楚穗直流孤岛运行方式下金安桥水电站的对策

楚穗直流孤岛运行方式下金安桥水电站的对策

（The plan in Jin’anqiao Hydroelectric Station for Chu-sui DC solitary island Operation）

李凡林 魏应兵

（云南金安桥水电站有限公司 云南丽江 674100）

摘 要：金安桥水电站4台机以两回500kV线路接入楚雄换流站，再由楚穗直流送至广东，楚穗直流的运行方式对金

安桥水电站的安全运行及其重要。本文主要介绍了云南楚穗直流及其主要运行方式，以及楚穗直流运行方式对金安桥水电站的影响。

关键词：楚雄直流 金安桥水电站 对策

1 楚穗直流及楚雄换流站概况

楚穗（云南楚雄－广东穗东）直流工程输电规模5000MW，电压等级±800kV，每极采用双12脉动阀组串联接线方式。输电线路长度约1418km，导线截面为6×630mm。 2009年单极投产，输电容量2500MW；2010年双极投产，输电容量5000MW。

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图1 双极HVDC联络线

楚雄换流站变压器参数：Sn=250.21MVA，变比：525/169.85kV，Uk=18%。换流变型式为单相双绕组变压器，共24台；换流变接线组别采用Y0/Y和Y0/△。

图2 Y0/Y和Y0/△接线

楚雄换流站500kV电气主接线采用3/2接线，除分别通过2回500kV线路与小湾和金安桥电站相连外，还通过2回500kV交流线路与云南主网的500kV和平变电站（昆西北变）相连。详见附图。

金安桥水电站总装机2400MW，电气主接线为3/2接线，4台机以两回500kV线路接入楚雄换流站，线路长度约285.264km，采用紧凑型线路LGJ-6×300mm2。输电容量2×1300MVA。

小湾水电站总装机4200MW，电气主接线为4/3接线，4台机共2800MW容量以两回500kV线路接入楚雄换流站，线路长度约248km。另外2台机组经第3回500kV线路接入和平变电站，线路长度约234km。3回线路都采用紧凑型线路LGJ-6×300mm2。

和平变电站500kV电气主接线采用3/2接线。2回同楚雄换流站连接，1回同小湾水电站连接。见附图。

2 楚穗直流的运行方式

楚穗直流正式投运后可能存在着交直流并联运行和孤岛运行两种方式。南方电网技术研究中心经过研究，确定楚穗直流的孤岛运行方式为一种正常的运行方式。

楚穗直流工程采用孤岛运行方式，可以提高云南外送的暂态稳定水平，提高系统稳定水平在1000MW以上，经济效益十分显著。但是，特高压直流送电容量巨大，无论是单极故障还是双极故障，由于大量的功率转移，都会对交流电网产生很大冲击，安稳控制装置会比较复杂。而孤岛接线下避免了直流故障时的功率转移，减少了对交流电网的冲击，减少了不可预见因素对安稳控制的影响，可以简化安稳控制方案。因此，楚穗直流的正常运行方式确定为孤岛运行方式。

它的接线方式为：

小湾以二回线接入楚雄换流站。小湾电站机组除送入楚雄换流站外，其余1～2台机组单独通过一回线接入和平变，同时断开至云南主网和楚雄换流站的两回500kV线路。此时，应断开楚雄换流站KK1、KK2、KK3、KK4以及和平变KK5、KK6、KK7、KK8和小湾水电站KK10、KK11开关，实现孤岛运行方式。见附图。

对于楚穗直流孤岛运行方式的判断，主要涉及楚雄换流站、小湾水电站以及和平500kV变电站的断路器位置状态信息和有关线路电气量信息。若考虑母线检修、母线故障、开关检修、线路跳闸等情况所形成的孤岛方式都需要自动判断，则势必使得孤岛方式判别变得十分复杂。其次，与并联运行方式相比，孤岛方式下直流的运行工况恶劣很多，尤其是很多设备面临直流双极故障后过电压的考验。所以建议在送端交流系统运行方式为正常接线时，才进入孤岛运行方式A或者B。非常规孤岛方式则通过调度员人工投退方式判别压板来实现。

楚穗直流采取孤岛运行方式，运行方式见下表：

运行方式及计算条件

运行方式 小湾开机 小楚线路投入金安桥开机 金楚线路投入电源装机（MW） 直流系统输送功率无功补偿容量故障方式 情况 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6 5 4 4 4 4 3 2 1 3 3 3 2 2 2 2 1 1 2 4 4 4 2 1 3 4 4 情况 1 2 2 2 1 1 2 2 2 5400 5900 5200 5200 4000 3400 3900 3800 3100 （MW） 5000 5500 5000 5000 3750 3000 3750 3500 3000 （MVar） 2880 3040 2720 2880 2240 1760 2080 2080 1760 双极闭锁 双极闭锁 双极闭锁 双极闭锁 双极闭锁 双极闭锁 双极闭锁 双极闭锁 双极闭锁 以上运行方式分别为孤岛运行方式1～孤岛运行方式9。孤岛运行过电压主要针对以上9种方式进行。

3 金安桥水电站的对策

3.1 过电压

由于发电机带长线路运行以及换流站母线上配置有大量无功补偿设备，楚穗直流在孤岛运行各方式下楚穗特高压直流系统发生双极闭锁时，产生的过电压水平最高，换流站此时的操作过电压水平在1.59－1.65p.u，最高暂时过电压水平为1.57p.u（1 p.u＝550√2/√3kV）。

楚穗直流直流如发生双极闭锁故障，金安桥水电站这一侧过电压水平相对最高。在楚穗直流直流控制保护措施没有执行完前，不宜先切除掉金楚线路开关及发电机开关，否则会对发电厂设备和断路器造成损坏。金安桥水电站和换流站保护定值应协调配合，避免事故发生。主要有：

（1）发电机过电压保护 （2）发电机过激磁保护 （3）主变过激磁保护 （4）线路过电压保护

云南－广东±800kV直流输电工程《楚雄换流站孤岛运行研究总结》中提出：根据收集资料和常规发电厂的设计，如过电压保护延时为0.1s，发电厂设备和线路具备承受过电压的能力，因此建议将小湾、金安桥水电站保护设置合理的延时。

另外：直流单极运行方式下，发电厂同负荷的联系较弱，此时再发生单极闭锁故障也将导致过高的过电压。因此应避免出现孤岛系统单极运行方式。 3.2 发电机自励磁

水电机组不产生自励磁的条件为Xc>Xs。Xc为发电机外电路容抗，包括交流滤波器容抗以及空载线路的等值容抗；Xs为电源阻抗，包括发电机同步电抗和变压器漏抗。云南－广东±800kV直流输电工程《楚雄换流站孤岛运行研究总结》中提出：在各种运行工况下，金安桥水电站都不会发生自励磁。

金安桥、小湾水电站机组采用并列运行方式，根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定，发电机的容量大于被投入空载线路的充电功率，就可以保证不发生发电机自励磁。通过计算，换流站在各种运行方式下，小湾和金安桥水电站投入的总容量都远远大于双极闭锁后线路和交流滤波器的总的容性充电功率，因此，各种运行方式下，均不会发生发电机自励磁。 3.3 切机配合

金安桥水电站配备有安稳装置，装置按双套系统设置，每套均由一台RCS-992A主机、一台RCS-990A从机及其他辅助设备组成。双套配置系统构成A和B两套系统，两套系统完全独立，互为备用运行。

安稳装置采集电厂两回500kV线路、4台机组的投停信息，将电厂4台机组可切容量向远方主站楚雄换流站安稳装置发送，接收并执行由远方安稳主站发来的远方切机命令；并接收楚雄站发来的孤岛方式/联网方式信息，以及楚雄直流极闭锁标志。

3.3.1 远方切机功能：正常运行时，测量1～4号机组发电机出力，按固定顺序（#2－#3－#4－#1），考虑自动保留机组（保留机组台数由定值设定）之后，将当前可切机组的出力按固定顺序上送至楚雄换流站，由楚雄换流站根据策略切机需要逐台选择本厂机组后，将需切机组矩阵下发至金安桥水电站。

3.3.2 出线N-1故障切机功能：当本厂出线双线运行方式下，发生N-1故障，装置根据事故前的断面潮流，采取切机措施，切除相应容量机组。如果金楚甲线跳闸，切机优先顺序为#4-#2-#3-#1，并且不论#4机组允许切机压板是否投入，只要#4机组运行就先切除#4机组，其他要切除机组必须为可切机组；如果金楚乙线跳闸，切机优先顺序为#3-#2-#4-#1，并且不论#3机组允许切机压板是否投入，只要#3机组运行就先切除#3机组，其要切除机组必须为可切机组。如果发生两回线在同一启动周期内相继跳闸，按先判出跳闸那回线对应切机顺序处理。

3.3.3 高周切机功能：本站装置测量本站两条500kV出线电压的频率，计算系统高周。装置分别为孤岛方式、联网方式设置高周定值，孤岛方式设置三轮高周定值（第一轮：Fset1_1=51.0Hz，Tset1_1=1s；第二轮：Fset1_2=51.5Hz，Tset1_2=0.8s；第三轮：Fset1_3=52.0Hz，Tset1_3=0.6s），联网方式设置三轮高周定值（第一轮：Fset1_1=51.0Hz，Tset1_1=1s；第二轮：Fset1_2=51.5Hz，Tset1_2=0.8s；第三轮：Fset1_3=52.0Hz，Tset1_3=0.6s）。三轮高周切机功能一个外部硬压板“投高周功能”控制进行投退，仅仅硬压板处于投入状态时，高周切机功能才投入。高周继电器每轮均设有独立的控制字、频率、延时定值及切除机组功率定值。每一轮高周动作，切除一台机组，多轮次动作时，切机台数进行累加。在同一个起动周期内如果远方切机与本地高周切机相继动作，则在远方命令之后动作的高周轮次的要切机组需要在远方切机之后追加切除；在远方命令之前的高周轮

次需要切机台数与远方命令的切机台数按较大者执行。 3.4 电压控制及功率控制

电站稳控装置接收电网传送的联网/孤岛/直流停运三种状态量， 根据这三种状态采取不同的对策。联网方式下电压调整及功率控制均采用常规方式，即按空载、并网试验时的参数运行；孤岛方式下电压调整及功率控制由试验确定，参数基本类似于孤网运行模式，根据小湾电厂的试验，电压调整的比例放大系数为联网方式下的一半，调节时间延长；调速器的比例放大系数同样减小，调节时间延长。

通过以上措施，才能保证孤岛运行方式下电网电压及频率的控制。 3.5 研究与试验

根据南网要求，金安桥电厂、小湾电厂均订购了一台AVC控制设备、两台调速器控制设备、一台励磁控制设备，准备在南网科研院做仿真试验，为下一步的孤岛试验提供更多的依据。

4 结束语

楚穗直流输电系统转为孤岛运行方式时，电压调整参数及功率调整参数都要发生变化，向类似孤网运行的方式趋进。电压控制和频率控制是孤岛运行的一个重要的研究课题。电厂认为直流停运后应采用如下的安全稳定控制策略下：在楚雄换流站设立控制主站，发出切机命令至小湾和金安桥电站，机组全部解列，之后经过一定的延时，切除金楚甲乙线、小楚甲乙线，再隔离直流系统。紧接着和平变带起一条500KV线路，等待系统恢复；这种方式比直流停运后小湾和金安桥各带台机组的方式要易于操作，而且避免了两个电厂之间震荡等复杂问题。

楚穗直流孤岛运行方式对金安桥的主要影响是：有利之处：可避免直流系统故障导致的功率转移，大大简化了安稳装置；不利之处：除以上问题外，还有，1）直流系统系统的任何故障均需要切机，2）送出线路的稳定情况发生变化。 这些问题都需要在运行中高度关注的问题。

参考文献：

[1]技术研究中心，西南电力设计院．云南～广东±800kV直流输电工程楚雄换流站孤岛运行研究总结．中国南方电网，2008年6月。

[2] 南方电网公司：±800KV直流输电技术研究。

作者简介：

李凡林(1964-)，男，硕士，高级工程师，主要从事电厂管理及技术工作。

魏应兵(1973-)，男，本科，工程师，主要从事电气方面工作。

通信地址：云南省丽江市108＃信箱金安桥水电站有限公司，邮编：674100 电话：0888－5451789，13988827215 Email ：lifanlin@hanergy.com

附图

和平变备用二回和平变一回小湾小湾二回一回金安桥二回500kV Ⅰ金安桥极1－1换流变压器组一回楚雄换流站一回楚雄换流站二回和平变电站500kV Ⅰ备用KK10KK1KK3KK2KK4极1－2换流变压器组极2－2换流变压器组KK11500kV Ⅱ极2－1换流ACF3ACF4ACF22号高压站用变换流站二回广口变一回广口变二回变压器组ACF16G5G4G3G2G1G500kV Ⅱ备用备用楚雄换流站交流场电气主接线示意图换流站一回草铺变一回草铺变二回楚雄换流站二回小湾水电站500kV电气主接线示意图楚雄换流站一回500kV Ⅱ备用500kV ⅠKK5KK7KK6KK82号变压器KK92号变压器500kV Ⅰ500kV Ⅱ小湾备用备用大理变一回大理变二回电站和平变电站500kV电气主接线示意图1G2G3G4G金安桥水电站电气主接线示意图 图1 各站系统图

魏应兵(1973-)，男，本科，工程师，主要从事电气方面工作。

通信地址：云南省丽江市108＃信箱金安桥水电站有限公司，邮编：674100 电话：0888－5451789，13988827215 Email ：lifanlin@hanergy.com

附图

和平变备用二回和平变一回小湾小湾二回一回金安桥二回500kV Ⅰ金安桥极1－1换流变压器组一回楚雄换流站一回楚雄换流站二回和平变电站500kV Ⅰ备用KK10KK1KK3KK2KK4极1－2换流变压器组极2－2换流变压器组KK11500kV Ⅱ极2－1换流ACF3ACF4ACF22号高压站用变换流站二回广口变一回广口变二回变压器组ACF16G5G4G3G2G1G500kV Ⅱ备用备用楚雄换流站交流场电气主接线示意图换流站一回草铺变一回草铺变二回楚雄换流站二回小湾水电站500kV电气主接线示意图楚雄换流站一回500kV Ⅱ备用500kV ⅠKK5KK7KK6KK82号变压器KK92号变压器500kV Ⅰ500kV Ⅱ小湾备用备用大理变一回大理变二回电站和平变电站500kV电气主接线示意图1G2G3G4G金安桥水电站电气主接线示意图 图1 各站系统图

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