直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路存在的問題及改進(jìn)建議

朱韜析，郭衛(wèi)明，何 杰

(中國南方電網(wǎng)公司超高壓輸電公司廣州局，廣州市，510405)

0 引言

直流輸電具有傳送功率大、線路造價(jià)低、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)，是目前發(fā)達(dá)國家作為高電壓、大容量、長距離送電和異步聯(lián)網(wǎng)的重要手段[1]。我國幅員遼闊，能源分布不均，能源基地與負(fù)荷中心之間距離較長，因此，近年來，直流輸電以其經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的優(yōu)勢，在我國遠(yuǎn)距離大容量輸電和大區(qū)聯(lián)網(wǎng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用[2-6]。

經(jīng)過多個(gè)直流輸電工程的實(shí)踐，直流輸電工程國產(chǎn)化水平不斷提高[7]，但高壓直流輸電設(shè)計(jì)技術(shù)還不夠成熟，如我國南方多條直流輸電系統(tǒng)仍主要沿用外方設(shè)計(jì)[8]，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)外方設(shè)計(jì)的直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路存在較大缺陷，甚至引起了直流輸電系統(tǒng)停運(yùn)。本文將結(jié)合實(shí)例分析直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路存在的問題，提出改進(jìn)建議。

1 交、直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路比較

我國南方多條直流輸電系統(tǒng)保護(hù)均采用“三取二”出口邏輯，即3套直流保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)經(jīng)“三取二”模塊[9]處理后，出口信號(hào)經(jīng)出口繼電器的輔助節(jié)點(diǎn)分別送至極控、換流變保護(hù)系統(tǒng)，“三取二”邏輯如圖1所示。

直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路的壓板與傳統(tǒng)交流保護(hù)的設(shè)置有所區(qū)別，如圖2所示。它將同一出口設(shè)備的所有保護(hù)出口繼電器輔助節(jié)點(diǎn)并聯(lián)在正電源側(cè)，然后經(jīng)一個(gè)壓板接入正電源。而傳統(tǒng)的交流保護(hù)出口回路不僅將各保護(hù)出口繼電器輔助節(jié)點(diǎn)分別接入正電源，并且將出口壓板設(shè)置在輔助節(jié)點(diǎn)的負(fù)電源側(cè)，如圖3所示。

顯然，保護(hù)出口繼電器誤動(dòng)將直接造成設(shè)備誤出口，而造成保護(hù)出口繼電器誤動(dòng)的主要原因包括開關(guān)場操作空間電磁干擾[10-12]、斷開直流回路電感線圈對(duì)直流系統(tǒng)的干擾、雷電干擾、工頻干擾、直流系統(tǒng)接地干擾、交流電串入直流系統(tǒng)干擾等[13]。

2 直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路典型異常事故

在我國南方直流輸電系統(tǒng)中，直流保護(hù)出口繼電器的故障曾多次造成直流輸電系統(tǒng)誤停運(yùn)，直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路典型異常事故有：

（1）2007年11月3日某直流輸電系統(tǒng)逆變側(cè)因交流電串入低壓直流系統(tǒng)，造成極2直流保護(hù)系統(tǒng)1“閉鎖”出口繼電器誤動(dòng)，極2停運(yùn)。

（2）2008年6月18日，某直流輸電系統(tǒng)整流側(cè)極1直流保護(hù)系統(tǒng)“ESOF[14]”出口繼電器故障，誤送出“ESOF”信號(hào)至極控，隨即極1停運(yùn)。

（3）2009年5月8日，某直流輸電系統(tǒng)雙極運(yùn)行期間，在逆變側(cè)極2直流保護(hù)系統(tǒng)2完成檢修并投入壓板期間，極2閉鎖。檢查后發(fā)現(xiàn)極2直流保護(hù)系統(tǒng)2送極控的“閉鎖”出口繼電器工況不穩(wěn)定，投入壓板瞬間，繼電器輔助節(jié)點(diǎn)副邊側(cè)產(chǎn)生了一定的電壓，從而啟動(dòng)極控內(nèi)的閉鎖程序。

停電后，進(jìn)行了投入壓板試驗(yàn)，此時(shí)故障繼電器輔助節(jié)點(diǎn)原邊及副邊側(cè)電壓錄波如圖4所示。

由圖4可知，投入壓板瞬間，故障繼電器副邊側(cè)的輔助節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生了一定的電壓，且持續(xù)時(shí)間較長，而極控收到直流保護(hù)系統(tǒng)的“閉鎖”請求超過2 ms就會(huì)閉鎖相應(yīng)極。

更換故障繼電器后，進(jìn)行同樣的試驗(yàn)，相應(yīng)電壓波形錄波如圖5所示。

由圖5可知，雖然在投入壓板瞬間，繼電器輔助節(jié)點(diǎn)副邊側(cè)仍有感應(yīng)電壓，但均為持續(xù)時(shí)間較短的瞬時(shí)脈沖，這些瞬時(shí)干擾可以通過極控內(nèi)的軟件濾除，不會(huì)造成誤動(dòng)。

3 直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路問題及改進(jìn)建議

直流保護(hù)系統(tǒng)出口繼電器故障率較高，一方面與產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)，另一方面與直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路的結(jié)構(gòu)也有關(guān)。

（1）與傳統(tǒng)交流保護(hù)出口回路相比，直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路的壓板設(shè)置在繼電器輔助節(jié)點(diǎn)的正電源側(cè)，每次投退壓板都相當(dāng)于投入、切斷繼電器電源，這必然會(huì)對(duì)繼電器造成沖擊，長此以往，可能逐漸損壞繼電器。

圖6為正常情況下某次退出壓板時(shí)某繼電器輔助節(jié)點(diǎn)的電壓錄波，顯然，退出壓板期間，繼電器同樣也會(huì)受到反復(fù)沖擊。

（2）每次投入直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路的壓板瞬間，繼電器輔助節(jié)點(diǎn)原邊側(cè)所承受的電壓都將出現(xiàn)過沖，脈沖幅值和持續(xù)時(shí)間均與操作快慢有關(guān)，而這些脈沖可能在副邊側(cè)感應(yīng)出一定的電壓。圖7為正常情況下某次投入壓板時(shí)某繼電器輔助節(jié)點(diǎn)的電壓錄波，顯然，這次投入狀況極其惡劣，不僅對(duì)繼電器本身造成較大沖擊，甚至可能誤送動(dòng)作信號(hào)。

如果參考傳統(tǒng)的交流保護(hù)出口回路，將直流保護(hù)系統(tǒng)的壓板設(shè)置在繼電器輔助節(jié)點(diǎn)的副邊側(cè)，則可以避免投退壓板時(shí)造成的直流電源投切對(duì)繼電器的沖擊。同時(shí)，在投入壓板時(shí)，還可以通過測量上壓板的電壓情況檢查繼電器節(jié)點(diǎn)工況是否正常，從而避免因繼電器故障造成投入壓板時(shí)誤出口。

4 結(jié)論

目前，我國高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)還是沿用外方設(shè)計(jì)，但實(shí)際上，外方的許多設(shè)計(jì)相對(duì)我國傳統(tǒng)的交流保護(hù)有很多不足，如本文所述的南方多條直流輸電工程的直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路，將同一出口設(shè)備的所有保護(hù)出口繼電器輔助節(jié)點(diǎn)均并聯(lián)在正電源側(cè)，然后通過同一壓板連接至正電源，這一結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致投切壓板操作對(duì)保護(hù)出口繼電器造成沖擊，有可能損壞繼電器，而且投入壓板瞬間在保護(hù)出口繼電器輔助接點(diǎn)副邊側(cè)可能出現(xiàn)感應(yīng)電壓，從而導(dǎo)致誤出口。雖然我國高壓直流輸電技術(shù)還不十分成熟，但直流輸電技術(shù)國產(chǎn)化并不等同于全盤吸收，而應(yīng)該結(jié)合我國傳統(tǒng)交流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步完善高壓直流輸電技術(shù)，建議借鑒我國傳統(tǒng)交流保護(hù)出口回路對(duì)直流保護(hù)系統(tǒng)出口回路進(jìn)行改造。

[1]浙江大學(xué)發(fā)電教研組直流輸電科研組.直流輸電[M].北京：水利電力出版社，1985.

[2]向長征.蔡家沖換流站二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施和國產(chǎn)化[J].電力建設(shè)，2007，28（3）：17-19.

[3]楊潔民，宋天齊.貴廣Ⅱ回直流輸電系統(tǒng)調(diào)試期間控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的問題及解決方法[J].電力建設(shè)，2008，29（8）：33-36.

[4]陶瑜，龍英，韓偉.高壓直流輸電控制保護(hù)技術(shù)發(fā)展的探討[J].電力建設(shè)，2008，29（1）：17-21.

[5]周沛洪，修木洪，谷定燮，等.±800 kV直流系統(tǒng)過電壓保護(hù)和絕緣配合研究[J].電力建設(shè)，2007，28（1）：12-19.

[6]楊萬開，曾志超，王明新，等.三滬直流輸電工程系統(tǒng)調(diào)試關(guān)鍵技術(shù)[J].電力建設(shè)，2007，28（12）：34-38.

[7]舒印彪.中國直流輸電的現(xiàn)狀及展望[J].高電壓技術(shù)，2004，30（11）：1-2.

[8]楊汾艷.直流輸電系統(tǒng)主回路和控制器參數(shù)優(yōu)化選擇研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2007.

[9]雷兵.“三取二”邏輯在南方電網(wǎng)直流輸電工程中的應(yīng)用[J].繼電器，2008，36（7）：88-91.

[10]毛為民.隔離開關(guān)操作引起失靈保護(hù)誤動(dòng)的分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，26（7）：74-76.

[11]崔翔.2002年國際大電網(wǎng)會(huì)議系列報(bào)道：電力系統(tǒng)電磁兼容研究進(jìn)展[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27（4）：125.

[12]肖保明，王澤忠，盧斌先，等.微機(jī)保護(hù)裝置對(duì)開關(guān)瞬態(tài)干擾的敏感度研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（3）：61-64.

[13]孟恒信.出口繼電器安全動(dòng)作功率分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（6）：104-107.

[14]朱韜析，鄺建榮，王超.天廣直流輸電工程ESOF功能簡介[J].高電壓技術(shù)，2006，32（S）：66-68.