南方電網(wǎng)直流輸電工程的交流濾波器保護(hù)

朱韜析，郭衛(wèi)明，何杰

（南方電網(wǎng)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[1-2]，而我國要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的西電東送，高壓直流輸電的大規(guī)模應(yīng)用是必然選擇。1996年以前我國直流輸電工程技術(shù)基本上完全依賴國外，三峽工程建設(shè)及“西電東送”戰(zhàn)略部署實(shí)施后，我國直流輸電工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，為了迅速提升包括直流輸電設(shè)備制造業(yè)在內(nèi)的國內(nèi)裝備制造業(yè)技術(shù)水平，我國采取了引進(jìn)技術(shù)、不斷消化吸收、逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的發(fā)展戰(zhàn)略[3]。

本文以我國南方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)為例，從最初的天廣直流輸電系統(tǒng)中由外方設(shè)計、制造，到現(xiàn)在的±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)中完全實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，概述了我國南方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)不斷完善和發(fā)展的歷程。

1 交流濾波器的常見接線方式及保護(hù)的構(gòu)成

交流濾波器是直流輸電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，不僅提供換流所需的無功，還可以濾除諧波[1-2]。因此，為交流濾波器配置合理的保護(hù)系統(tǒng)，不但可以保證設(shè)備的安全，對交直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也有很大的益處。換流站內(nèi)往往有多組交流濾波器，如圖1所示，一般分為若干大組，分別連接在交流母線上；每大組交流濾波器又由若干小組交流濾波器組成。

因此，交流濾波器的保護(hù)系統(tǒng)主要由2部分組成，即各小組交流濾波器的保護(hù)以及各大組交流濾波器母線的保護(hù)[4]。

2 天廣直流輸電系統(tǒng)采用的交流濾波器保護(hù)

2.1 天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)

天廣直流輸電系統(tǒng)于2001年6月雙極投入運(yùn)行，工程設(shè)計和設(shè)備制造基本由德國SIMENSE公司承擔(dān)。

天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)采用冗余配置，各母線保護(hù)配置相同，保護(hù)系統(tǒng)1中設(shè)置的保護(hù)功能、采用裝置及動作如表1所示。

保護(hù)系統(tǒng)2中設(shè)置的保護(hù)功能、采用裝置及動作如表2所示。

2.2 天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)

天廣直流輸電系統(tǒng)內(nèi)交流濾波器小組主保護(hù)通過SIMADYN D高速數(shù)字式控制系統(tǒng)[5-6]實(shí)現(xiàn)，同類型的交流濾波器組小組主保護(hù)配置相同，保護(hù)功能如表3所示。

各小組交流濾波器還設(shè)有后備保護(hù)，保護(hù)配置均相同，每1大組交流濾波器的各小組后備保護(hù)安裝在同一保護(hù)屏內(nèi)，保護(hù)功能如表4所示。

表1 天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)系統(tǒng)Tab.1 The protection system 11 of AC filterbususe din Tian-Guang HVDC system

表2 天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)系統(tǒng)Tab.2 The protection systemof AC filterbusus sedin Tian-Guang HVDC system

表3 天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組主保護(hù)Tab.3 Themain protectionsofAC filterus sedin Tian-Guang HVDC system

表4 天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組后備保護(hù)Tab.4 The backup protection of AC filterus sedin Tian-Guang HVDC system

2.3 天廣直流輸電系統(tǒng)采用的交流濾波器保護(hù)存在的主要問題

運(yùn)行中，天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)暴露出了一些設(shè)計上的問題，主要包括：

（1）交流濾波器小組保護(hù)無冗余配置，增加了小組保護(hù)誤動和拒動的風(fēng)險。

（2）交流濾波器小組主保護(hù)組屏方式存在較大問題。以逆變側(cè)廣州換流站為例，站內(nèi)共有11小組交流濾波器，分為3大組，每1大組各有2面小組主保護(hù)屏，即除了1面屏外，其他各屏內(nèi)均安裝了2小組交流濾波器主保護(hù)。顯然，這給運(yùn)行維護(hù)帶來了更多的困難。

2010年3月，對天廣直流輸電系統(tǒng)的控制保護(hù)進(jìn)行了改造，采用SDZ-100A、SDR-100A微機(jī)型成套保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)交流濾波器保護(hù)功能。

3 貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)采用的交流濾波器保護(hù)

3.1 貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)

貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)分別于2004年和2007年雙極投入運(yùn)行，其交流濾波器保護(hù)配置基本相同。

貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)大組母線保護(hù)采用冗余配置，各母線保護(hù)配置相同，保護(hù)系統(tǒng)1內(nèi)的保護(hù)功能、采用裝置及動作如表5所示。

保護(hù)系統(tǒng)2內(nèi)的保護(hù)功能、采用裝置及動作如表6所示。

對比貴廣I、II回和天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)，可知貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)采用交流濾波器大組母線保護(hù)，不僅保護(hù)裝置有所更新，而且保護(hù)功能更加完善。

表5 貴廣i、i i回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)系統(tǒng)Tab.5 The protection systyem 11 ofAC filterbusus sedin Gui-Guang Iand IIHVDC systyem

表6 貴廣i、i i回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)系統(tǒng)Tab.6 The protection systyem of AC filterbusus sedin Gui-Guang Iand IIHVDC systyem

3.2 貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)

貴廣I回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)功能通過SIMADYN D和CPR97繼電裝置實(shí)現(xiàn)，貴廣II回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)功能通過SIMADYN D和CPR04繼電裝置實(shí)現(xiàn)，每種類型的交流濾波器小組保護(hù)配置相同，每1小組各有2套保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成冗余配置。

貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)的功能基本相同，如表7所示。

表7 貴廣I 、Ⅱ 回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)Tab.7 The protection of AC filterusedin Gui-Guang Iand IIHVDC systyem

對比貴廣I、II回和天廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)，可知其保護(hù)功能基本相同，只是在貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)中，交流濾波器小組保護(hù)實(shí)現(xiàn)了冗余配置，提高了保護(hù)的可靠性。

但是，貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組保護(hù)的冗余配置仍存在這樣的問題：每1大組交流濾波器的各小組交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)1的SIMADYN D裝置統(tǒng)一安裝在同一屏內(nèi)，CPR97（CPR04）裝置統(tǒng)一安裝在另一面屏內(nèi)；保護(hù)系統(tǒng)2的SIMADYN D裝置再統(tǒng)一安裝在同一屏內(nèi)，CPR97（CPR04）裝置統(tǒng)一安裝在另一面屏內(nèi)。這同樣給運(yùn)行維護(hù)帶來了一定的困難。

4 ±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)采用的交流濾波器保護(hù)

4.1 ±800kV云廣直流輸電系統(tǒng)穗東換流站交流濾波器大組母線保護(hù)

±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器及相關(guān)保護(hù)已于2009年6月調(diào)試完畢并投入運(yùn)行。以逆變側(cè)穗東換流站為例，其交流濾波器保護(hù)均采用了微機(jī)型保護(hù)裝置。

±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)穗東換流站交流濾波器大組母線保護(hù)采用完全冗余的配置方案，每大組母線保護(hù)均配有2套保護(hù)系統(tǒng)，各大組母線保護(hù)配置相同，使用了許繼電氣股份有限公司研制生產(chǎn)的SDZ-101A微機(jī)型交流濾波器大組成套保護(hù)裝置。交流濾波器大組母線保護(hù)功能及動作后果如表8所示。

表8 云廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器大組母線保護(hù)系統(tǒng)Tab.8 The protection system of AC filterbusus sedin Yun-Guang HVDC systyem

4.2 ±800kV云廣直流輸電系統(tǒng)穗東換流站交流濾波器小組保護(hù)

±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)穗東換流站交流濾波器小組保護(hù)均通過許繼電氣股份有限公司研制生產(chǎn)的SDR-101A微機(jī)型交流濾波器成套保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，同類型的交流濾波器小組保護(hù)配置相同，每1小組交流濾波器保護(hù)均由2套保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成冗余配置，2套保護(hù)系統(tǒng)在物理和電氣上完全獨(dú)立。交流濾波器小組保護(hù)功能及動作后果如表9所示。

表9 云廣直流輸電系統(tǒng)交流濾波器小組主保護(hù)Tab.9 Themain protection of AC filterus sedin Yun-Guang HVDC systyem

顯然，±800 kV云廣直流輸電系統(tǒng)穗東換流站采用的交流濾波器大組母線保護(hù)及小組保護(hù)功能，相對貴廣I、II回并無實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，但是存在以下優(yōu)越性：

（1）全部采用了微機(jī)型保護(hù)裝置，不僅使用方便，還有助于改善保護(hù)的動作特性和性能，提高可靠性。

（2）完全實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，采用全漢化技術(shù)，調(diào)試、打印報告全漢化輸出，同時還提供了調(diào)試分析軟件，便于調(diào)試和事故分析，相對其他直流輸電系統(tǒng)采用的全外文保護(hù)系統(tǒng)，這給運(yùn)行維護(hù)提供了相當(dāng)?shù)谋憷?/p>

（3）交流濾波器小組保護(hù)實(shí)現(xiàn)了真正的冗余配置，這不僅有助于運(yùn)行維護(hù)人員開展工作，還大大提高了保護(hù)的可靠性。

5 結(jié)語

天廣、貴廣I、II回、云廣直流輸電系統(tǒng)所采用的交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)中，保護(hù)原理并沒有大的變化，但是，早期由外方總承包的天廣直流輸電系統(tǒng)中，交流濾波器保護(hù)不僅沒有冗余配置，組屏方式也存在較大缺陷；隨后仍由外方負(fù)責(zé)的貴廣I、II回直流輸電系統(tǒng)所采用的交流濾波器保護(hù)，只是對天廣直流輸電系統(tǒng)采用的交流濾波器保護(hù)進(jìn)行了一定的改進(jìn)；而近期投產(chǎn)的云廣直流輸電系統(tǒng)，則完全實(shí)現(xiàn)了交流濾波器保護(hù)國產(chǎn)化、微機(jī)化，這不僅提高了保護(hù)的可靠性，也更有利于運(yùn)行維護(hù)工作。

根據(jù)我國南方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)交流濾波器保護(hù)的發(fā)展歷程中可以看出，從外方總承包的天廣直流輸電工程，到“中外合作、外方負(fù)責(zé)、中方為主工作”的貴廣I回直流工程，再到貴廣II回直流輸電工程和±800 kV云廣直流輸電工程，我國直流輸電技術(shù)走了一條“引進(jìn)技術(shù)—消化吸收—國產(chǎn)化”的發(fā)展道路，這促使我國直流輸電技術(shù)在短短10年間得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，同時還有效降低了工程造價、擺脫了技術(shù)依賴、促進(jìn)了我國民族工業(yè)快速發(fā)展[7-10]。

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