基于MACH2系統(tǒng)非電量“三取二”保護(hù)的工程實(shí)現(xiàn)

【摘要】本文對(duì)MACH2系統(tǒng)非電量“三取二”保護(hù)進(jìn)行了研究分析，通過(guò)與現(xiàn)有的幾種非電量保護(hù)進(jìn)行對(duì)比分析，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，提出在江陵換流站進(jìn)行非電量保護(hù)改造，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行證明了方法的可行性。

【關(guān)鍵詞】非電量保護(hù);單重化;雙重化;三取二

1.引言

換流變壓器和平波電抗器是高壓直流輸電系統(tǒng)的核心設(shè)備，除了設(shè)置電量保護(hù)作為保護(hù)，同時(shí)還設(shè)備了數(shù)量眾多的非電量保護(hù)。非電量保護(hù)作為換流變和平抗的重要保護(hù)，可直接出口跳閘，其可靠性尤為重要，處理非電量保護(hù)的優(yōu)化設(shè)置問(wèn)題有利于提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性[1]。

為了提高換流站非電量保護(hù)的可靠性，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技術(shù)部要求，湖北電力公司在2012年對(duì)江陵換流站實(shí)施了非電量保護(hù)的三取二改造。通過(guò)對(duì)已有的幾種非電量保護(hù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析對(duì)比，并結(jié)合江陵換流站的實(shí)際情況，確定了完全雙重化的功能三取二保護(hù)方案，實(shí)現(xiàn)了江陵站換流變和平抗設(shè)備的瓦斯、油流等非電量繼電器的三取二改造。實(shí)現(xiàn)“三取二”保護(hù)方案極大地提高了高壓直流輸電系統(tǒng)的可靠性，有效降低了換流站非計(jì)劃停電的幾率。

2.現(xiàn)有的幾種非電量保護(hù)配置方案

（1）非電量保護(hù)單重化方案

在早期的高壓直流輸電工程中，對(duì)設(shè)備非電量保護(hù)的重要性認(rèn)識(shí)不足，設(shè)備的非電量保護(hù)主要是采用單重化的保護(hù)設(shè)計(jì)。圖1為單重化保護(hù)的原理圖。

圖1 單重化保護(hù)的原理圖

單重化保護(hù)配置方案中，從設(shè)備非電量繼電器（如換流變本體瓦斯繼電器）接點(diǎn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)入非電量保護(hù)裝置，經(jīng)過(guò)保護(hù)裝置重動(dòng)后出口跳閘及報(bào)警信號(hào)。

單重化保護(hù)配置存在明顯的缺點(diǎn)：

1）非電量繼電器單一接點(diǎn)的誤動(dòng)將導(dǎo)致跳閘出口，引起直流系統(tǒng)非計(jì)劃停運(yùn)。

2）任意單一保護(hù)元件（如繼電器、非電量保護(hù)裝置、信號(hào)電纜等）的故障，將導(dǎo)致直流系統(tǒng)的拒動(dòng)或誤動(dòng)。

國(guó)家電網(wǎng)公司統(tǒng)計(jì)了2002年以來(lái)高壓直流輸電工程因換流變壓器非電量保護(hù)誤動(dòng)導(dǎo)致直流系統(tǒng)非計(jì)劃停運(yùn)的情況，統(tǒng)計(jì)研究結(jié)果表明，換流變壓器非電量保護(hù)誤動(dòng)的重要原因之一就是非電量保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)不合理，缺乏防止誤動(dòng)的措施[2]。

（2）非電量保護(hù)雙重化方案

由于單重化保護(hù)配置在實(shí)際運(yùn)行中存在明顯的缺陷，因此高壓直流輸電工程一般采用非電量保護(hù)雙重化配置方案。非電量保護(hù)雙重化方案的原理圖如圖2所示。

圖2 雙重化保護(hù)的原理圖

雙重化保護(hù)配置方案中，利用擴(kuò)展繼電器對(duì)設(shè)備非電量繼電器的接點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展，分別送至兩套獨(dú)立的非電量保護(hù)裝置，兩套獨(dú)立的非電量保護(hù)裝置對(duì)繼電器接點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷并出口跳閘和報(bào)警信號(hào)。

雙重化保護(hù)配置比單重化保護(hù)裝置增加了一套保護(hù)裝置，使得保護(hù)防拒動(dòng)的水平得到了極大的提高。

（3）非電量三取二保護(hù)方案

直流系統(tǒng)的重要性要求保護(hù)具有極高的防誤動(dòng)和拒動(dòng)的能力[3]，而“三取二”保護(hù)邏輯具有較高的可靠性，因此在目前的高壓直流輸電系統(tǒng)中非電量保護(hù)更多地使用“三取二”配置方案。在“三取二”保護(hù)配置方案中，設(shè)備的非電量繼電器至少提供三副獨(dú)立的跳閘接點(diǎn)，保護(hù)裝置對(duì)接點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行判斷，三副接點(diǎn)中至少有兩副接點(diǎn)動(dòng)作，才出口跳閘。

采用“三取二”保護(hù)方案，當(dāng)一副接點(diǎn)誤動(dòng)作時(shí)，保護(hù)并不出口跳閘，因此能有效防止保護(hù)誤動(dòng)。當(dāng)其中一副接點(diǎn)因故障而不動(dòng)作，此時(shí)如果另外兩副接點(diǎn)正常動(dòng)作，保護(hù)仍能正確出口跳閘，因此能有效地防止保護(hù)拒動(dòng)。

目前工程中采用的典型的“三取二”保護(hù)方案分為出口三取二和功能三取二兩類(lèi)。

1） 出口三取二

出口三取二的原理圖如圖3所示。在出口三取二保護(hù)配置方案中，設(shè)備的每一個(gè)非電量繼電器（如換流變的本體瓦斯繼電器和有載調(diào)壓瓦斯繼電器等）提供三副跳閘接點(diǎn)，每副接點(diǎn)信號(hào)分別上送至三套同樣的非電量保護(hù)裝置中，每一臺(tái)保護(hù)裝置對(duì)每個(gè)繼電器發(fā)送的一副接點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行開(kāi)入處理并出口保護(hù)。在三臺(tái)保護(hù)裝置的出口配置有“三取二”模塊，對(duì)三臺(tái)保護(hù)裝置的出口信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，若同時(shí)有兩臺(tái)保護(hù)裝置出口跳閘，則出口跳閘。

圖3 出口三取二保護(hù)的原理圖

2）功能三取二

功能三取二的原理圖如圖4所示。在功能三取二保護(hù)配置方案中，設(shè)備的每一個(gè)非電量繼電器提供三副跳閘接點(diǎn)，設(shè)備所有繼電器的三副跳閘接點(diǎn)同時(shí)上送至“三取二”非電量保護(hù)裝置。保護(hù)裝置對(duì)開(kāi)入的接點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，只有當(dāng)同一個(gè)非電量信號(hào)的三副接點(diǎn)中至少有兩副接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，保護(hù)裝置才出口跳閘。

圖4 功能三取二保護(hù)的原理圖

與出口三取二方案相比，功能三取二方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

可靠性更高。兩種方案均能有效防止同一繼電器其中一副接點(diǎn)誤動(dòng)作而導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)作。但是當(dāng)設(shè)備兩臺(tái)不同的繼電器同時(shí)有一副接點(diǎn)因故障而誤動(dòng)作時(shí)，出口三取二會(huì)發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)作，而功能三取二不會(huì)因此而誤動(dòng)作，因此放誤動(dòng)的可靠性更高。

因此在實(shí)際工程應(yīng)用中普遍采用功能三取二方案。

實(shí)際工程中，為體現(xiàn)換流變壓器非電量保護(hù)的靈敏性、選擇性、可維護(hù)性和高可靠性，一般采用完全雙重化的“三取二”邏輯保護(hù)配置方案。基于功能三取二的完全雙重化三取二方案的原理圖如圖5所示。

圖4 電源三重化保護(hù)的原理圖

使用完全雙重化三取二方案，非電量保護(hù)的三副接點(diǎn)同時(shí)分別送入兩套相同的三取二非電量保護(hù)裝置，兩套保護(hù)裝置獨(dú)立進(jìn)行三取二判斷，并出口保護(hù)信號(hào)。當(dāng)其中一套三取二非電量保護(hù)裝置發(fā)生故障拒動(dòng)，另一套保護(hù)裝置仍能正確出口保護(hù)，能有效防止保護(hù)拒動(dòng)。

3.工程應(yīng)用

江陵換流站非電量三取二改造方案：

進(jìn)行非電量保護(hù)改造前，江陵換流站的換流變、平波電抗器等設(shè)備的非電量保護(hù)存在瓦斯繼電器可靠性差、油流繼電器存在誤動(dòng)隱患等問(wèn)題。另外換流變、平抗非電量繼電器僅有兩副跳閘接點(diǎn)，繼電器的任一跳閘接點(diǎn)動(dòng)作均使會(huì)直接出口，繼電器和裝置故障導(dǎo)致單極閉鎖風(fēng)險(xiǎn)較大。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技術(shù)部要求，湖北電力公司在2012年換流站年度大修期間，實(shí)施江陵換流站非電量保護(hù)改造。

圖5 改造前非電量保護(hù)圖

圖6 改造后非電量保護(hù)圖

為提高瓦斯和油流繼電器動(dòng)作可靠性，江陵換流站計(jì)劃更換為具有三副獨(dú)立跳閘接點(diǎn)的瓦斯和油流繼電器，采用三取二出口模式，從源頭及保護(hù)邏輯兩方面徹底消除非電量保護(hù)繼電器單一接點(diǎn)故障誤動(dòng)隱患。

改造中計(jì)劃對(duì)原有的繼電器進(jìn)行更換，對(duì)非電量保護(hù)邏輯進(jìn)行改造，包括回路改造、增加板卡、更改程序?qū)崿F(xiàn)三取二功能。

改造前的非電量保護(hù)原理圖如圖5所示。改造前設(shè)備非電量繼電器有兩副跳閘接點(diǎn)，上送ETCS（Electronic Transformer Control System），經(jīng)保護(hù)邏輯判斷后，上送極控制保護(hù)屏PCP，出口跳閘和報(bào)警。其中任何一副接點(diǎn)動(dòng)作，保護(hù)都將出口跳閘。

改造后的非電量保護(hù)原理圖如圖6所示。改造后設(shè)備非電量繼電器有三副跳閘接點(diǎn)，接點(diǎn)信號(hào)上送ETCS，在ETCS內(nèi)經(jīng)過(guò)三取二邏輯判斷，只有當(dāng)繼電器的至少兩副接點(diǎn)動(dòng)作，才上送跳閘信號(hào)至PCP，出口跳閘和報(bào)警。繼電器僅一副接點(diǎn)動(dòng)作，保護(hù)不出口跳閘。

4.總結(jié)

高壓直流輸電中換流變和平抗等設(shè)備的非電量保護(hù)“三取二”方案，能有效降低非電量保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)的概率，是現(xiàn)階段高壓直流輸電系統(tǒng)非電量保護(hù)冗余方式的較好選擇。

通過(guò)對(duì)已有的幾種非電量保護(hù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析對(duì)比，并結(jié)合江陵換流站的實(shí)際情況，對(duì)江陵已有的非電量保護(hù)進(jìn)行了三取二改造，大大降低了換流站非電量保護(hù)非計(jì)劃停運(yùn)概率，增加了直流系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，確保了跨區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]曹志輝，彭春燕.變壓器非電量問(wèn)題分析[J].變壓器，2010，

47（8）：51-54.

[2]楊振東，寧波，譚靜.換流變壓器非電量保護(hù)誤動(dòng)原因分析及解決措施[J].華中電力，2010，23（5）：52-55.

[3]Bie Z H.Integration ofAlgorithmic and Heuristic Tech2niques forTransition2optimised Voltage andReactive Pow2erControl[J].IEEE Proceedings on Gener， Transm andDistrib，2006.

作者簡(jiǎn)介：曹亮（1975—），男，工程師，長(zhǎng)期從事直流控制保護(hù)系統(tǒng)的研究工作。