高壓直流輸電直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法探索*

吳晉波，陳宏，熊尚峰，劉海峰，霍思敏

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)沙 410007； 2.湖南省湘電試驗(yàn)研究院有限公司，長(zhǎng)沙 410004；3.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司，長(zhǎng)沙 410007)

0 引 言

作為跨區(qū)域大范圍資源配置的重要手段，(特)高壓直流輸電[1-3]已成為國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要組成部分。近10年來(lái)已有一大批(特)高壓直流輸電系統(tǒng)[4-8]相繼建成投運(yùn)，在保障能源供應(yīng)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式方面發(fā)揮了重要作用。而隨著特高壓直流建設(shè)步伐的加速，其在國(guó)家經(jīng)濟(jì)、人民生活中影響將日益重大。直流系統(tǒng)控制保護(hù)[9-12]設(shè)備作為(特)高壓直流輸電系統(tǒng)的“大腦”，其性能直接決定(特)高壓直流輸電系統(tǒng)的性能。

現(xiàn)有的直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備檢驗(yàn)方法主要有以下幾種方法：

(1)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)[13-16]。在設(shè)備安裝前，直流系統(tǒng)控制、保護(hù)設(shè)備與RTDS等電磁數(shù)模仿真系統(tǒng)連接，構(gòu)成測(cè)試平臺(tái)，利用仿真系統(tǒng)模擬一次設(shè)備及相關(guān)故障，開(kāi)展設(shè)備性能檢驗(yàn)工作。

(2)系統(tǒng)檢驗(yàn)[17-20]。設(shè)備安裝后直流系統(tǒng)調(diào)試階段，直接在已送電的一次線路上設(shè)置短路，開(kāi)展設(shè)備功能驗(yàn)證工作。

上述兩類檢驗(yàn)局限于直流系統(tǒng)正式投運(yùn)前設(shè)備調(diào)試階段。對(duì)于已投運(yùn)的直流系統(tǒng)，上述兩種檢驗(yàn)方法均不適用：前者因設(shè)備不易拆卸運(yùn)輸無(wú)法實(shí)施，后者因危險(xiǎn)系數(shù)較高且可能對(duì)電網(wǎng)造成不良影響無(wú)法定期開(kāi)展。

由于缺乏簡(jiǎn)單便捷又有效可行的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)手段[21]，直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備從投運(yùn)至今通常未再檢驗(yàn)，有的甚至已長(zhǎng)達(dá)十年。保護(hù)設(shè)備長(zhǎng)期得不到有效檢驗(yàn)，設(shè)備板卡元件故障和程序缺陷得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將給直流控制保護(hù)系統(tǒng)、乃至整個(gè)(特)高壓直流輸電工程帶來(lái)嚴(yán)重隱患[22-25]。

文章根據(jù)直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)技術(shù)難題，提出了各采樣通道外部加量方法和保護(hù)動(dòng)作正確性判斷方法，提出一套完整的直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法，該方法不需拆卸保護(hù)設(shè)備，易于實(shí)施，也不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成不良影響，安全風(fēng)險(xiǎn)小，且檢驗(yàn)儀器易獲取，成本較低。應(yīng)用所提方法在投運(yùn)已超過(guò)十年的±500 kV江城直流鵝城換流站進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，并獲得成功，驗(yàn)證了所提方法可實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)定期檢驗(yàn)。

1 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)原理

1.1 交流保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)已投運(yùn)的交流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法已較為成熟[26]。交流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備被檢驗(yàn)的部分包括采樣回路(不含測(cè)量元件本體)、保護(hù)動(dòng)作判據(jù)邏輯和動(dòng)作回路。保護(hù)動(dòng)作判據(jù)邏輯可視為一組不等式，如式(1)所示。X1、X2、. . .Xn為被檢保護(hù)設(shè)備一次采樣值。

(1)

當(dāng)全部或部分不等式f、g成立時(shí)，被檢保護(hù)設(shè)備通過(guò)動(dòng)作回路發(fā)出信號(hào)，動(dòng)作于告警或跳閘。

由于受儀器、設(shè)備、安全等因素制約，交流保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)通常不會(huì)選擇直接在一次設(shè)備上施加激勵(lì)量，而是在TV、TA二次側(cè)施加激勵(lì)量，如式(2)所示。x1、x2、. . .xn為激勵(lì)量，k1、k2、. . .kn為各采樣通道的變比值。

(2)

綜合式(1)、式(2)可得式(3)：

(3)

交流保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法是在一次設(shè)備停電檢修期間，由現(xiàn)場(chǎng)外部施加激勵(lì)量，模擬交流系統(tǒng)故障或異常，通過(guò)具體保護(hù)動(dòng)作行為，檢驗(yàn)保護(hù)設(shè)備采樣回路、保護(hù)動(dòng)作判據(jù)邏輯以及動(dòng)作回路的正確性。采用這種方法，既無(wú)需拆卸運(yùn)輸保護(hù)設(shè)備，也不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成不良影響。

1.2 直流保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)技術(shù)難題

除保護(hù)動(dòng)作行為需通過(guò)控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)外，直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備工作原理與交流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備，特別是智能變電站交流保護(hù)幾乎一致。因此，從原理上，在一次系統(tǒng)停電檢修期間，直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備若能采用類似交流保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法，即可開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)定期檢驗(yàn)，而且也無(wú)需考慮一次設(shè)備投退、與控制設(shè)備的協(xié)調(diào)、隔離等問(wèn)題。

但實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)定期檢驗(yàn)，需要解決一系列技術(shù)難題，可歸納為以下兩個(gè)方面：

(1)外部施加激勵(lì)量如何實(shí)現(xiàn)。與交流系統(tǒng)不同，直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備所使用的電流狀態(tài)量大多通過(guò)光電式電流互感器或零磁通電流互感器采集。上述測(cè)量設(shè)備提供給保護(hù)設(shè)備的采樣值并非電流二次模擬量。特別是光電式電流互感器[27]，直接將電流采樣值轉(zhuǎn)換為光數(shù)字信號(hào)提供給保護(hù)設(shè)備，而且光數(shù)字協(xié)議多為私有協(xié)議，技術(shù)保密。部分私有協(xié)議的光數(shù)字信號(hào)甚至直接接入保護(hù)設(shè)備。缺乏外部施加二次模擬量作為激勵(lì)量有效方法是阻礙直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的主要難題;

(2)保護(hù)動(dòng)作正確性如何判斷。與交流系統(tǒng)不同，直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備與控制設(shè)備構(gòu)成一套整體系統(tǒng)，而非一系列單體設(shè)備。對(duì)其中某一個(gè)保護(hù)開(kāi)展檢驗(yàn)時(shí)，無(wú)法有效隔離其他保護(hù)，檢驗(yàn)過(guò)程中必將受到其他保護(hù)信號(hào)影響，若按交流保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法，通過(guò)具體保護(hù)動(dòng)作行為如告警、控制系統(tǒng)切換、換流閥移相/閉鎖、極隔離、交流斷路器跳閘，判斷保護(hù)動(dòng)作正確性是不可能的。此外，與交流保護(hù)不同，直流保護(hù)動(dòng)作行為是通過(guò)直流控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，在一次設(shè)備停電檢修期間，基于安全考慮，直流控制系統(tǒng)將保持換流閥閉鎖、極隔離等指令，此時(shí)即便收到被檢直流保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)，也不會(huì)執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作行為；而直流控制與保護(hù)設(shè)備通過(guò)光纖數(shù)字LAN網(wǎng)通信，直流保護(hù)動(dòng)作信號(hào)不易觀測(cè)。如何有效地判斷直流保護(hù)保護(hù)動(dòng)作正確性也是亟待解決的問(wèn)題。

2 外部施加激勵(lì)量實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)測(cè)量設(shè)備不同，保護(hù)設(shè)備外部采樣通道可分為光電式電流互感器通道、零磁通電流互感器通道、直流分壓器通道、以及交流電流/電壓互感器通道。針對(duì)不同的采樣通道，提出了不同的外部加量方法。

2.1 光電式電流互感器通道加量方法

(特)高壓直流系統(tǒng)中光電式電流互感器一般用于測(cè)量直流線路電流、閥組高壓進(jìn)線電流、以及直流、交流濾波器高端電流和電容器組間不平衡電流等。目前常用的光電式電流互感器采樣通道由本體和光數(shù)字轉(zhuǎn)換器共同構(gòu)成。本體位于被測(cè)量的高壓一次設(shè)備上，由負(fù)責(zé)測(cè)量的羅氏線圈、直流分壓器和負(fù)責(zé)光電轉(zhuǎn)換的光電模塊組成的。無(wú)論是羅戈夫斯基線圈或直流分流器，其特性均是輸出電壓與所測(cè)量的一次電流成正比，如式(4)所示:

IOCT=kOCTuOCT

(4)

式中IOCT為光電式電流互感器所測(cè)量的一次電流值，uOCT為羅戈夫斯基線圈或直流分流器輸出的二次電壓值，kOCT為一次電流測(cè)量值與二次電壓采樣值的比例，可視為光電式電流互感器的變比，與常規(guī)交流TA不同，kOCT單位為kA/mV。

光電模塊將uOCT轉(zhuǎn)換為光數(shù)字信號(hào)，傳輸給光數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，位于控制保護(hù)室內(nèi)，部分型號(hào)甚至直接布置在保護(hù)設(shè)備內(nèi)部，用于接收、解析來(lái)自本體的光數(shù)字信號(hào)，一般視為保護(hù)設(shè)備的一部分。

光電模塊與光數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，用于傳輸采樣數(shù)據(jù)的光電轉(zhuǎn)換協(xié)議一般為私有協(xié)議，技術(shù)保密，不對(duì)外開(kāi)放，且不同廠家型號(hào)的光電式電流互感器的光電轉(zhuǎn)換協(xié)議也不一致。這是光電式電流互感器通道現(xiàn)場(chǎng)加量主要的難題。

圖1 所提光電式電流互感器通道加量方法接線示意圖

所提現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法包含一種不需解析光電轉(zhuǎn)換協(xié)議的光電式電流互感器通道加量方法，如圖1所示：由一個(gè)可調(diào)直流電壓源和一個(gè)光電模塊模擬光電式電流互感器本體，并與保護(hù)設(shè)備中光數(shù)字轉(zhuǎn)換器聯(lián)接；可調(diào)直流電壓源用于模擬光電式電流互感器本體中測(cè)量部分；光電模塊與其模擬的光電式電流互感器本體中光電模塊同廠家同型號(hào)，利用其帶光電轉(zhuǎn)換協(xié)議，將可調(diào)直流電壓源輸出的模擬量轉(zhuǎn)換為光數(shù)字信號(hào)，傳輸給保護(hù)設(shè)備中的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器；通過(guò)調(diào)節(jié)直流電壓源的輸出，實(shí)現(xiàn)外部施加激勵(lì)量。

2.2 零磁通電流互感器通道加量方法

(特)高壓直流系統(tǒng)中零磁通電流互感器一般用于測(cè)量中性母線電流、閥組低壓出線電流、接地極線路電流以及臨時(shí)接地極電流等。目前常用的零磁通電流互感器采樣通道由本體、電子模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊共同構(gòu)成。本體位于被測(cè)量的高壓一次設(shè)備上，由5組二次繞組構(gòu)成。位于控制保護(hù)室內(nèi)的電子模塊與二次繞組連接構(gòu)成零磁通電流互感器測(cè)量回路，其功能是將一次測(cè)量值轉(zhuǎn)換為二次采樣值，如式(5)所示:

ICCT=kCCTuCCT

(5)

式中ICCT為零磁通電流互感器所測(cè)量的一次電流值，uCCT為電子模塊輸出的二次電壓值，kCCT為一次電流測(cè)量值與二次電壓采樣值的比例，可視為零磁通電流互感器的變比，與常規(guī)交流TA不同，kOCT單位為kA/V。

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊布置在保護(hù)設(shè)備內(nèi)部，用于接收、轉(zhuǎn)換來(lái)自電子模塊的電壓模擬量信號(hào)，為保護(hù)設(shè)備的一部分。

圖2 所提零磁通電流互感器通道加量方法接線示意圖

所提現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法包含一種零磁通電流互感器通道加量方法，如圖2所示：由一個(gè)可調(diào)直流電壓源模擬零磁通電流互感器測(cè)量回路，并與保護(hù)設(shè)備中模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊聯(lián)接；通過(guò)調(diào)節(jié)直流電壓源的輸出，實(shí)現(xiàn)外部施加激勵(lì)量。

2.3 其他采樣通道加量方法

其他采樣通道包括直流分壓器通道、交流電流互感器通道、交流電壓互感器通道等。上述采樣通道與交流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備采樣通道構(gòu)成原理基本相同。其外部加量方法可以直接采用交流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備加量方法，即由被測(cè)電氣量對(duì)應(yīng)的電壓或電流源作為激勵(lì)源，模擬測(cè)量設(shè)備輸出。

上述所提出的光電式電流互感器通道、零磁通電流互感器通道、以及其他采樣通道的加量方法均無(wú)需拆卸一次和保護(hù)設(shè)備，可在控制保護(hù)室內(nèi)完成，無(wú)需施加大電流或高電壓信號(hào)，安全風(fēng)險(xiǎn)小，無(wú)需解析光電協(xié)議和TDM協(xié)議，現(xiàn)場(chǎng)易實(shí)現(xiàn)。

3 保護(hù)動(dòng)作正確性判斷方法

3.1 控制、保護(hù)設(shè)備配置方法

不同于交流保護(hù)，直流保護(hù)動(dòng)作行為是由直流控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。與新投系統(tǒng)不同，對(duì)于已投運(yùn)的直流系統(tǒng)，其控制設(shè)備及相關(guān)回路已經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，包括控制系統(tǒng)切換、換流閥移相/閉鎖、極隔離、交流斷路器跳閘的控制/保護(hù)動(dòng)作回路正確性已被反復(fù)檢驗(yàn)。因此，具體的直流保護(hù)動(dòng)作行為既不需在直流保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)中檢驗(yàn)，且實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境下，也無(wú)法開(kāi)展檢驗(yàn)。故，所提出的直流保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法不需涉及直流保護(hù)跳閘矩陣出口以及相關(guān)控制系統(tǒng)配合、設(shè)置問(wèn)題，僅檢驗(yàn)被測(cè)保護(hù)設(shè)備采樣精度和邏輯正確性，只需對(duì)與被測(cè)保護(hù)設(shè)備相關(guān)的開(kāi)關(guān)、刀閘位置進(jìn)行軟件置數(shù)，通過(guò)工程師工作站即可實(shí)現(xiàn)。

3.2 保護(hù)動(dòng)作正確性判斷方法

按第2節(jié)所提加量方法，對(duì)被測(cè)保護(hù)設(shè)備涉及的各采樣通道同時(shí)施加激勵(lì)量，模擬直流系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行工況。依次逐步改變各通道的采樣量，模擬故障工況，觀測(cè)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。按所檢驗(yàn)保護(hù)邏輯，根據(jù)保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻所模擬的工況，計(jì)算相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作實(shí)測(cè)值。通過(guò)比對(duì)保護(hù)動(dòng)作實(shí)測(cè)值與保護(hù)動(dòng)作定值，判斷保護(hù)動(dòng)作的正確性。

所提方法對(duì)各采樣通道加量的同步性要求不高：在到達(dá)模擬測(cè)試運(yùn)行工況過(guò)程中，由于各通道加量不同步導(dǎo)致的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，在到達(dá)模擬測(cè)試運(yùn)行工況后，均會(huì)自動(dòng)復(fù)歸或可手動(dòng)復(fù)歸；模擬故障工況時(shí)，每次只改變一個(gè)采樣通道的加量值，其余通道加量值不變。

3.3 信號(hào)觀測(cè)方法

所提出方法將直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備所在換流站的監(jiān)控系統(tǒng)作為現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的信號(hào)觀測(cè)裝置。檢驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看相關(guān)直流保護(hù)動(dòng)作信號(hào)情況，將監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)作為判斷保護(hù)動(dòng)作正確性的依據(jù)。采用此方法無(wú)需拆裝直流系統(tǒng)二次系統(tǒng)通信線路，也不需專用數(shù)字信號(hào)采集觀測(cè)裝置。更為重要的是換流站監(jiān)控系統(tǒng)采集信號(hào)全面，分類清晰，可通過(guò)篩選，剔除其他保護(hù)動(dòng)作信號(hào)的干擾，易于觀測(cè)判斷，且所顯示保護(hù)動(dòng)作信號(hào)自帶時(shí)標(biāo)，便于對(duì)動(dòng)作時(shí)序及時(shí)間的計(jì)算檢驗(yàn)。

4 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法

4.1 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法

結(jié)合所提出的外部加量和保護(hù)動(dòng)作正確性判斷方法，提出一種直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法：

(1)根據(jù)采樣通道類型，按所提外部加量方法，完成被測(cè)直流保護(hù)涉及的各采樣通道現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)接線，如圖3所示；

(2)通過(guò)圖3中各可調(diào)直流電壓、交流源分別向被測(cè)保護(hù)設(shè)備各采樣通道施加激勵(lì)量；

(3)通過(guò)所在換流站監(jiān)控系統(tǒng)查看被檢保護(hù)設(shè)備響應(yīng)情況，完成對(duì)被測(cè)保護(hù)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。

圖3 所提現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法接線示意圖

4.2 檢驗(yàn)項(xiàng)目及流程

現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)開(kāi)展的項(xiàng)目包括采樣通道精度檢驗(yàn)、保護(hù)動(dòng)作值檢驗(yàn)、保護(hù)動(dòng)作時(shí)序與時(shí)間檢驗(yàn)等。其中采樣通道精度檢驗(yàn)可參照交流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)流程開(kāi)展，即通過(guò)改變外部施加的激勵(lì)量，直接在換流站監(jiān)控系統(tǒng)查看保護(hù)設(shè)備采樣值，計(jì)算采樣精度是否滿足要求。

4.3 保護(hù)動(dòng)作值檢驗(yàn)流程

直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備保護(hù)動(dòng)作值(包括告警、跳閘動(dòng)作值)檢驗(yàn)，參照交流保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)流程，采用以下流程開(kāi)展：

(1)模擬一次系統(tǒng)指定工況對(duì)各個(gè)采樣通道同時(shí)施加初始激勵(lì)量，遍歷選定一個(gè)采樣通道作為當(dāng)前檢驗(yàn)通道；

(2)復(fù)歸保護(hù)信號(hào)后，逐步改變當(dāng)前檢驗(yàn)通道的采樣量直至被檢直流保護(hù)動(dòng)作，記錄此時(shí)與各個(gè)通道的一次采樣值，根據(jù)被檢的保護(hù)判據(jù)計(jì)算當(dāng)前檢驗(yàn)通道的保護(hù)告警動(dòng)作值；

(3)判斷是否所有與被檢的保護(hù)判據(jù)相關(guān)的采樣通道已經(jīng)遍歷完畢，如果尚未遍歷完畢則遍歷選定下一個(gè)與被檢的保護(hù)判據(jù)相關(guān)的采樣通道作為當(dāng)前檢驗(yàn)通道，重復(fù)檢驗(yàn)流程(2)；

(4)檢驗(yàn)所有保護(hù)動(dòng)作值是否與被檢保護(hù)動(dòng)作定值一致(偏差是否在允許范圍內(nèi))；

(5)選擇多個(gè)測(cè)試工況，重復(fù)檢驗(yàn)流程(2)；

(6)根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果判斷保護(hù)動(dòng)作值檢驗(yàn)是否通過(guò)，動(dòng)作定值偏差是否滿足要求。

4.4 保護(hù)動(dòng)作時(shí)序與時(shí)間檢驗(yàn)流程

直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間無(wú)法直接計(jì)算，采用以下流程開(kāi)展保護(hù)動(dòng)作時(shí)序與時(shí)間檢驗(yàn)：

(1)通過(guò)外部加量的方法模擬直流系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行工況；

(2)復(fù)歸保護(hù)信號(hào)后，瞬間改變大幅度其中一個(gè)激勵(lì)量，記錄被測(cè)設(shè)備發(fā)出告警、切換系統(tǒng)、閉鎖等保護(hù)動(dòng)作信號(hào)的時(shí)間，檢驗(yàn)切換系統(tǒng)、閉鎖、告警信號(hào)三者時(shí)間差是否與設(shè)定時(shí)間值一致(偏差是否在允許范圍內(nèi))；

(3)選擇多個(gè)測(cè)試工況，重復(fù)檢驗(yàn)流程(2)；

(4)根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果推算保護(hù)動(dòng)作時(shí)序是否正確，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間值是否滿足要求。

5 專用檢驗(yàn)裝置

為進(jìn)一步提高現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)效率，研制了高壓直流輸電系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備專用現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)裝置—— DCPTE -001直流保護(hù)測(cè)試儀，見(jiàn)圖4，其具備光電式電流互感器、零磁通電流互感器加量能力，適用于開(kāi)展所提方法中涉及的各項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)項(xiàng)目包括采樣通道精度檢驗(yàn)、保護(hù)動(dòng)作值檢驗(yàn)、保護(hù)動(dòng)作時(shí)序與時(shí)間檢驗(yàn)等。

圖4 DCPTE-001直流保護(hù)測(cè)試儀

該設(shè)備具有兩路獨(dú)立的輸出通道，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)兩路不同的光電式互感器或零磁通互感器采樣通道現(xiàn)場(chǎng)加量。該設(shè)備輸出量程可調(diào)整，光電模塊易更換，可適用于不同類型的光電式互感器或零磁通互感器。

6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2016年4月±500 kV江城直流鵝城換流站開(kāi)展年度停電檢修?！?00 kV江城直流系統(tǒng)自2004年投運(yùn)以來(lái)距今已超過(guò)十年，其控制保護(hù)系統(tǒng)為ABB公司MACH2系統(tǒng)。按所提方法與裝置對(duì)鵝城換流站極ⅡA套控制保護(hù)系統(tǒng)閥直流差動(dòng)保護(hù)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。

閥直流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)分為告警、閉鎖兩種，其中告警判據(jù)為：VDCDP_DIFF > 90 A，延時(shí)4 s告警(VDCDP _ALARM)；閉鎖判據(jù)為VDCDP_DIFF -0.2×IDNC> 150 A，則延時(shí)40 ms切換系統(tǒng)(VDCDP_SS)，再延時(shí)50 ms閉鎖直流(VDCDP_TRIP)。其中VDCDP_DIFF=IDP-IDNC，IDP為閥廳高壓進(jìn)線電流，采樣值來(lái)自閥廳高壓側(cè)極母線進(jìn)線光電式電流互感器P2. U. T1(ABB DOCT4000型)，IDNC為閥廳低壓出線電流，采樣值來(lái)自閥廳中性母線進(jìn)線零磁通電流互感器P2. U. T11(ABB DCCT3000型)。

鵝城換流站額定直流電流為3 000 A，P1. U. T1光電式電流互感器變比為3 kA/20 mV。P1. U. T11零磁通電流互感器變比為3 kA/1. 66 V。

由兩臺(tái)輸出精度達(dá)0.05%的高精度直流電壓源和借用的站內(nèi)光電模塊(ABB DOCT 4000型)備品，按所提方法完成試驗(yàn)接線，構(gòu)成檢驗(yàn)回路，開(kāi)展采樣通道精度檢驗(yàn)、保護(hù)動(dòng)作值檢驗(yàn)、保護(hù)動(dòng)作時(shí)序與時(shí)間檢驗(yàn)等項(xiàng)目的檢驗(yàn)工作。

6.1 采樣通道精度檢驗(yàn)

分別從P2. U. T1、P2. U. T11兩個(gè)采樣通道施加不同的激勵(lì)量，記錄下鵝城換流站站監(jiān)控系統(tǒng)顯示值，計(jì)算誤差，結(jié)果如表1、表2所示。

表1 P2. U. T1精度檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 P2. U. T11精度檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

P2. U. T1采樣精度要求：誤差≤0. 5%。P2. U. T11采樣精度要求：I≤120%，誤差≤0. 2%；120%

6.2 保護(hù)動(dòng)作值檢驗(yàn)

選擇兩個(gè)測(cè)試工況分別為額定功率即3 000 A和0. 25倍額定功率即747 A。對(duì)P2. U. T1、P2. U. T11采樣通道同時(shí)施加激勵(lì)量，模擬測(cè)試工況。

達(dá)到測(cè)試工況、確定被測(cè)保護(hù)未動(dòng)作后，逐步增大或減小P1. U. T11采樣通道的激勵(lì)量，直到極ⅡA套閥直流差動(dòng)保護(hù)告警動(dòng)作，記錄下該點(diǎn)激勵(lì)量，計(jì)算保護(hù)動(dòng)作值偏差量；繼續(xù)增大或減小P1. U. T11的激勵(lì)量，直到極ⅡA套閥直流差動(dòng)保護(hù)閉鎖動(dòng)作，記錄下該點(diǎn)激勵(lì)量，計(jì)算保護(hù)動(dòng)作值偏差量。保護(hù)告警、閉鎖動(dòng)作定值檢驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。

表3 保護(hù)告警動(dòng)作值檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 保護(hù)閉鎖動(dòng)作值檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

保護(hù)動(dòng)作值偏差要求：偏差量≤10%保護(hù)動(dòng)作定值。根據(jù)判據(jù)設(shè)置，保護(hù)告警動(dòng)作定值為90 A，保護(hù)閉鎖動(dòng)作定值為150 A。由表3、表4可知被測(cè)保護(hù)告警、閉鎖動(dòng)作定值偏差滿足要求。

6.3 保護(hù)動(dòng)作時(shí)序與時(shí)間檢驗(yàn)

選擇兩個(gè)測(cè)試工況分別為額定功率即3 000 A和0. 25倍額定功率即747A。對(duì)P2. U. T1、P2. U. T11采樣通道同時(shí)施加激勵(lì)量，模擬測(cè)試工況。

表5 保護(hù)動(dòng)作時(shí)間檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

達(dá)到測(cè)試工況、確定被測(cè)保護(hù)未動(dòng)作后，瞬間改變P1. U. T11的激勵(lì)量，確定被測(cè)保護(hù)告警、閉鎖均動(dòng)作，記錄下被測(cè)保護(hù)告警、切換系統(tǒng)、閉鎖等動(dòng)作信號(hào)的時(shí)間，計(jì)算三者時(shí)間差。保護(hù)動(dòng)作時(shí)序與時(shí)間檢驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

保護(hù)動(dòng)作時(shí)序與時(shí)間要求：保護(hù)動(dòng)作時(shí)序正確，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間偏差量≤20 ms。根據(jù)判據(jù)設(shè)置，告警動(dòng)作時(shí)間為4 s，切換系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)間為30 ms，閉鎖直流動(dòng)作時(shí)間為90 ms。切換系統(tǒng)與閉鎖信號(hào)的時(shí)間差定值為50 ms，切換系統(tǒng)與告警信號(hào)時(shí)間差定值為3 910 ms。由表5可知被測(cè)保護(hù)動(dòng)作時(shí)序與時(shí)間滿足要求。

通過(guò)上述現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)項(xiàng)目，有效地驗(yàn)證了被測(cè)直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備功能正常、性能滿足要求。

7 結(jié)束語(yǔ)

文中針對(duì)直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備投運(yùn)后定期檢驗(yàn)無(wú)法開(kāi)展的問(wèn)題，開(kāi)展了直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法的探索，結(jié)論如下：

(1)所提方法包含了光電式電流互感器通道、零磁通電流互感器通道、以及其他采樣通道的加量方法，均無(wú)需拆卸一次和保護(hù)設(shè)備，可在控制保護(hù)室內(nèi)完成，無(wú)需施加大電流或高電壓信號(hào)，安全風(fēng)險(xiǎn)小，無(wú)需解析光電協(xié)議和TDM協(xié)議，現(xiàn)場(chǎng)易實(shí)現(xiàn)；

(2)所提方法僅檢驗(yàn)被測(cè)保護(hù)設(shè)備采樣精度和邏輯正確性，不需涉及直流保護(hù)跳閘矩陣出口以及相關(guān)控制系統(tǒng)配合、設(shè)置問(wèn)題，只需對(duì)與被測(cè)保護(hù)設(shè)備相關(guān)的開(kāi)關(guān)、刀閘位置進(jìn)行軟件置數(shù)；

(3)所提方法給出判斷保護(hù)動(dòng)作正確性的方法，對(duì)各采樣通道加量的同步性要求不高；同時(shí)，將所在換流站的監(jiān)控系統(tǒng)作為現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的信號(hào)觀測(cè)裝置，無(wú)需拆裝直流系統(tǒng)二次系統(tǒng)通信線路，也不需專用數(shù)字信號(hào)采集觀測(cè)裝置；

(4)所提方法給出了直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法、項(xiàng)目與流程，并研制了具備光電式電流互感器、零磁通電流互感器加量能力的專用現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)裝置——DCPTE-001直流保護(hù)測(cè)試儀；

(5)通過(guò)在投運(yùn)已超過(guò)十年的±500 kV江城直流鵝城換流站的試點(diǎn)應(yīng)用，證明了所提方法可行。