±800 kV 特高压直流输电控制保护系统分析

张志宏

（国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 常州 213000）

0 引 言

国家电力系统中，特高压直流输电发挥一定作用，其中控制保护系统对特高压直流输电产生重要影响。在使用直流输电设备进行电力转换的过程中，应该保证传输的安全稳定性，同时不能影响基本的传送功率。

1 特高压直流输电特点

（1）保证传输效率和容量需求。随着电力系统应用范围的逐渐扩大，传输电能的距离和容量也更加规范化，在此基础上要求更高的电压等级和更稳定的输电效果。特高压直流输电满足了更大的电能需求，因此通过这种方式能够连接城市建设的各个方面，保证整体能源的有效供应。（2）节省线路走廊和变电站占地面积。运用特高压直流输电能够提升走廊利用效率。交流输电方式实现了电力资源的合理运用，因此节省了城市用地面积，能够安全输电至目的地。（3）简化网络结构，降低线路故障的发生概率。特高压直流输电满足了输电网点之间的有效连接，同时减少电缆线的使用。通过这种方式能够迅速确定故障产生的位置，方便工作人员进行检修，及时解决问题，保证后续输电工作的正常进行。

2 DCC800 特高压直流输电控制保护系统

2.1 主机性能

特高压直流输电系统采用传导性能较高的计算机装置，通过自然对流开展有效的散热处理，保证系统的正常运转。

2.2 eTDM 总线

常规高压直流MACH2 系统中的时分多路复用母线是单项母线，运用现代化系统设备测量系统相关的数据信息。当采集多个数字信号时采用串联系统的方式达到测量数据的目的。特高压直流控制保护系统采用了TDM 总线传输二级制信号和模拟信号，满足了处理总线信息、同步信号的采样数据，并有效的进行数据传输。eTDM 总线能保障直流输电系统运行的安全稳定性，满足高速连接的需求同时避免了出现直流偏移的情况，因此应用性较高。

2.3 控制保护系统分层结构

针对控制保护系统进行了分层处理，主要是依据电器的等级和工作环节进行分类。为了保障系统的安全稳定运行，技术操作人员应该充分掌握系统的输电情况，及时发现并处理系统运行过程中存在的故障问题。系统分层结构如图1 所示[1]。

图1 控制系统分层结构

3 特高压直流保护配置原则

3.1 设计原则

设计特高压直流保护配置应该遵守如下4点原则，保证设计的科学合理性。第一，设备区域的保护装置应该适用于所有电流运行的形式。第二，调整双极停运效率至最低。第三，配置保护应该以12 脉动换流阀组为基本单元，同时换流器的保护装置要处于完全独立的状态，出现单桥故障时要立刻退出故障桥，避免出现单级停止正常运行的情况。第四，使保护装置的两极处于完全独立的状态，一旦出现故障情况要立即退出。为了避免出现故障导致停止运行的状况应该根据不同工作原理配置多种继电保护。

3.2 三重化保护配置

为了保证直流输电工程运行的安全稳定性，一般常规的HVDC 工程中会设置双重化的主保护和测量传感器，达到保护直流输电工程的目的。但HVDC 工程在运用的过程中没有做到所有部分双重化冗余，从输入、输出回路到SCADA、LAN 系统存在一定的缺陷，直接导致了传感器设备在使用的过程中受到一定的影响，容易出现异常跳闸的情况。因此，特高压直流输电系统采用了多重化冗余主机和传感器保护。其中交流母线、交流滤波器、开关及线路等保护装置采用完全双重化配置。

4 特高压与常规高压直流控制系统的异同

4.1 控制系统结构

±800 kV 特高压直流采用了双12 脉动阀串联结构，同时增加了旁路开关，因此控制系统结构与普通结构存在一定差别，具体如下。（1）不受时间和方式的限制，可以从极中增加或移除换流阀。（2）电路两级在运行的过程中可以执行维护换流阀的工作。（3）当极正常起停或换流阀紧急闭锁时，可以执行旁路开关及其隔离开关的特殊动作顺序控制。（4）极层的电流控制设备可以使每个换流阀的启动控制相互独立。

4.2 LAN 网安全性

常规高压直流输电工程连接LAN 网采用的是与所有计算机连接的方式，而向上特高压直流工程中串联的换流阀采用全新的双重化实时LAN，实现网络分区和构建防火墙。通过这种方式保证系统运行的安全和稳定性，同时也能够抵御外来人员的病毒攻击。分片的实时LAN 一定程度降低了维修工作的难度。

4.3 主机稳定性

MACH2 板卡产生故障的概率较低，但为了避免出现故障对主机产生不良影响，DCC800 仍移除了故障率较高的板卡。向上特高压直流控制系统采用了冗余主机，连接A 和B 系统采用光纤连接的方式。传统的应用层软件不能实现冗余切换，因此在现有的系统中采取了新的应用软件方案，快速切换和控制A 系统与B 系统间的逻辑，由基于现场可编程门阵列编程的硬件实现，响应时间小于1 ms。

5 特高压直流控制保护系统的保护功能

5.1 换流器保护

换流器的三角侧短路保护、星型侧短路保护从属于换流器的保护方范围内。动作结果为线路产生故障时，及时关闭两极，断开变压器和母线开关，并闭锁触发脉冲。换流器保护形式能够在超负荷故障的状态下运行，避免出现异常跳闸的情况。

5.2 直流母线保护

高压直流母线差动保护、中性直流母线差动保护都属于直流母线保护的范围内。这部分保护功能能够在线路产生故障时及时关闭线路两极和变压器、母线开关。其中直流过流保护应用比较频繁，覆盖整个极，是其他保护方式的备用手段。

5.3 接地极线路保护

接地极线路保护动作包括中性母线差动保护、地级电流不平衡保护、过电压保护三种。当线路运行的过程中出现故障时，保护装置能够发出报警信号，并及时封锁两级，达到保护线路的目的。

5.4 阀连接母线区保护

±800 kV 特高压直流系统对接地故障进行检测，并测量直流电流，运用的是阀连接母线区保护和12 脉动阀组旁路开关。得到测量结果后对不同阶段的直流测量结果进行比较，最后根据与标准数值相差的情况适当地对跳闸时间进行调整。

5.5 接地极引线双端不平衡保护

和单端不平衡保护形式类似，为了形成接地极引线双端不平衡保护装置需要安装电流测点，位置处于引线附近的位置。具体的动作方程如下：|Idel1-Idel2|＞Iset1U|Idee1-Idee2|＞Iset2。其中，Iset1、Iset2等于接地极总电流乘以比例系数。接地极引线双端不平衡保护的方式降低了系统发生故障的概率，保证了直流输电系统正常运行。

6 结 论

经济的发展提升了人们的物质生活水平，故人们对应用电力有了更高标准的要求。在这样的发展形势下，大幅运用特高压直流输电系统，充分满足了远距离传输电力的需求，同时容量较大。建设现代智能化电网过程中，特高压直流输电系统发挥十分重要的作用。特高压直流输电系统能够持续稳定工作主要是因为控制保护系统的有效性，灵活使用多样化的特高压直流运行方式，一定程度上推动了电力系统的进步和发展。