交流系統(tǒng)帶電階段和極1單極低端換流器帶電階段的安全隔離措施

特高壓直流換流站每極采用2個12脈動換流器的接線方案，每一個換流器都可以獨立運行或與其它換流器進行組合運行，直流系統(tǒng)這種靈活的接線特點有利于換流站施工建設(shè)期間實現(xiàn)分期投運，盡早發(fā)揮直流輸電工程的輸電效益。

根據(jù)直流換流站可以模塊化建設(shè)投運的規(guī)律和以往工程經(jīng)驗，從工程施工到全站設(shè)備完全投運可以劃分為六個階段：

階段1：交流系統(tǒng)帶電；階段2：直流單極低端換流器帶電；階段3：直流雙極低端換流器帶電；階段4：直流單極高端換流器帶電；階段5：直流雙極高端換流器帶電；階段6：直流場全部帶電。

上述六個階段的劃分實現(xiàn)了根據(jù)工程進度的不同實行分階段送電，由于在各個階段過渡期間設(shè)備帶電運行與工程施工調(diào)試同步進行，現(xiàn)場帶電運行設(shè)備、安裝調(diào)試設(shè)備同時存在，因此存在較高的安全風險。為了保證投運設(shè)備正常運行及后續(xù)施工的安全需要，在不同階段需要制定并執(zhí)行一次系統(tǒng)設(shè)備帶電隔離、二次系統(tǒng)接線隔離、控制保護系統(tǒng)軟件隔離等安全隔離措施，以防止在此期間造成各種不必要的安全生產(chǎn)事故。

隨著直流場設(shè)備和各個閥組單元完成安裝調(diào)試，在交流系統(tǒng)帶電安全隔離措施的基礎(chǔ)上，需要對原有的安全隔離方案進行調(diào)整，以保證閥組單元的順利接入。本文結(jié)合錦蘇直流工程蘇州換流站對有代表性的交流系統(tǒng)帶電階段和極1單極低端換流器帶電階段的安全隔離措施進行了詳細的研究。

交流場帶電安全隔離的目的是實現(xiàn)換流站交流場帶電運行后，直流場設(shè)備的施工和控制保護的調(diào)試不會對交流場帶電設(shè)備造成影響，使設(shè)備帶電運行與工程施工調(diào)試同步進行。

1.1一次設(shè)備帶電范圍

（1）500kV交流場；（2）500kV交流濾波器場；（3）500kV及高壓站用變；（4）35kV站用變；（5）10kV開關(guān)室；（6）公用400V站用電室。

1.2一次設(shè)備安全隔離措施

斷開500kV交流場到極1高端、極2低端、極2高端、極2低端換流變壓器的引線，換流變進線CVT屬于帶電范圍，換流變引線的接引位置如圖1和圖2所示，所斷開的引線需要綁扎牢靠，并做好換流變引線的接地措施。

圖1換流變進線解引位置示意圖（解引前）

圖2換流變進線解引位置示意圖（解引后）

1.3二次設(shè)備帶電范圍

（1）交流場繼電器小室

交流場測控屏、交流線路保護屏、斷路器保護屏、母線保護屏、交流故障錄波屏、保護及故障錄波子站數(shù)據(jù)采集屏、交流線路故障測距屏、GPS時鐘擴展屏、電度表屏、PMU相角監(jiān)測屏、安控從控屏、光纖通訊接口屏、輔助系統(tǒng)接口屏。

（2）交流濾波器場繼電器小室

交流濾波器測控屏、濾波器保護屏、濾波器操作箱屏、光CT接口屏、光纖通訊接口屏、GPS時鐘擴展屏。

（3）站用電小室

站用電保護屏、輔助系統(tǒng)接口屏、GPS時鐘擴展屏、站用電測控屏、光纖通訊接口屏、輔助系統(tǒng)接口屏。

（4）主控室

運行人員工作站、工程師工作站、通訊接口屏、輔助系統(tǒng)測控屏、規(guī)約轉(zhuǎn)換屏、服務(wù)器系統(tǒng)屏、遠動工作站屏、光纖通訊接口屏。

1.4二次設(shè)備安全隔離措施

由于在交流場帶電階段直流控制保護系統(tǒng)尚處于調(diào)試過程，為了防止直流控制保護系統(tǒng)引起帶電設(shè)備的誤動作，故需要從二次接線上斷開交、直流系統(tǒng)間的所有測量、聯(lián)鎖、控制回路。

1.4.1直流閥組控制系統(tǒng)（CCP）與交流控制系統(tǒng)（ACC）間的聯(lián)鎖回路

根據(jù)設(shè)計原理，四個閥組控制主機分別與相應(yīng)的交流進線間隔的交流控制主機存在一些聯(lián)鎖信號，主要用于換流變進線開關(guān)和隔刀遙控操作的允許條件[5]，以及CCP請求ACC執(zhí)行的順序控制操作，信號名稱及功能具體見表1：

表1交、直流系統(tǒng)間的聯(lián)鎖信號

在換流變進線間隔的測控屏中，將表1信號的端子外部電纜拆除，并對裸露的線頭做好絕緣防護措施；為了滿足在交流帶電操作過程中，ACC對換流變進線開關(guān)，進線側(cè)隔離刀閘、接地刀閘進行遙控操作，需要對表中第1、5、6、7項聯(lián)鎖信號的端子外側(cè)與屏內(nèi)直流電源進行短接，始終保持高電平輸入，滿足開關(guān)、刀閘能夠正常操作的聯(lián)鎖條件。

風險點評估：此部分安全隔離措施如不完全實施，將會造成調(diào)試直流控制系統(tǒng)期間，直流控制經(jīng)交流控制系統(tǒng)出口，引起已投運的交流場開關(guān)設(shè)備誤動。
1.4.2直流控制保護系統(tǒng)中交流進線開關(guān)跳閘、啟動失靈回路

直流控制保護系統(tǒng)在調(diào)試期間，會涉及到保護出口跳閘以及緊急停運按鈕測試，為了防止已經(jīng)帶電的交流場設(shè)備誤動作，因此直流系統(tǒng)跳交流進線開關(guān)和啟動失靈的出口回路可在對應(yīng)的斷路器保護屏上斷開相應(yīng)電纜接線，并對裸露線頭做好絕緣防護。

風險點評估：此部分安全隔離措施如不完全實施，將會造成調(diào)試直流控制和保護期間，跳閘命令經(jīng)斷路器保護屏的操作箱出口，引起已投運的交流場開關(guān)設(shè)備誤動。

1.4.3交流場接入直流控制保護系統(tǒng)的CT回路

在直流工程中，換流變壓器保護一般歸為直流保護系統(tǒng)范圍，交流場換流變出線CT會接入換流變保護測量單元，用于過流和差動保護。

極1高端、極1低端、極2高端、極2低端交流進線電流回路需在交流系統(tǒng)帶電前在就地匯控箱內(nèi)短接退出，具體做法為至CT側(cè)的電流短接接地，打開電流端子連接片，從而實現(xiàn)電流回路的隔離。

風險點評估：此部分安全隔離措施如不完全實施，可能會造成調(diào)試直流保護期間，CT注流時引起交流場CT開路。

1.4.4交流場接入直流控制保護系統(tǒng)的PT回路

根據(jù)直流控制保護的設(shè)計原理，500kV交流母線電壓互感器要接入雙極控制系統(tǒng)，主要用于無功控制功能；極1高端、極1低端、極2高端、極2低端交流進線電壓分別接入相應(yīng)閥組控制系統(tǒng)，用作同步電壓和換流變帶電邏輯判斷。在交流系統(tǒng)帶電前，上述電壓回路需在各自就地端子箱內(nèi)將電壓空開斷開，同時解開空開下端頭的接線，開口三角回路將L線解開，解開的線頭做好絕緣保護，以確保在交流區(qū)域啟動時二次電壓不進入直流控制保護裝置。

1.4.5雙極控制保護屏（BCP）至交流濾波器控制屏（AFC）的無功控制回路

直流系統(tǒng)在正常投運后，雙極控制系統(tǒng)通過CAN總線與交流濾波器控制主機進行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)不同的無功控制策略，通過對交流濾波器小組的投入、退出操作，完成無功控制功能，以濾除進入交流系統(tǒng)的特征諧波，并為直流系統(tǒng)提供無功功率。其隔離措施為：在AFC屏內(nèi)拔出相應(yīng)的光纖，斷開用于無功控制的CAN總線，以屏蔽雙極控制系統(tǒng)的命令[6-7]。

風險點評估：此部分安全隔離措施如不完全實施，可能會造成調(diào)試直流無功控制功能期間，對已屬于帶電范圍的交流濾波器設(shè)備進行誤操作。

1.4.6短引線的保護方案

交流場帶電時短引線的處理方案通常有三種，第一種是交流場保護極性校核完成，帶電24小時后，與短引線直接相連的斷路器置于“冷備用”狀態(tài)，這種方案不適用于需帶電的短引線；第二種是設(shè)置短引線保護，將短引線兩側(cè)的CT接入短引線保護屏；第三種是將中開關(guān)電流引入母線差動保護，將邊開關(guān)作為死開關(guān)，作為母線的一部分，用母線保護保護短引線。

采用母線保護保護短引線，在應(yīng)用中需注意以下問題：

（1）該種臨時方式運行安全風險高。該方式下高端換流變對應(yīng)引接設(shè)備（大量戶外架空高跨線、GIS分支母線、CVT設(shè)備、支柱絕緣子）一旦出現(xiàn)故障或異常狀態(tài)，會引母線差動保護動作，擴大了停電范圍，長期非正常方式對系統(tǒng)安全運行不利；

（2）該種臨時方式易存運行隱患?，F(xiàn)場五防閉鎖邏輯通常按照正常狀態(tài)方式，并已經(jīng)過驗證確認。而在該臨時方式下，需修改母線地刀與串內(nèi)刀閘的閉鎖邏輯，交流場帶電前需將該臨時邏輯寫入交流控制主機，短引線接至設(shè)備運行時，又需將正常邏輯重新寫交流控制主機；但此時交流場已正式運行，修改后的五防閉鎖邏輯很難申請交流全停進行邏輯驗證，為后續(xù)安全運行留下隱患；

（3）該種臨時方式造成現(xiàn)場大量增加了額外的安裝調(diào)試工作量。如按照該種方式進行現(xiàn)場修改，交流帶電投運前現(xiàn)場需進行大量控制電纜敷設(shè)安裝工作，其中包括從GIS室至繼電器小室電流回路電纜，母差保護與斷路器保護柜間大量跳閘、失靈保護相互啟動、同期電壓改接線等二次回路電纜敷設(shè)安裝，還要退出現(xiàn)有已經(jīng)過驗證的二次回路電纜；短引線接至設(shè)備運行前，又需將上述過渡電纜拆除，改回永久電纜，并進行大量保護及二次回路改接及調(diào)試工作，給現(xiàn)場工作造成了極大的困難和安全隱患；

因此，交流系統(tǒng)帶電前應(yīng)根據(jù)實際情況，采取合適的短引線保護策略。

1.5輔助系統(tǒng)要求

為了確保換流站現(xiàn)場人員的人身安全以及一、二次設(shè)備的安全運行和監(jiān)控，交流系統(tǒng)帶電階段需要確保以下輔助系統(tǒng)已經(jīng)投入運行，并且工作正常。

（1）站用直流電源系統(tǒng)；（2）消防系統(tǒng)；（3）火災(zāi)報警系統(tǒng)；（4）圖像監(jiān)視；（5）空調(diào)系統(tǒng)；（6）呼叫系統(tǒng)。

極1低端帶電安全隔離的目的是實現(xiàn)換流站極1低端的帶電運行和功率輸送，同時確保其它直流場設(shè)備的施工和控制保護的調(diào)試不會對極1低端的正常生產(chǎn)運行造成影響。

2.1一次設(shè)備帶電范圍

極1低端帶電范圍如圖3所示，在交流系統(tǒng)帶電的基礎(chǔ)上還需增加一下帶電范圍：（1）極1低端換流變；（2）極1低端換流閥及極1低端閥廳設(shè)備；（3）極1低端閥冷系統(tǒng)；（4）極1直流場開關(guān)設(shè)備，包括極1直流濾波器設(shè)備；（5）雙極開關(guān)場設(shè)備。

極1低端帶電后，換流站可以開展極1低端閥組的空載升壓、功率輸送、金屬/大地回線轉(zhuǎn)換等一系列系統(tǒng)試驗，試驗成功完成后便可提前投入運行，具備一定的直流功率輸送能力；從而達到設(shè)備的分期投運，進一步緩解直流線路受端地區(qū)的電力緊張局面。

2.2一次設(shè)備安全隔離措施

在交流帶電安全隔離措施的基礎(chǔ)上，恢復(fù)500kV交流場到極1低端換流變壓器的引線。

根據(jù)圖1所示，將80111隔刀、80112隔刀操作至“分閘”狀態(tài)，同時將控制位置打到“就地”，并拆除其一次連桿，完成帶電區(qū)域與極1高端閥組的電氣隔離；將02001隔刀、02002隔刀、80205隔刀操作至“分閘”狀態(tài)，同時將控制位置打到“就地”，并拆除其一次連桿，完成帶電區(qū)域與極2的電氣隔離。

風險點評估：此部分安全隔離措施如不完全實施，可能會造成調(diào)試極1高端閥組或極2高、低端閥組期間，誤將上述設(shè)備接入直流場帶電區(qū)域。

圖3極1低端設(shè)備帶電范圍示意圖

2.3二次設(shè)備帶電范圍

為了滿足極1低端閥組的帶電和功率輸送，需要在原有投運屏柜的基礎(chǔ)上，增加雙極控制保護屏、雙極測量接口屏、雙極開關(guān)接口屏、極1控制保護屏、極1測量接口屏、極1開關(guān)接口屏、極1低端閥組控制保護屏、極1低端閥組測量接口屏、極1低端閥組開關(guān)接口屏、極1低端閥控屏、直流線路故障定位屏、接地極線阻抗監(jiān)視屏。

2.4二次設(shè)備安全隔離措施

2.4.1恢復(fù)與交流控制系統(tǒng)間二次接線

在交流系統(tǒng)安全隔離措施的基礎(chǔ)上，恢復(fù)與交流系統(tǒng)的二次接線，具體包括：（1）根據(jù)表1內(nèi)容，恢復(fù)極1高端閥組控制主機與相應(yīng)交流控制主機間的聯(lián)鎖信號，確保交流開關(guān)、刀閘的操作受控于直流系統(tǒng)的實際工況。（2）恢復(fù)極1高端閥組控制保護系統(tǒng)對交流進線開關(guān)的跳閘和啟動失靈回路，確保當檢測到直流系統(tǒng)發(fā)生故障時能夠成功跳開交流開關(guān)。（3）恢復(fù)交流場到極1高端閥組的進線電流CT接線，確保換流變差動和過流保護能夠正確出口。（4）恢復(fù)交流場到極1高端閥組的進線電壓PT接線，使閥組控制系統(tǒng)能夠采集到同步電壓信號。（5）恢復(fù)交流場到雙極控制系統(tǒng)的母線電壓PT接線，使直流系統(tǒng)能夠完成無功控制。

風險點評估：此部分安全隔離措施如不完全實施，可能會造成保護跳閘無法出口、不能正常解鎖、解鎖后無功控制誤投入所有熱備用的濾波器小組等風險；因此需要著重注意。

2.4.2與其它直流控制保護設(shè)備的安全隔離

（1）后備跳閘回路

為了防止直流功率輸送期間控制主機故障后，控制命令無法下發(fā)，不能有效控制系統(tǒng)運行，故配置了后備跳閘功能；當極層控制主機全部故障時，會通過外部繼電器發(fā)出信號到本極的高、低端閥組開關(guān)接口屏柜內(nèi)的跳閘繼電器，然后出口跳開交流進線開關(guān)；當閥組層控制主機全部故障時，閥組開關(guān)接口屏內(nèi)的跳閘繼電器會直接出口。

由于極1低端帶電時期，極1高端、極2高端、極2低端直流控制保護系統(tǒng)尚處于調(diào)試階段，故需要從二次接線上斷開極1控制保護屏到極1高端控制保護屏的后備跳閘回路；以防止正常運行的極1控制保護屏啟動后備跳閘時，與調(diào)試中的極1高端控制保護屏相互影響[8-9]。

（2）閥組檢修開關(guān)

在主控樓控制室內(nèi)，將極1高端閥組檢修開關(guān)操作至“檢修”狀態(tài)，將極1低端閥組檢修開關(guān)操作至“運行”狀態(tài)。

在特高壓工程中通常設(shè)置了閥組檢修開關(guān)功能，高、低端閥組檢修開關(guān)通過硬接點輸出兩個開關(guān)量信號分別接入本極的極層控制主機，若同一極的其中一個換流器需要進行檢修或調(diào)試工作，為了不影響另外一個換流器的運行，投入檢修開關(guān)將會在極層控制主機中屏蔽對檢修閥組的狀態(tài)監(jiān)控，對檢修閥組上傳的模擬量測量值置零（避免注流等工作使保護誤動），同時將檢修閥組相應(yīng)的開關(guān)量置為正常的狀態(tài)，以免開關(guān)狀態(tài)信號丟失引起保護和控制條件誤判。

（3）軟件置數(shù)

特高壓工程中雙極層控制保護主機與極層控制保護主機之間，極層控制保護主機與本極的閥組層控制保護主機之間有總線通訊，用于系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換。為了防止極1高端、極2高端、極2低端控制保護系統(tǒng)的調(diào)試對極1低端帶電的影響，調(diào)試系統(tǒng)與運行系統(tǒng)間的總線故障會觸發(fā)運行系統(tǒng)的三級故障，故需要在運行的控制保護系統(tǒng)中進行軟件置數(shù)，用于屏蔽調(diào)試系統(tǒng)與運行系統(tǒng)間的總線故障。

錦蘇工程同里換流站在交流場帶電階段、極1低端閥組帶電階段，嚴格按照上述的安全隔離方案進行實施，帶電設(shè)備能夠安全運行，其它設(shè)備能夠同步施工、調(diào)試，安全隔離措施效果顯著。

隨著國內(nèi)特高壓直流工程建設(shè)的日益成熟，在工程建設(shè)過程中換流站設(shè)備的分階段帶電投運亦將會成為常態(tài)，作為安全生產(chǎn)和工程建設(shè)的保證，針對設(shè)備分階段帶電投運的安全隔離措施的實施也是必須的，雖然目前國內(nèi)在特高壓領(lǐng)域采用多種技術(shù)特點，在設(shè)備的接口形式上有一定差異，但安全隔離措施的內(nèi)容則是一致的，因此本文對后期的特高壓直流工程施工、建設(shè)、調(diào)試、投運有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。