特高壓直流輸電交流濾波器小組檢修功能的設(shè)計(jì)

羅 磊，盛 琰，黃金海，周玉勇，崔佳佳

（1.許繼電氣直流輸電公司，河南 許昌 461000；2.許繼儀表有限公司，河南 許昌 461000）

特高壓直流輸電交流濾波器小組檢修功能的設(shè)計(jì)

羅 磊1，盛 琰2，黃金海1，周玉勇1，崔佳佳1

（1.許繼電氣直流輸電公司，河南 許昌 461000；2.許繼儀表有限公司，河南 許昌 461000）

介紹了特高壓直流輸電工程交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展，結(jié)合溪浙工程特高壓直流輸電交流濾波器的特點(diǎn)及工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行需求，針對(duì)交流濾波器小組光電流互感器的硬件特性，通過許繼自主開發(fā)的軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)交流濾波器小組檢修功能。闡述交流濾波器大組集中化配置中小組光電流互感器故障時(shí)，檢修功能的實(shí)現(xiàn)方法。交流濾波器小組檢修功能，對(duì)于大負(fù)荷運(yùn)行的特高壓直流系統(tǒng)十分必要，可增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

特高壓直流輸電；交流濾波器；光電流互感器；集中化配置；檢修

交流濾波器是特高壓直流輸電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，不僅給系統(tǒng)提供必要的無功，還可以根據(jù)靈活的配置濾除諧波［1－2］。

直流輸電工程中交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)最初為濾波器大組保護(hù)和小組保護(hù)分別獨(dú)立配置，硬件軟件完全獨(dú)立，測(cè)量系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)為常規(guī)冗余的雙重化配置［3－4］。隨著直流輸電系統(tǒng)工程不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)專家根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)積累，結(jié)合工程實(shí)際情況，不斷完善交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)?，F(xiàn)今交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)大多為大組集中化配置，集中化配置是由1臺(tái)保護(hù)設(shè)備完成大組保護(hù)與小組保護(hù)，而測(cè)量系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)為“啟動(dòng)＋動(dòng)作”雙重化［5］。

溪浙特高壓直流輸電工程是以國(guó)家電網(wǎng)許繼集團(tuán)自主研發(fā)的DPS－3000系統(tǒng)為核心建立起來的，其HCM3000控制保護(hù)主機(jī)能夠完成交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)集中化配置，做到硬件與軟件完全獨(dú)立的“啟動(dòng)＋動(dòng)作”雙重化［6－8］。

交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)大組集中化配置減少了屏柜及設(shè)備的使用量，減少了電纜的敷設(shè)，大大節(jié)約了成本，但集中化配置在工程應(yīng)用上也帶來了一些隱患。交流濾波器小組首端光電流互感器（簡(jiǎn)稱光TA）測(cè)量設(shè)備故障時(shí)，既影響濾波器小組保護(hù)，又影響濾波器大組保護(hù)。通過對(duì)交流濾波器保護(hù)軟件研究開發(fā)與不斷完善，并結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)小組檢修功能。該功能增強(qiáng)了特高壓直流系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)利于運(yùn)行與檢修人員對(duì)交流濾波器設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)。

本文將對(duì)交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)、溪浙工程實(shí)際運(yùn)行需求、小組檢修功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3個(gè)方面分析交流濾波器保護(hù)增加小組檢修功能的必要性。

1 交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)

交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)需完成對(duì)交流母線引線及濾波器大組內(nèi)所有設(shè)備的保護(hù)。保護(hù)系統(tǒng)為“啟動(dòng)＋動(dòng)作”雙重化配置，雙重化配置的2套系統(tǒng)互為冗余，又相互獨(dú)立。

溪浙特高壓直流輸電工程交流濾波器2套保護(hù)主機(jī)簡(jiǎn)稱為AFPA、AFPB。主機(jī)正常工作狀態(tài)為ACTIVE，當(dāng)有風(fēng)扇故障、LAN網(wǎng)通信故障等情況，保護(hù)主機(jī)會(huì)向后臺(tái)發(fā)送輕微故障信號(hào)，此時(shí)只有告警，保護(hù)系統(tǒng)仍可用。若系統(tǒng)存在自檢故障、系統(tǒng)通信故障、光TA故障時(shí)，保護(hù)主機(jī)向后臺(tái)發(fā)送嚴(yán)重故障信號(hào)，此時(shí)保護(hù)系統(tǒng)退出運(yùn)行。

后臺(tái)系統(tǒng)SCADA界面顯示主機(jī)狀態(tài)如圖1所示，SCADA界面便于運(yùn)行人員監(jiān)測(cè)主機(jī)狀態(tài)。綠色方框表示保護(hù)主機(jī)為ACTIVE，黃色圓圈表示保護(hù)主機(jī)為輕微故障，紅色圓圈表示保護(hù)主機(jī)為嚴(yán)重故障。若系統(tǒng)同時(shí)存在輕微故障和嚴(yán)重故障時(shí)，后臺(tái)系統(tǒng)判斷故障嚴(yán)重等級(jí)，以嚴(yán)重故障紅色圓圈顯示。

圖1 交流濾波器保護(hù)主機(jī)狀態(tài)

集中化配置的交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)需完成濾波器大組保護(hù)及區(qū)域內(nèi)各小組的保護(hù)。而交流濾波器保護(hù)中大組差動(dòng)保護(hù)及各小組的保護(hù)都需用小組光TA參與保護(hù)邏輯判斷，如圖2所示。

圖2 交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)配置

若小組首端光TA的A套測(cè)量設(shè)備的自身監(jiān)測(cè)機(jī)制檢測(cè)到故障后，通過特殊總線協(xié)議將故障狀態(tài)字送至保護(hù)主機(jī)AFPA，保護(hù)主機(jī)AFPA接收到該TA故障狀態(tài)后，程序邏輯將該TA相關(guān)的本套大組差動(dòng)保護(hù)及小組相關(guān)保護(hù)退出，并給后臺(tái)系統(tǒng)發(fā)送嚴(yán)重故障信號(hào)，該套保護(hù)主機(jī)退出運(yùn)行。此時(shí)該大組保護(hù)只有單套保護(hù)主機(jī)AFPB起作用，直到檢修人員將故障處理完畢。這是交流濾波器保護(hù)系統(tǒng)對(duì)小組首端光TA監(jiān)視及檢測(cè)機(jī)制的基本功能。

2 溪浙工程實(shí)際運(yùn)行需求

直流輸電在發(fā)電領(lǐng)域的作用越來越大，僅就上海市來說，多個(gè)直流輸電線路的引入總功率就占上海市總用電量的10%以上［9］，要求直流系統(tǒng)能夠經(jīng)常滿負(fù)荷運(yùn)行。溪浙工程從2014年6月投運(yùn)以來，大部分時(shí)間都處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)直流系統(tǒng)處于滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，交流濾波器大組需要對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行的無功補(bǔ)償將非常大，除去備用的濾波器小組外，其余小組均處于工作狀態(tài)。

對(duì)于雙重化保護(hù)系統(tǒng)，雖然交流濾波器保護(hù)有“啟動(dòng)＋動(dòng)作”的出口機(jī)制作為雙保險(xiǎn)，但保護(hù)主機(jī)只有2套，硬件故障、通信故障等發(fā)生的可能性也存在。一次設(shè)備無保護(hù)運(yùn)行是不允許的，所以1套保護(hù)主機(jī)因嚴(yán)重故障退出運(yùn)行后，只有單套保護(hù)主機(jī)運(yùn)行的系統(tǒng)不是非?？煽?。

光TA測(cè)量設(shè)備安裝于戶外，設(shè)備故障后，運(yùn)行人員和設(shè)備廠家檢查或更換需要耗費(fèi)大量時(shí)間，這就造成了交流濾波器單套保護(hù)可能長(zhǎng)期運(yùn)行。一旦運(yùn)行單套保護(hù)主機(jī)也發(fā)生嚴(yán)重故障退出保護(hù)，濾波器大組將處于無保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行人員將按運(yùn)行維護(hù)要求執(zhí)行手動(dòng)切除該濾波器大組操作。若直流系統(tǒng)處于滿負(fù)荷運(yùn)行、備用濾波器小組又不足以完成補(bǔ)償時(shí)，只能采取降功率運(yùn)行，嚴(yán)重影響送電用電。

溪浙工程前期交流場(chǎng)調(diào)試過程中，發(fā)生光TA設(shè)備或配套光纖損壞情況，不僅影響正常調(diào)試進(jìn)度，而且為正式投運(yùn)帶來隱患。根據(jù)工程實(shí)際運(yùn)行狀況，迫切需要增加交流濾波器小組檢修功能。

當(dāng)該小組首端光TA測(cè)量設(shè)備發(fā)生故障后，交流濾波器小組檢修功能需實(shí)現(xiàn)：①保護(hù)主機(jī)可用，能手動(dòng)切換至非嚴(yán)重故障狀態(tài)；②保護(hù)主機(jī)退出相關(guān)小組保護(hù)，不影響大組內(nèi)其他小組的運(yùn)行，該大組保護(hù)仍可用；③待故障設(shè)備檢查或更換完畢后，能進(jìn)行光TA注流試驗(yàn)且不會(huì)使大組差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

3 交流濾波器小組檢修功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

如圖3所示，原保護(hù)系統(tǒng)接收到光TA故障信號(hào)后，退出相關(guān)保護(hù)，并給后臺(tái)OWS系統(tǒng)上送嚴(yán)重故障信號(hào)，該套保護(hù)主機(jī)退出運(yùn)行。

圖3 原保護(hù)系統(tǒng)光TA故障邏輯

作為保護(hù)系統(tǒng)，此設(shè)計(jì)方案本身并無問題，但結(jié)合工程應(yīng)用會(huì)有一定的運(yùn)行維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)。

a.檢測(cè)或更換光TA設(shè)備的周期較長(zhǎng)，可能造成單套保護(hù)長(zhǎng)期運(yùn)行。一旦正在運(yùn)行的單套保護(hù)出現(xiàn)故障，可能對(duì)直流系統(tǒng)造成較大影響。

b.光TA設(shè)備更換后均需要進(jìn)行注流試驗(yàn)，一定會(huì)造成母線電流和小組電流的不平衡，差流過大時(shí)，有可能引起大組差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

為避免上述情況產(chǎn)生，硬件設(shè)計(jì)增加小組檢修壓板，軟件設(shè)計(jì)根據(jù)小組檢修壓板信號(hào)對(duì)光TA故障后的處理措施進(jìn)行了改進(jìn)。

程序中增加多處信號(hào)選擇功能，結(jié)合小組檢修壓板的觸發(fā)信號(hào)，將多個(gè)壓板的信號(hào)進(jìn)行分別處理，增加主機(jī)狀態(tài)上送后臺(tái)OWS的選擇信號(hào)，增加濾波器小組高端光TA電流的選擇信號(hào)。

當(dāng)小組首端光TA測(cè)量設(shè)備故障后，暫時(shí)退出本濾波器小組保護(hù)、本濾波器大組保護(hù)、保護(hù)主機(jī)向后臺(tái)OWS報(bào)嚴(yán)重故障信號(hào)。運(yùn)行人員確認(rèn)為小組首端光TA故障后，將互為冗余的2套保護(hù)屏柜故障小組壓板均打到檢修狀態(tài)。

如圖4所示，保護(hù)主機(jī)接收到故障小組壓板的置位信號(hào)后，通過選擇器將小組光TA故障信號(hào)1切換為0，送至主機(jī)的狀態(tài)判斷，此時(shí)主機(jī)退出嚴(yán)重故障，保護(hù)主機(jī)可用。

圖4 軟件實(shí)現(xiàn)組圖1

如圖5所示，保護(hù)主機(jī)接收到故障小組壓板的置位信號(hào)后，與其他輕微故障通過或邏輯送至主機(jī)狀態(tài)判斷，此時(shí)主機(jī)切換為輕微故障，保護(hù)主機(jī)可用。

圖5 軟件實(shí)現(xiàn)組圖2

如圖6所示，保護(hù)主機(jī)接收到故障小組濾波器壓板的置位信號(hào)后，將故障濾波器小組的光TA電流從現(xiàn)有數(shù)值置為0后用于大組差動(dòng)保護(hù)的計(jì)算。此時(shí)，不會(huì)因?yàn)闉V波器小組高端光TA電流的不正確采樣影響大組差動(dòng)保護(hù)功能判斷，同時(shí)，若需要更換該濾波器小組高端光TA并進(jìn)行注流試驗(yàn)時(shí)，不會(huì)使大組差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

圖6 軟件實(shí)現(xiàn)組圖3

檢修壓板投入后，后臺(tái)SCADA界面接收到的主機(jī)狀態(tài)如圖7所示，AFPB交流濾波器保護(hù)主機(jī)從嚴(yán)重故障切換為輕微故障。

圖7 檢修壓板投入后交流濾波器保護(hù)主機(jī)狀態(tài)

如圖8所示，濾波器小組首端光TA故障后，通過該小組檢修壓板的投入，配置小組檢修功能邏輯框圖。通過軟件中一系列的邏輯判斷，完整實(shí)現(xiàn)交流濾波器小組檢修功能。

圖8 改進(jìn)后的保護(hù)系統(tǒng)光TA故障檢測(cè)邏輯

設(shè)計(jì)還考慮到檢修過程中若本濾波器大組中再有其他小組首端光TA測(cè)量設(shè)備也發(fā)生故障的處理情況。

當(dāng)有1臺(tái)濾波器小組高端光TA故障處于檢修狀態(tài)時(shí)，又有本大組濾波器中其他小組高端光TA也發(fā)生故障，如圖4所示，保護(hù)主機(jī)收到故障信號(hào)后，執(zhí)行邏輯判斷再次退出大組保護(hù)，將嚴(yán)重故障信號(hào)送至后臺(tái)，直到運(yùn)行人員確認(rèn)故障原因后，將相關(guān)光TA濾波器小組壓板投到檢修狀態(tài)，濾波器大組保護(hù)可用，主機(jī)將嚴(yán)重故障信號(hào)切換為輕微故障信號(hào)送至后臺(tái)。

檢修人員進(jìn)行首端光TA測(cè)量設(shè)備的檢修與測(cè)試，檢修工作完成并確認(rèn)設(shè)備完好后，光TA故障信號(hào)消失，此時(shí)將小組檢修壓板退出，檢修壓板退出信號(hào)將使保護(hù)主機(jī)狀態(tài)由輕微故障轉(zhuǎn)為ACTIVE，所有保護(hù)均正常投入運(yùn)行。

小組檢修功能的實(shí)現(xiàn)，可有效減小設(shè)備故障對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響范圍，提高系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也有利于運(yùn)檢人員對(duì)一次設(shè)備的檢修維護(hù)。

4 結(jié)束語

特高壓直流輸電交流濾波器保護(hù)小組檢修功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，是對(duì)一次設(shè)備運(yùn)行特性的有效補(bǔ)充。增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，大大提升了運(yùn)行操作人員應(yīng)對(duì)問題的可選擇性，尤其直流系統(tǒng)大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)交流濾波器小組一次設(shè)備出現(xiàn)故障后，運(yùn)檢人員可采取更有針對(duì)性的措施。

此次設(shè)計(jì)首次應(yīng)用于溪浙特高壓直流輸電工程交流濾波器保護(hù)中，工程于2014年6月順利投入商業(yè)運(yùn)行。試運(yùn)行階段曾出現(xiàn)過濾波器小組首端光TA測(cè)量設(shè)備故障的情況，運(yùn)檢人員根據(jù)操作規(guī)范，可正確無誤地實(shí)現(xiàn)交流濾波器保護(hù)小組檢修功能。

交流濾波器保護(hù)小組檢修功能的設(shè)計(jì)是針對(duì)一次設(shè)備缺陷的補(bǔ)救措施。在特高壓直流輸電重要性越來越高的今天，國(guó)內(nèi)二次繼電保護(hù)設(shè)計(jì)越來越穩(wěn)定、可靠。

［1］趙婉君.高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

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Design on AC Filter Sub?bank Maintenance Function in UHVDC System

LUO Lei1，SHENG Yan2，HUANG Jin?hai1，ZHOU Yu?yong1，CUI Jia?jia1
（1.HVDC Department of Xuji，Xuchang，Henan 461000，China；2.Xuji Meter Co.，Ltd.，Xuchang，Henan 461000，China）

The development of AC filter protection system in ultra?high voltage direct current（UHVDC）is described in this paper based on the characteristics of UHVDC transmission AC filter and actual requirement of project field.For the AC filter sub?bank hard?ware features of optical current transformer，by applying the Xuji self?developed software platform，AC filter sub?bank maintenance function is designed.When the AC filter bank of centralized configuration，sub?bank of optical current transformer fault，the realization method of the maintenance function are expounded.AC filter sub?bank maintenance function is very necessary for large load operation of UHVDC system，it enhances the reliability of the system.

UHVDC；AC filter；Optical current transformer；Centralized configuration；Maintenance

TM721.1

A

1004－7913（2016）06－0041－04

羅 磊（1981—），男，學(xué)士，工程師，從事高壓直流輸電保護(hù)軟件開發(fā)工作。

2016－02－30）