一起接口裝置引起的高壓直流系統(tǒng)閉鎖故障原因及改進(jìn)

楊家凱 楊杰

摘 要：為防止因出口繼電器接點(diǎn)粘接引起的保護(hù)誤出口，高壓直流輸電運(yùn)行中，投入運(yùn)行中的保護(hù)出口連接片需要測量其兩端電位。近期某換流站在測量閥冷保護(hù)出口連接片電位時(shí)高壓直流極2發(fā)生閉鎖。本文針對直流閉鎖時(shí)使用的裝置、測試用的設(shè)備進(jìn)行了分析，找到了故障的根本原因，提出了閥外冷保護(hù)接口裝置的改進(jìn)方法，對提高直流輸電系統(tǒng)的安全性十分有意義。

關(guān)鍵詞：電位測量；接口裝置；出口電壓

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.174

0 前言

本文從一起由閥冷保護(hù)接口屏誤出口引發(fā)高壓直流輸電系統(tǒng)閉鎖事件進(jìn)行了深入分析，找到原因并提出了控制措施。該事件是一起典型的控保系統(tǒng)接口設(shè)備誤發(fā)信導(dǎo)致的直流閉鎖事件，對該事件的分析處置流程可以為防止類似情況再次發(fā)生而影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供借鑒。

1 故障表象

2018年1月，某±500kV高壓直流輸電在運(yùn)行中，突然發(fā)生極2閉鎖，閉鎖時(shí)后臺先后發(fā)出主要SER報(bào)文如下：極2極控系統(tǒng)極2AP5內(nèi)冷控制柜B功率回降（B）產(chǎn)生；極2極控系統(tǒng)閥冷功率回降閉鎖直流；極2極控系統(tǒng)閥冷功率回降閉鎖直流；極2極控系統(tǒng)極2極控系統(tǒng)順控狀態(tài)處于解鎖狀態(tài)消失。

檢查監(jiān)控系統(tǒng)后臺發(fā)現(xiàn)極2輸送功率已由500MW降為了0MW。按照閥冷系統(tǒng)請求直流功率回降的策略，當(dāng)故障前雙極功率小于1600MW時(shí)，若極控收到功率回降信號將直接執(zhí)行閉鎖邏輯。

2 問題分析

由于閉鎖時(shí)有“極2極控系統(tǒng)極2AP5內(nèi)冷控制柜B功率回降（B）產(chǎn)生”信號，現(xiàn)場重點(diǎn)對該回路及邏輯進(jìn)行了檢查。經(jīng)檢查回路及查閱圖紙資料，閥冷系統(tǒng)共4路功率回降信號由硬接線經(jīng)壓板開出至閥冷接口屏（閥冷接口裝置為許繼DFU410型），A、B系統(tǒng)各再由閥冷系統(tǒng)接口屏通過現(xiàn)場總線送至極控系統(tǒng)。根據(jù)報(bào)文分析，為閥冷控制系統(tǒng)B至閥冷接口屏一功率回降開入動(dòng)作。請求降功率信號由閥冷控制系統(tǒng)PLC兩個(gè)開出模塊分別開出至繼電器KC89B和KC89Bb的線圈，并由兩個(gè)繼電器常開接點(diǎn)串聯(lián)，經(jīng)壓板后出口，同時(shí)開出信號并至PLC信號輸入模塊發(fā)出信號。如果閥冷控制系統(tǒng)開出降功率信號，PLC裝置將發(fā)出信號告警。而實(shí)際閥冷控制系統(tǒng)未報(bào)出任何信號，且兩個(gè)繼電器接點(diǎn)同時(shí)誤動(dòng)的幾率不大，分析為其他原因?qū)е抡`出口。

3 測試實(shí)驗(yàn)

3.1 模擬故障時(shí)操作

極2閉鎖時(shí)在開展極2閥外冷主泵P01檢修后的泄漏保護(hù)投入操作，所以將重點(diǎn)排查故障是否與操作有關(guān)。現(xiàn)場核查與操作核對操作票項(xiàng)發(fā)現(xiàn)其中一項(xiàng)是測量“極2閥冷功率回降出口連接片兩端無異極性電位”?，F(xiàn)場操作人員采用的是相位表分別測量連接片兩端對地電壓，使用的儀表是“日本克列茨Kyoritsu KT171電壓相序表”。模擬閉鎖發(fā)生時(shí)現(xiàn)場情況，在模擬至運(yùn)行人員使用電壓相序表測量壓板電壓時(shí)，后臺再次收到功率回降信號，反復(fù)測試后，此情況大概率重復(fù)發(fā)生，功率回降出口至閥冷接口屏。

3.2 故障原因推斷

測試人員推斷用電壓相序表測量時(shí)，接口裝置的該開入點(diǎn)經(jīng)過電壓相序表內(nèi)部電阻與大地形成回路，該開入點(diǎn)上的電壓降使其動(dòng)作，此時(shí)測控裝置對應(yīng)開入量會誤發(fā)信號。調(diào)查組進(jìn)一步進(jìn)行DFU410接口裝置開入口測試，模擬開入端接地時(shí)，對應(yīng)開入量指示燈點(diǎn)亮，開關(guān)量輸入回路由0變?yōu)?，經(jīng)多次測試確認(rèn)，許繼DFU410裝置，在信號開入端接地時(shí)（負(fù)點(diǎn)公共端電位由-115V緩慢變?yōu)?86V），因此無正電開入的情況下，此信號也會誤發(fā)。根據(jù)現(xiàn)場模擬結(jié)果判斷，DFU410接口裝置動(dòng)作電壓明顯偏小。

3.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述推斷，我們選用極二冷控系統(tǒng)2套接口裝置及1套備用的裝置分別對3個(gè)不同的開入點(diǎn)進(jìn)行了測量，根據(jù)抽樣測量結(jié)果，開入點(diǎn)動(dòng)作電壓為額定電壓的38.4%-48.5%。按許繼《DFU410測量控制裝置使用說明書》技術(shù)參數(shù)要求DFU410裝置的開關(guān)量輸入動(dòng)作電壓為60%～120%額定電壓，即動(dòng)作電壓為（60%～120%）×額定電壓=（60%～120%）×220=132V～264V。

對DFU410裝置的等效輸入阻抗進(jìn)行測量。測量得動(dòng)作電壓值E=84.5V，動(dòng)作電流I=1.02mA，動(dòng)作時(shí)的等阻抗為82.8kΩ，測試結(jié)果為DFU410裝置動(dòng)作電壓小于132V，測試結(jié)果并不符合廠家技術(shù)規(guī)范。

DFU410裝置的輸入阻抗為82.8kΩ，動(dòng)作電壓為84.5V，電壓相位表的直流電阻為213kΩ，按穩(wěn)定的直流來計(jì)算，加上電壓相位表上的電壓降，測量時(shí)裝置的動(dòng)作電壓應(yīng)為280V，不應(yīng)該觸發(fā)直流功率回降出口信號。

但是，電壓相位表的輸入阻抗，相當(dāng)于并聯(lián)上了一個(gè)電容器，在測量保護(hù)連接片對地電壓的瞬間這個(gè)電路存在暫態(tài)過程使開入動(dòng)作，發(fā)出直流功率回降信號。

3.4 驗(yàn)證結(jié)果

通計(jì)計(jì)算，得到電路的暫態(tài)過程，即測量連接片輸出端對地的瞬間，有0.5τ脈沖寬度，即0.5×1690us=845us時(shí)間，DFU410裝置的輸入電壓≥84.5V（動(dòng)作值得為84.5V），所以閥冷控制系統(tǒng)開出了降功率信號。通過實(shí)驗(yàn)我們可以得到以下結(jié)論：

（1）DFU裝置的動(dòng)作電壓僅達(dá)84.5V，而廠家說明書內(nèi)描述的輸入動(dòng)作電壓大于等于132V，且動(dòng)作功率小，P=84.5V×1.02mA=86.2mW。按照繼電保護(hù)反措要求，出口中間繼電器的動(dòng)作功率應(yīng)達(dá)到5W。

（2）電壓相位表的直流內(nèi)阻及動(dòng)態(tài)阻抗低（二次回路使用的表計(jì)直流電阻不得低于2kΩ/V，則220V低壓直流系統(tǒng)應(yīng)不小于500kΩ的直流電阻，等效并聯(lián)輸出電容應(yīng)小于100pF才安全）。以上兩方面的原因是導(dǎo)致此次高壓直流輸電極2閉鎖的根本原因。

4 改進(jìn)控制措施

對DFU410裝置自己改造，方法是在光耦輸入端串接1.5KE51CA 瞬態(tài)抑制二極管，其額定電壓為43.6（動(dòng)作最小電壓為84.5V）再并接一個(gè)12kΩ，10W的電阻即可，（注：1.5KE51CA為雙向?qū)ΨQ的瞬態(tài)抑制二極管，不分正負(fù)極，虛線框內(nèi)為增加的元件）。改造后測量裝置動(dòng)作電壓已升高到了133V，裝置動(dòng)作時(shí)間的額定功率達(dá)到了5W，消除了DFU410裝置誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

禁止用“日本克列茨 Kyoritsu KT171 電壓相序表”來測量DFU410裝置開入端的對地電壓來檢查連接片兩端有異極性電位。宜使用專用、高阻抗、小并聯(lián)電阻的專用電壓相序表來測量電壓，測量時(shí)不測量對地電壓，直接測量連接片兩端的電壓。對表計(jì)的要求是，內(nèi)阻不小于10MΩ，并列電容不大于100pF。