特高压换流站接地极线路保护的新方法

刘晨 李博

国家电网公司运行分公司宜宾管理处 四川宜宾 644000

特高压直流输电技术具有很多特点，能够在操作时方便的使用，例如：传输容量较大，传输路程可达到较远的路程，并且可控制性强。因此在对电流进行远程传输以及在电网进行交互时可以起到巨大的作用。接地极是传输过程中一个主要的运作部分，它能够为传输过程提供电流回路，并可作为一个电压的参考点[1]。目前，工程上对特高压换流站的使用率越来越大，这对工程的建设也起到不可替代的作用，因此对接地极线的保护就是很重要的一个环节和工序，来保证工程的正常进行以及后续的正常运作。

接地极线路阻抗的监视功能主要是利用站内以及其他多种设备共同作用来实现的，进行动态监视的范围是站内区域到接地极这一部分。其使用的主要原理是在引线中引入高频的交流电流，然后测量相应的对地电压的大小，并根据测量的数据来计算出阻抗值-—Z，从而能准确的反映出引线当时的工作状态，并且可以根据其幅值的大小变化来判断阻抗是否出现了损坏。然而在实际的操作过程中，这种方法时常会出现错误判断，所以并不具有可行度[2]。因此，根据上面的研究，于是得出了一种新的对接地极线进行保护的方法，即为接地极站额外提供两台电流互感器，和站内的接地极线互感器形成两条全场的保护，这对特高压直流系统起到很好的保护作用并有很强的操作意义和借鉴意义。

1 对接地极线路进行差动保护的方法

1.1 接地极线路差动保护的主要硬设备

对接地极线路进行保护使用的核心方法则是在换流站的接地两侧各配置两个测试点，其测试点和站内的测点能够合作完成对接地极线的保护。主要的步骤为：在接地站端处至构架处分别安装T3以及T4两个电流互感器，然后将通过互感器的电流再经过光缆送至站内的设备进行保护，并和站内的T1以及T2互感器进行比较，其中一组接地极线引入的电流差的绝对值必须大于200A，0.05*（|IDEL1+IDEE1|或|IDEL2+IDEE2|）这一公式最后计算得出的最大值，就能说明接地极出现了问题，否则其运行是处于正常的状态下。由此可以得出，在这种方法的作用下能够起到对接地极线进行全程的保护。除此之外，还能够准确的找到出现接地极线出现故障的地方，然后对其进行校正。

在整个系统中主要使用的仪器为：CT测量设备以及接口设备。在使用不同的设备时，其配置也是不同的。因此，下列就对按照不同CT配置的情况进行详细的介绍和阐述：

（1）使用零磁通CT。在零磁通CT下，通常所使用的是外国引进的设备，在每一个特高压换流站都安装两台设备运行。同时零磁通电子单元需要安装两面屏柜，各个屏柜需要有三个电子单元才能实现相应功能。能够进行保护功能的IO接口单元需要在每极设置一面，且每面需要三台IO接口。采集的数量需要配送至站内的保护装置里，并且增加了多模模块，需要4面屏柜进行配置。

（2）使用光CT。利用光CT时，可以使用南瑞继保公司的光CT，每个站点需要配置两台装置。在实际操作中可以仅仅安装2面合并单元柜，在每一极安装一面，同时每一面有3台合并单元装置，收集到的数目要配送至站内进行相应的保护，并且在柜内增加了多模转单模模块，在站内则配置了单模转多模模块[3]。因此可以得出，一共需要两面屏柜进行安装。在使用光CT时，若出现和站内的型号不一致的情况，可以加长时间，继续观测来处理这种情况，并且这种方法不会使保护处理出现其他的误差。

1.2 接地极线路差动保护动作策略

对特高压换流站的接地极线进行保护时，主要的保护原理为：| I D E L 1- I D E E 1|或者 | I D E L 1-IDEE2|的数值大于{I_set，0.05*（|IDEL1+IDEE1|或|IDEL2+IDEE2|）}最大值时，就会进行开启保护设置，当双极进行运行时则开始极平衡的操作，而在单极运行时先进行移相重启，若没成功则会出现跳闸现象。

1.3 对接地极线路保护的功能测试和证实

在使用此方法对特高压换流站接地极线路进行保护的时候，主要原理为：在接地极中引线接至进线处，添加T3以及T4两个传感器和二次接口装置，再将测试出的电流送到系统的接口设备中，经过接地极线光缆的送至换流站内，最后通过接口设备送到保护装置处。然后需要对接地极线的两个电流的差值的绝对值进行简单的判断，从而实现差动保护站点的功能。

实例：在国内的某一个特高压换流站回线中，其运行的功率大小为4000MW，电流大小为5000A，每个接地极线路电阻的阻值大约为2欧姆。在常见的操作图中，当接地极线1的中点处出现故障时，会随之进行精密的分析和计算，然后进行相应的保护措施。

（1）正常运作时：在系统正常运行时，流经设备的电流大小都为2500A，因此每组线路引线两端的电流差大小等于0A，系统就在正常运作中。

（2）接地极引线1中点在接地状态时：

根据大致的计算：

IDEL1的大小大约为3333A； IDEE1的大小为0A ； IDEL2的大小为： 1666A ，最后IDEE2的大小为：1666A 。

于是可知：IDEL1与IDEE1差值的绝对值约为：3333A

IDEL2-IDEE2差值的绝对值为：0A；

IDEL1+IDEE1差值的绝对值约为：3333A；

IDEL2+IDEE2差值的绝对值约为：3333A；

通过相应的逻辑判断可知，若没有达到相应的条件，即|IDEL2-IDEE2|=0A＜200A，接地极差不形成保护状态；若是达到了相应的条件，即IDEL1-IDEE1|=3333.33A＞200A，接地极差会形成保护状态，首先会进行重启的操作，若是无法进行重新启动则会出现跳闸。

2 对接地极线路进行保护所必要的条件

（1）为使得接地极线路能处于保护的状态，需要使得接地极测的两个CT和特高频换流站内的IDEL1和IDEL2同时处于运作的状态，以达到差动保护的目的，CT装置的配置选择应该依据保护所需要的精度范围。

（2）接地极到站内通讯的实现采用的方法为OPGW方法，例如接地极线路和直流线路需要处于同杆和并架的状态。可以分别使用直流线路OPGW的光纤芯片。

（3）在接地极处设置的电源大小为10kV，并且其使用的蓄电池应设置为两点三充。

（4）接地极线的保护装置是极好的提高直流输电系统的使用效率和性能的方法之一，也是当前来说能对装置进行保护的一种有效方法[4]。并且在保护系统没有工作时，也不会对直流输电系统的正常运作产生任何影响。

3 结语

本文通过对特高压换流站的接地极线进行深入的研究和讨论，重新提出一种新型的对其接地系统采取保护的方法。此方法主要原理为：在特高压换流站的接地极线内引线至进线处配置两个电流传感器和接口设备，并且需要将测试的电流传送至接口设备，再经过接地极线光缆送至换流的站内，最后需要进行的操作为利用接口设备的功能将其输送到保护装置内。对接地极线的两个电流的差值的绝对值进行判断，从而实现保护站点的功能.这种保护方法能够对整个设备进行全长的保护以及对出现故障的地方进行定位，随之排除故障。从而可以大大提高特高压换流站运行的安全性和使用的效率。