一起直流分壓器故障導(dǎo)致直流系統(tǒng)閉鎖事故分析

胡 翔

(四川電力調(diào)度中心，四川成都 610041)

控制保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行是直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行的必備條件。控制保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行不僅取決于系統(tǒng)自身的軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備如DCCT、直流分壓器以及傳輸通道等多種因素密切相關(guān)，其中任意一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，都可能導(dǎo)致整個(gè)直流控制保護(hù)系統(tǒng)的異常。因此，在測(cè)量裝置正常的條件下，如何采取合理的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，使直流控保系統(tǒng)最大程度地保持正常穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)擺在面前的重要課題。直流分壓器作為直流輸電系統(tǒng)電壓的監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)于整個(gè)直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行意義重大，由于直流分壓器的閃絡(luò)及設(shè)備原因?qū)е碌闹绷飨到y(tǒng)故障近幾年在中國(guó)已多次出現(xiàn)［1－4］，但由于直流電壓采集、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致的直流輸電系統(tǒng)閉鎖還不多見(jiàn)。這里對(duì)德寶直流系統(tǒng)的一次由于直流分壓器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的直流輸電系統(tǒng)閉鎖故障進(jìn)行了分析并提出改進(jìn)措施，為中國(guó)直流輸電運(yùn)行提供了一些經(jīng)驗(yàn)及借鑒。

1 故障現(xiàn)象及處理情況

2010年2月26日，德寶直流系統(tǒng)極I全壓、金屬回線1 250 MW運(yùn)行，功率方向?yàn)閷氹u送德陽(yáng);500 kV交流系統(tǒng)譚德一、二線運(yùn)行正常，500 kV 1、2號(hào)母線運(yùn)行正常;站用電系統(tǒng)1、2、3號(hào)站用變壓器運(yùn)行正常，控制保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行正常。

2010年2月26日20時(shí)59分，極I直流系統(tǒng)檢測(cè)到系統(tǒng)擾動(dòng)，接收到“來(lái)自對(duì)站的請(qǐng)求降壓運(yùn)行”信號(hào)，進(jìn)行一次降壓再啟動(dòng)成功。21時(shí)26分極I直流系統(tǒng)再次檢測(cè)到系統(tǒng)擾動(dòng)，接收到“對(duì)站發(fā)出保護(hù)閉鎖指令”信號(hào)，“德寶”直流極I閉鎖。22時(shí)25分，德陽(yáng)站按調(diào)度命令進(jìn)行帶線路開(kāi)路(OLT)試驗(yàn)，22時(shí)47分，該站帶線路開(kāi)路(OLT)試驗(yàn)成功，最高電壓501 kV。

2 故障原因分析

2.1 直流電壓測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

德寶工程現(xiàn)用直流電壓互感器為Schniewindt產(chǎn)品，用于雙極直流系統(tǒng)極母線、中性母線電壓測(cè)量。其中，500 kV直流電壓互感器安裝于直流場(chǎng)，50 kV直流電壓互感器安裝于閥廳。直流分壓器由高壓部分和低壓部分組成。

高壓部分是一些電阻和電容先并聯(lián)，然后再串聯(lián)在一起組成，低壓部分的設(shè)計(jì)原理與高壓部分相似，并配有保護(hù)放電間隙。兩者的共同特征是取同一時(shí)間常數(shù)。低壓并聯(lián)部分的電壓作為直流放大器的輸入電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大后取得與直流電壓成比例的電壓輸出，通過(guò)光纖送至控制保護(hù)屏柜內(nèi)。

圖1 直流電壓測(cè)量系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

Schniewindt直流分壓器電壓采集傳輸由IX 9000－G2 OPDL系統(tǒng)完成。該系統(tǒng)由三個(gè)模塊組成，即遠(yuǎn)端模塊、本地系統(tǒng)和模擬輸出模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

遠(yuǎn)端模塊(9001)安裝在直流分壓器結(jié)構(gòu)上，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，包括電源轉(zhuǎn)換器和相關(guān)的電源調(diào)節(jié)電路、三個(gè)裝有前置放大器和濾波器的16位模擬－數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)字控制電路以及用于回傳數(shù)據(jù)通信的LED。

本地模塊(9000)包括激光模塊、同步模塊和數(shù)據(jù)模塊。激光模塊向其所連接的遠(yuǎn)端模塊9001提供光電源及時(shí)鐘信息;同步模塊用于提供時(shí)鐘，以保證所有遠(yuǎn)端模塊輸入同時(shí)開(kāi)始采樣。這些脈沖通過(guò)后面板傳輸給激光模塊。

模擬輸出模塊(9006)把本地模塊輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)，提供給極保護(hù)PPR、極控制PCP和故障錄波。

2.2 故障分析

由圖1可見(jiàn)，直流分壓器接口屏送至極保護(hù)PPR保護(hù)啟動(dòng)和保護(hù)出口程序的信號(hào)均來(lái)自同一個(gè)遠(yuǎn)端模塊9001傳輸過(guò)來(lái)的電壓信號(hào)，只要這一套遠(yuǎn)端模塊9001、本地模塊9000和模擬輸出模塊9006中的某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，極保護(hù)PPR就會(huì)動(dòng)作。

在直流輸電系統(tǒng)故障后，德陽(yáng)站成功進(jìn)行帶線路開(kāi)路(OLT)試驗(yàn)，說(shuō)明直流線路無(wú)故障。通過(guò)對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)極母線和中性母線電壓波動(dòng)較大，直流分壓器送至PCP和PPR的電壓信號(hào)存在突變現(xiàn)象。

綜上所述，在直流分壓器送至保護(hù)的信號(hào)不冗余的條件下，由于極保護(hù)PPR上的保護(hù)啟動(dòng)和保護(hù)出口程序共用同一個(gè)遠(yuǎn)端模塊9001傳輸過(guò)來(lái)的電壓信號(hào)，當(dāng)電壓測(cè)量回路上的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，尤其是直流分壓器電壓信號(hào)突變的情況下，直流保護(hù)啟動(dòng)回路及出口程序都將判斷系統(tǒng)故障，并啟動(dòng)閉鎖直流系統(tǒng)。因此，直流分壓器送至保護(hù)的信號(hào)不冗余及直流分壓器電壓信號(hào)的突變，是導(dǎo)致直流系統(tǒng)閉鎖的直接原因。

3 解決措施

針對(duì)此次事故暴露的問(wèn)題，故障的根本原因在于直流分壓器送至保護(hù)的信號(hào)不冗余，因此，若直流系統(tǒng)保護(hù)的保護(hù)啟動(dòng)與保護(hù)出口單獨(dú)各自使用相應(yīng)的傳輸系統(tǒng)時(shí)，即使個(gè)別元件異常，也不會(huì)導(dǎo)致保護(hù)啟動(dòng)與保護(hù)出口程序的同時(shí)出口，從而導(dǎo)致直流系統(tǒng)的閉鎖，最多也只是引起相應(yīng)PPR系統(tǒng)退出備用，而冗余的PPR系統(tǒng)仍然能夠保證在真正故障出現(xiàn)時(shí)及時(shí)切除故障，保障直流輸電系統(tǒng)設(shè)備的安全。

按照上述思路對(duì)德寶直流系統(tǒng)的直流分壓器進(jìn)行相應(yīng)的冗余改造，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 冗余結(jié)構(gòu)改造方案

由圖2可見(jiàn)，通過(guò)在每極直流分壓器的兩個(gè)接口柜上各增加一套IX 9000－G2 OPDL系統(tǒng)，即極母線直流分壓器增加兩個(gè)遠(yuǎn)端模塊9001，中性母線直流分壓器增加兩個(gè)遠(yuǎn)端模塊9001，直流分壓器接口柜A和直流分壓器接口柜B上分別增加一套本地模塊9000和模擬輸出模塊9006，極保護(hù)PPR上的保護(hù)啟動(dòng)和保護(hù)出口程序不再使用同一個(gè)遠(yuǎn)端模塊9001傳輸過(guò)來(lái)的電壓信號(hào)，這樣能夠有效避免一個(gè)遠(yuǎn)端模塊采集信號(hào)的波動(dòng)造成極保護(hù)的啟動(dòng)程序和出口程序同時(shí)滿足跳閘條件，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)德寶直流輸電系統(tǒng)由于直流分壓器導(dǎo)致的系統(tǒng)閉鎖情況分析，結(jié)合直流輸電系統(tǒng)在電網(wǎng)穩(wěn)定中的樞紐地位，建議在有條件的情況下慎重考慮直流控制保護(hù)系統(tǒng)中各個(gè)監(jiān)測(cè)量的冗余策略，必要時(shí)可采取增加冗余度的方法，確保直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

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