直流保護系統出口回路存在的問題及改進建議

朱韜析，郭衛明，何 杰

(中國南方電網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、線路造價低、控制性能好等優點，是目前發達國家作為高電壓、大容量、長距離送電和異步聯網的重要手段[1]。我國幅員遼闊，能源分布不均，能源基地與負荷中心之間距離較長，因此，近年來，直流輸電以其經濟和技術上的優勢，在我國遠距離大容量輸電和大區聯網中得到越來越廣泛的應用[2-6]。

經過多個直流輸電工程的實踐，直流輸電工程國產化水平不斷提高[7]，但高壓直流輸電設計技術還不夠成熟，如我國南方多條直流輸電系統仍主要沿用外方設計[8]，運行中發現外方設計的直流保護系統出口回路存在較大缺陷，甚至引起了直流輸電系統停運。本文將結合實例分析直流保護系統出口回路存在的問題，提出改進建議。

1 交、直流保護系統出口回路比較

我國南方多條直流輸電系統保護均采用“三取二”出口邏輯，即3套直流保護系統的保護動作信號經“三取二”模塊[9]處理后，出口信號經出口繼電器的輔助節點分別送至極控、換流變保護系統，“三取二”邏輯如圖1所示。

直流保護系統出口回路的壓板與傳統交流保護的設置有所區別，如圖2所示。它將同一出口設備的所有保護出口繼電器輔助節點并聯在正電源側，然后經一個壓板接入正電源。而傳統的交流保護出口回路不僅將各保護出口繼電器輔助節點分別接入正電源，并且將出口壓板設置在輔助節點的負電源側，如圖3所示。

顯然，保護出口繼電器誤動將直接造成設備誤出口，而造成保護出口繼電器誤動的主要原因包括開關場操作空間電磁干擾[10-12]、斷開直流回路電感線圈對直流系統的干擾、雷電干擾、工頻干擾、直流系統接地干擾、交流電串入直流系統干擾等[13]。

2 直流保護系統出口回路典型異常事故

在我國南方直流輸電系統中，直流保護出口繼電器的故障曾多次造成直流輸電系統誤停運，直流保護系統出口回路典型異常事故有：

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

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

（3）2009年5月8日，某直流輸電系統雙極運行期間，在逆變側極2直流保護系統2完成檢修并投入壓板期間，極2閉鎖。檢查后發現極2直流保護系統2送極控的“閉鎖”出口繼電器工況不穩定，投入壓板瞬間，繼電器輔助節點副邊側產生了一定的電壓，從而啟動極控內的閉鎖程序。

停電后，進行了投入壓板試驗，此時故障繼電器輔助節點原邊及副邊側電壓錄波如圖4所示。

由圖4可知，投入壓板瞬間，故障繼電器副邊側的輔助節點上產生了一定的電壓，且持續時間較長，而極控收到直流保護系統的“閉鎖”請求超過2 ms就會閉鎖相應極。

更換故障繼電器后，進行同樣的試驗，相應電壓波形錄波如圖5所示。

由圖5可知，雖然在投入壓板瞬間，繼電器輔助節點副邊側仍有感應電壓，但均為持續時間較短的瞬時脈沖，這些瞬時干擾可以通過極控內的軟件濾除，不會造成誤動。

3 直流保護系統出口回路問題及改進建議

直流保護系統出口繼電器故障率較高，一方面與產品質量有關，另一方面與直流保護系統出口回路的結構也有關。

（1）與傳統交流保護出口回路相比，直流保護系統出口回路的壓板設置在繼電器輔助節點的正電源側，每次投退壓板都相當于投入、切斷繼電器電源，這必然會對繼電器造成沖擊，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某繼電器輔助節點的電壓錄波，顯然，退出壓板期間，繼電器同樣也會受到反復沖擊。

（2）每次投入直流保護系統出口回路的壓板瞬間，繼電器輔助節點原邊側所承受的電壓都將出現過沖，脈沖幅值和持續時間均與操作快慢有關，而這些脈沖可能在副邊側感應出一定的電壓。圖7為正常情況下某次投入壓板時某繼電器輔助節點的電壓錄波，顯然，這次投入狀況極其惡劣，不僅對繼電器本身造成較大沖擊，甚至可能誤送動作信號。

如果參考傳統的交流保護出口回路，將直流保護系統的壓板設置在繼電器輔助節點的副邊側，則可以避免投退壓板時造成的直流電源投切對繼電器的沖擊。同時，在投入壓板時，還可以通過測量上壓板的電壓情況檢查繼電器節點工況是否正常，從而避免因繼電器故障造成投入壓板時誤出口。

4 結論

目前，我國高壓直流輸電系統的主要設計還是沿用外方設計，但實際上，外方的許多設計相對我國傳統的交流保護有很多不足，如本文所述的南方多條直流輸電工程的直流保護系統出口回路，將同一出口設備的所有保護出口繼電器輔助節點均并聯在正電源側，然后通過同一壓板連接至正電源，這一結構將導致投切壓板操作對保護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出口繼電器輔助接點副邊側可能出現感應電壓，從而導致誤出口。雖然我國高壓直流輸電技術還不十分成熟，但直流輸電技術國產化并不等同于全盤吸收，而應該結合我國傳統交流保護的優點，進一步完善高壓直流輸電技術，建議借鑒我國傳統交流保護出口回路對直流保護系統出口回路進行改造。

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