直流保护系统出口回路存在的问题及改进建议

2010-06-07朱韬析郭卫明

电力建设 2010年3期

朱韬析，郭卫明，何杰

(中国南方电网公司超高压输电公司广州局，广州市，510405)

0 引言

直流输电具有传送功率大、线路造价低、控制性能好等优点，是目前发达国家作为高电压、大容量、长距离送电和异步联网的重要手段[1]。我国幅员辽阔，能源分布不均，能源基地与负荷中心之间距离较长，因此，近年来，直流输电以其经济和技术上的优势，在我国远距离大容量输电和大区联网中得到越来越广泛的应用[2-6]。

经过多个直流输电工程的实践，直流输电工程国产化水平不断提高[7]，但高压直流输电设计技术还不够成熟，如我国南方多条直流输电系统仍主要沿用外方设计[8]，运行中发现外方设计的直流保护系统出口回路存在较大缺陷，甚至引起了直流输电系统停运。本文将结合实例分析直流保护系统出口回路存在的问题，提出改进建议。

1 交、直流保护系统出口回路比较

我国南方多条直流输电系统保护均采用“三取二”出口逻辑，即3套直流保护系统的保护动作信号经“三取二”模块[9]处理后，出口信号经出口继电器的辅助节点分别送至极控、换流变保护系统，“三取二”逻辑如图1所示。

直流保护系统出口回路的压板与传统交流保护的设置有所区别，如图2所示。它将同一出口设备的所有保护出口继电器辅助节点并联在正电源侧，然后经一个压板接入正电源。而传统的交流保护出口回路不仅将各保护出口继电器辅助节点分别接入正电源，并且将出口压板设置在辅助节点的负电源侧，如图3所示。

显然，保护出口继电器误动将直接造成设备误出口，而造成保护出口继电器误动的主要原因包括开关场操作空间电磁干扰[10-12]、断开直流回路电感线圈对直流系统的干扰、雷电干扰、工频干扰、直流系统接地干扰、交流电串入直流系统干扰等[13]。

2 直流保护系统出口回路典型异常事故

在我国南方直流输电系统中，直流保护出口继电器的故障曾多次造成直流输电系统误停运，直流保护系统出口回路典型异常事故有：

（1）2007年11月3日某直流输电系统逆变侧因交流电串入低压直流系统，造成极2直流保护系统1“闭锁”出口继电器误动，极2停运。

（2）2008年6月18日，某直流输电系统整流侧极1直流保护系统“ESOF[14]”出口继电器故障，误送出“ESOF”信号至极控，随即极1停运。

（3）2009年5月8日，某直流输电系统双极运行期间，在逆变侧极2直流保护系统2完成检修并投入压板期间，极2闭锁。检查后发现极2直流保护系统2送极控的“闭锁”出口继电器工况不稳定，投入压板瞬间，继电器辅助节点副边侧产生了一定的电压，从而启动极控内的闭锁程序。

停电后，进行了投入压板试验，此时故障继电器辅助节点原边及副边侧电压录波如图4所示。

由图4可知，投入压板瞬间，故障继电器副边侧的辅助节点上产生了一定的电压，且持续时间较长，而极控收到直流保护系统的“闭锁”请求超过2 ms就会闭锁相应极。

更换故障继电器后，进行同样的试验，相应电压波形录波如图5所示。

由图5可知，虽然在投入压板瞬间，继电器辅助节点副边侧仍有感应电压，但均为持续时间较短的瞬时脉冲，这些瞬时干扰可以通过极控内的软件滤除，不会造成误动。

3 直流保护系统出口回路问题及改进建议

直流保护系统出口继电器故障率较高，一方面与产品质量有关，另一方面与直流保护系统出口回路的结构也有关。

（1）与传统交流保护出口回路相比，直流保护系统出口回路的压板设置在继电器辅助节点的正电源侧，每次投退压板都相当于投入、切断继电器电源，这必然会对继电器造成冲击，长此以往，可能逐渐损坏继电器。

图6为正常情况下某次退出压板时某继电器辅助节点的电压录波，显然，退出压板期间，继电器同样也会受到反复冲击。

（2）每次投入直流保护系统出口回路的压板瞬间，继电器辅助节点原边侧所承受的电压都将出现过冲，脉冲幅值和持续时间均与操作快慢有关，而这些脉冲可能在副边侧感应出一定的电压。图7为正常情况下某次投入压板时某继电器辅助节点的电压录波，显然，这次投入状况极其恶劣，不仅对继电器本身造成较大冲击，甚至可能误送动作信号。

如果参考传统的交流保护出口回路，将直流保护系统的压板设置在继电器辅助节点的副边侧，则可以避免投退压板时造成的直流电源投切对继电器的冲击。同时，在投入压板时，还可以通过测量上压板的电压情况检查继电器节点工况是否正常，从而避免因继电器故障造成投入压板时误出口。

4 结论

目前，我国高压直流输电系统的主要设计还是沿用外方设计，但实际上，外方的许多设计相对我国传统的交流保护有很多不足，如本文所述的南方多条直流输电工程的直流保护系统出口回路，将同一出口设备的所有保护出口继电器辅助节点均并联在正电源侧，然后通过同一压板连接至正电源，这一结构将导致投切压板操作对保护出口继电器造成冲击，有可能损坏继电器，而且投入压板瞬间在保护出口继电器辅助接点副边侧可能出现感应电压，从而导致误出口。虽然我国高压直流输电技术还不十分成熟，但直流输电技术国产化并不等同于全盘吸收，而应该结合我国传统交流保护的优点，进一步完善高压直流输电技术，建议借鉴我国传统交流保护出口回路对直流保护系统出口回路进行改造。

[1]浙江大学发电教研组直流输电科研组.直流输电[M].北京：水利电力出版社，1985.

[2]向长征.蔡家冲换流站二次系统的设计改进措施和国产化[J].电力建设，2007，28（3）：17-19.

[3]杨洁民，宋天齐.贵广Ⅱ回直流输电系统调试期间控制保护系统发现的问题及解决方法[J].电力建设，2008，29（8）：33-36.

[4]陶瑜，龙英，韩伟.高压直流输电控制保护技术发展的探讨[J].电力建设，2008，29（1）：17-21.

[5]周沛洪，修木洪，谷定燮，等.±800 kV直流系统过电压保护和绝缘配合研究[J].电力建设，2007，28（1）：12-19.

[6]杨万开，曾志超，王明新，等.三沪直流输电工程系统调试关键技术[J].电力建设，2007，28（12）：34-38.

[7]舒印彪.中国直流输电的现状及展望[J].高电压技术，2004，30（11）：1-2.

[8]杨汾艳.直流输电系统主回路和控制器参数优化选择研究[D].杭州：浙江大学，2007.

[9]雷兵.“三取二”逻辑在南方电网直流输电工程中的应用[J].继电器，2008，36（7）：88-91.

[10]毛为民.隔离开关操作引起失灵保护误动的分析[J].电力系统自动化，2002，26（7）：74-76.

[11]崔翔.2002年国际大电网会议系列报道：电力系统电磁兼容研究进展[J].电力系统自动化，2003，27（4）：125.

[12]肖保明，王泽忠，卢斌先，等.微机保护装置对开关瞬态干扰的敏感度研究[J].电力系统自动化，2005，29（3）：61-64.