入地电流1.0pu 考虑，地电位升为U=IR=3125×0.5=1562.5V满足地电位升不大于2kV的要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆按照普洱站最大系统短路短路电流 31.8kA 计算，考虑直流线路出口处发生接地故障，计算所得短路电流峰值约为9kA（入地电流峰值约8kA），可以满足地电位升不高于5kVrms 的要求；考虑高端阀组线路侧接地，计算所得短路电流的峰值约12kA，也可满足地电位升不高于5kVrms 的要求。跨步电压和接触电压的计算结果表明[1-2]，考虑系统的短时过负荷时，1.4pu入地电流的持续时间不能超过0.5s；不考虑系统的短时过负荷时，1.0pu 入地电流的持续时间不能超过1s。
3 采取的控制措施
3.1 为减少接地网腐蚀，采用双极电流平衡更能，控制流入接地网电流为负电流，使得送端的电流方向为从地网流入中性母线，从而避免站内接地导体的电腐蚀（阴极保护法）。
3.2 直流系统的过负荷运行功能退出，以降低跨步电压和接触电压。
3.3 取消故障直流系统故障重启功能。
3.4 修改与入地电流相关的保护，基本原则为[3-6]：入地电流小于1000A 时，主、后备保护的出口时间均不应超高3s；入地电流超过1000A 时，从故障发生到主保护出口的时间不应大于0.4s，从故障发生到后备出口的时间不应大于0.7s。
3.5 普侨直流无接地极特殊方式运行故障暂态过程中，直流双极应尽可能同时闭锁，单一阀组故障可继续保持双极运行。
3.6 对现有直流控制系统部分优化改造，主要包括增加单极故障快速联跳双极功能（要求控制系统实施时间小于150ms）、双极电流同步控制、同步解锁顺序控制等。
3.7 对现有直流保护系统需进行部分优化改造，实现单极故障联跳双极的后备功能，主要优化整流侧接地网过流保护（76SG）、接地系统保护（87GSP）、接地极电流不平衡保护（60EL）以及逆变侧接地极过流保护（76EL）等保护功能配置和定值；
3.8 RTDS验证：对直流顺控、换流变和滤波器充电、解锁和闭锁、功率升降、稳态运行、功率控制模式切换、交流系统故障、脉冲丢失、直流保护等功能进行了110多项试验，RTDS试验表明，调整后控制保护逻辑满足设计要求，可将入地电流控制在边界条件以内。通过实验杜绝了程序修改对其它正常功能的影响；
3.9 调试和运行时，严格控制生产场所人员出入，避免闲杂人等随意进出；运行维护人员在现场开展工作时，必须穿着绝缘靴、戴绝缘手套[7]。
4 系统调试
4.1 为检验普洱站内临时接地方式下双极四阀组运行时普侨直流一、二次设备的性能，了解特殊方式下的运行特性，普侨直流开展了双极两阀组、双极三阀组、双极四阀组解闭锁试验、双极功率升降试验、双极跳闸试验、控制模式和控制级切换试验、功率限制、功率阶跃试验、交/直流线路人工短路试验、以及稳控试验等系统调试项目。通过试验，未发现重大设备异常，监测数据总体满足规范要求[8]。
4.2 高速接地开关（HSGS）入地电流：稳态幅值直流分量<18A，地网发热可接受（按截面估算，按温升校核，长期耐受约200A；按热稳定校核，3125A 的电流可耐受约50s）。稳态控制负电流约为-15A，实现阴极保护。在试验工况下普洱站IdSG 最大值7393A，未超出设计范围（暂态按24kA/持续0.1s 校核）。
4.3 跨步电压与接触电压：稳态接触电压和跨步电压监测值<2V，未超出规范范围（根据接地极设计导则，长期允许的跨步电压和接触电压约8V）。暂态值的分析：最大跨步电压11.5V、持续时间小于10ms，最大接触电压199V、持续时间小于10ms；暂态标准跨步电压不大于350V、持续时间1s，接触电压不大于230V、持续时间1s，现场测试值满足规范要求。
4.4 换流变、站用变中性点电流直流分量：最大值0.47A（稳态），换流变、站用变中性点电流直流分量稳态值<2.2A（单相约0.7A），未超出设计范围（稳态耐受每台10A，扣除触发角不平衡等因素后，交流侧每台单相约5A）。最大值120A（暂态），小于设备耐受能力每相200A、持续1s。
4.5 地电位升：3000MW 短路试验，测得最大峰值4.26kV，小于标准5kVrms。
4.6 控制保护：双极联跳时间差的最大值为65ms，小于150ms 的设计要求。双极解锁时间间隔不超过150ms；直流电流小于1000A 时，闭锁时间间隔不超过3s；直流电流大于1000A 时，闭锁时间间隔不超过1s。
5 结语
普侨直流无接地极双极运行特殊方式可以作为短期临时运行方式，由于采取了单极故障快速联跳双极的措施，直流系统输送功率应控制在电力系统可承受负荷损失的范围内。
参考文献：
[1]南方电网科学研究院.普侨直流无接地极特殊方式运行技术报告（人身及一次设备部分）[R].广州：南方电网科学研究院、中南电力设计院，2014
[2]南方电网系统运行部.普侨直流无接地极特殊方式运行技术报告（系统安全与二次系统部分）[R].广州：南方电网系统运行部，2014
[3]李立浧.普侨直流无接地极特殊方式运行研究技术报告专家评审意见[R].广州：中国南方电网，2014
[4] 南方电网系统运行部.普侨直流无接地极特殊方式运行专题会议纪要[R].广州：南方电网系统运行部，2014
[5]南方电网系统运行部.普侨直流无接地极特殊方式运行第二次专题会议纪要[R].广州：南方电网系统运行部，2014
[6]南方电网基建部.普侨直流无接地极特殊方式运行第三次专题会议纪要[R].广州：南方电网系统基建部，2014
[7]南方电网基建部.普侨直流无接地极特殊方式运行风险分析报告讨论会议纪要[R].广州：南方电网系统基建部，2014
[8]南方电网科学研究院.普洱换流站无接地极特殊运行方式调试工作报告[R].广州：南方电网科学研究院，2014
作者简介：
潘国洪（1982—），男，本科，高级工程师，从事超高压直流输电工程的技术研究。
论文作者:潘国洪
论文发表刊物:《电力设备》2015年8期供稿
论文发表时间:2016/3/1
标签：电流论文; 电压论文; 普洱论文; 系统论文; 故障论文; 方式论文; 设备论文; 《电力设备》2015年8期供稿论文;