一起直流分壓器故障導致直流系統閉鎖事故分析

胡 翔

(四川電力調度中心，四川成都 610041)

控制保護系統的正常運行是直流輸電系統正常運行的必備條件。控制保護系統的正常運行不僅取決于系統自身的軟件設計，同時與現場一次設備如DCCT、直流分壓器以及傳輸通道等多種因素密切相關，其中任意一個環節出現異常，都可能導致整個直流控制保護系統的異常。因此，在測量裝置正常的條件下，如何采取合理的系統體系結構，使直流控保系統最大程度地保持正常穩定運行是一個擺在面前的重要課題。直流分壓器作為直流輸電系統電壓的監測設備，對于整個直流系統的正常運行意義重大，由于直流分壓器的閃絡及設備原因導致的直流系統故障近幾年在中國已多次出現［1－4］，但由于直流電壓采集、監測系統的設計不合理而導致的直流輸電系統閉鎖還不多見。這里對德寶直流系統的一次由于直流分壓器系統體系結構設計不合理導致的直流輸電系統閉鎖故障進行了分析并提出改進措施，為中國直流輸電運行提供了一些經驗及借鑒。

1 故障現象及處理情況

2010年2月26日，德寶直流系統極I全壓、金屬回線1 250 MW運行，功率方向為寶雞送德陽;500 kV交流系統譚德一、二線運行正常，500 kV 1、2號母線運行正常;站用電系統1、2、3號站用變壓器運行正常，控制保護系統運行正常。

2010年2月26日20時59分，極I直流系統檢測到系統擾動，接收到“來自對站的請求降壓運行”信號，進行一次降壓再啟動成功。21時26分極I直流系統再次檢測到系統擾動，接收到“對站發出保護閉鎖指令”信號，“德寶”直流極I閉鎖。22時25分，德陽站按調度命令進行帶線路開路(OLT)試驗，22時47分，該站帶線路開路(OLT)試驗成功，最高電壓501 kV。

2 故障原因分析

2.1 直流電壓測量系統結構

德寶工程現用直流電壓互感器為Schniewindt產品，用于雙極直流系統極母線、中性母線電壓測量。其中，500 kV直流電壓互感器安裝于直流場，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，然后再串聯在一起組成，低壓部分的設計原理與高壓部分相似，并配有保護放電間隙。兩者的共同特征是取同一時間常數。低壓并聯部分的電壓作為直流放大器的輸入電壓信號，經過放大后取得與直流電壓成比例的電壓輸出，通過光纖送至控制保護屏柜內。

圖1 直流電壓測量系統體系結構圖

Schniewindt直流分壓器電壓采集傳輸由IX 9000－G2 OPDL系統完成。該系統由三個模塊組成，即遠端模塊、本地系統和模擬輸出模塊。系統結構如圖1所示。

遠端模塊(9001)安裝在直流分壓器結構上，負責現場數據采集，包括電源轉換器和相關的電源調節電路、三個裝有前置放大器和濾波器的16位模擬－數字信號轉換器(ADC)、數字控制電路以及用于回傳數據通信的LED。

本地模塊(9000)包括激光模塊、同步模塊和數據模塊。激光模塊向其所連接的遠端模塊9001提供光電源及時鐘信息;同步模塊用于提供時鐘，以保證所有遠端模塊輸入同時開始采樣。這些脈沖通過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轉換為模擬量信號，提供給極保護PPR、極控制PCP和故障錄波。

2.2 故障分析

由圖1可見，直流分壓器接口屏送至極保護PPR保護啟動和保護出口程序的信號均來自同一個遠端模塊9001傳輸過來的電壓信號，只要這一套遠端模塊9001、本地模塊9000和模擬輸出模塊9006中的某個環節出現異常，極保護PPR就會動作。

在直流輸電系統故障后，德陽站成功進行帶線路開路(OLT)試驗，說明直流線路無故障。通過對故障錄波數據進行分析，發現極母線和中性母線電壓波動較大，直流分壓器送至PCP和PPR的電壓信號存在突變現象。

綜上所述，在直流分壓器送至保護的信號不冗余的條件下，由于極保護PPR上的保護啟動和保護出口程序共用同一個遠端模塊9001傳輸過來的電壓信號，當電壓測量回路上的任何一個環節出現異常，尤其是直流分壓器電壓信號突變的情況下，直流保護啟動回路及出口程序都將判斷系統故障，并啟動閉鎖直流系統。因此，直流分壓器送至保護的信號不冗余及直流分壓器電壓信號的突變，是導致直流系統閉鎖的直接原因。

3 解決措施

針對此次事故暴露的問題，故障的根本原因在于直流分壓器送至保護的信號不冗余，因此，若直流系統保護的保護啟動與保護出口單獨各自使用相應的傳輸系統時，即使個別元件異常，也不會導致保護啟動與保護出口程序的同時出口，從而導致直流系統的閉鎖，最多也只是引起相應PPR系統退出備用，而冗余的PPR系統仍然能夠保證在真正故障出現時及時切除故障，保障直流輸電系統設備的安全。

按照上述思路對德寶直流系統的直流分壓器進行相應的冗余改造，系統結構如圖2所示。

圖2 冗余結構改造方案

由圖2可見，通過在每極直流分壓器的兩個接口柜上各增加一套IX 9000－G2 OPDL系統，即極母線直流分壓器增加兩個遠端模塊9001，中性母線直流分壓器增加兩個遠端模塊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PPR上的保護啟動和保護出口程序不再使用同一個遠端模塊9001傳輸過來的電壓信號，這樣能夠有效避免一個遠端模塊采集信號的波動造成極保護的啟動程序和出口程序同時滿足跳閘條件，增加了系統運行的穩定性。

4 結語

根據德寶直流輸電系統由于直流分壓器導致的系統閉鎖情況分析，結合直流輸電系統在電網穩定中的樞紐地位，建議在有條件的情況下慎重考慮直流控制保護系統中各個監測量的冗余策略，必要時可采取增加冗余度的方法，確保直流輸電系統運行的可靠性。

［1]吳澤輝，張鵬，左干清.高肇高壓直流系統電壓波動的分析與處理［J］.電力系統自動化，2008，32(5):104 －107.

［2]郭樹永，郝江濤.天生橋換流站高壓直流分壓器雨閃事故分析［J］.四川電力技術，2008，31(2):36 －37.

［3]陜華平.±500 kV龍泉換流站極Ⅰ極母線直流分壓器故障導致直流系統閉鎖原因分析［J］.華中電力，2010，23(2):42－44.

［4]饒洪林，姚其新，饒磊.龍泉、江陵換流站直流分壓器閃絡原因分析及對策［J］.華中電力，2010，23(1):55－57.