特高壓直流輸電交流濾波器小組檢修功能的設計

羅 磊，盛 琰，黃金海，周玉勇，崔佳佳

（1.許繼電氣直流輸電公司，河南 許昌 461000；2.許繼儀表有限公司，河南 許昌 461000）

特高壓直流輸電交流濾波器小組檢修功能的設計

羅 磊1，盛 琰2，黃金海1，周玉勇1，崔佳佳1

（1.許繼電氣直流輸電公司，河南 許昌 461000；2.許繼儀表有限公司，河南 許昌 461000）

介紹了特高壓直流輸電工程交流濾波器保護系統的發展，結合溪浙工程特高壓直流輸電交流濾波器的特點及工程現場實際運行需求，針對交流濾波器小組光電流互感器的硬件特性，通過許繼自主開發的軟件平臺，設計交流濾波器小組檢修功能。闡述交流濾波器大組集中化配置中小組光電流互感器故障時，檢修功能的實現方法。交流濾波器小組檢修功能，對于大負荷運行的特高壓直流系統十分必要，可增強系統的可靠性。

特高壓直流輸電；交流濾波器；光電流互感器；集中化配置；檢修

交流濾波器是特高壓直流輸電系統中的重要設備之一，不僅給系統提供必要的無功，還可以根據靈活的配置濾除諧波［1－2］。

直流輸電工程中交流濾波器保護系統最初為濾波器大組保護和小組保護分別獨立配置，硬件軟件完全獨立，測量系統與保護系統為常規冗余的雙重化配置［3－4］。隨著直流輸電系統工程不斷發展，國內專家根據工程經驗積累，結合工程實際情況，不斷完善交流濾波器保護系統。現今交流濾波器保護系統大多為大組集中化配置，集中化配置是由1臺保護設備完成大組保護與小組保護，而測量系統與保護系統為“啟動＋動作”雙重化［5］。

溪浙特高壓直流輸電工程是以國家電網許繼集團自主研發的DPS－3000系統為核心建立起來的，其HCM3000控制保護主機能夠完成交流濾波器保護系統集中化配置，做到硬件與軟件完全獨立的“啟動＋動作”雙重化［6－8］。

交流濾波器保護系統大組集中化配置減少了屏柜及設備的使用量，減少了電纜的敷設，大大節約了成本，但集中化配置在工程應用上也帶來了一些隱患。交流濾波器小組首端光電流互感器（簡稱光TA）測量設備故障時，既影響濾波器小組保護，又影響濾波器大組保護。通過對交流濾波器保護軟件研究開發與不斷完善，并結合工程現場實際運行情況，設計并實現交流濾波器保護系統小組檢修功能。該功能增強了特高壓直流系統的可靠性，同時利于運行與檢修人員對交流濾波器設備的運行與維護。

本文將對交流濾波器保護系統、溪浙工程實際運行需求、小組檢修功能設計與實現3個方面分析交流濾波器保護增加小組檢修功能的必要性。

1 交流濾波器保護系統

交流濾波器保護系統需完成對交流母線引線及濾波器大組內所有設備的保護。保護系統為“啟動＋動作”雙重化配置，雙重化配置的2套系統互為冗余，又相互獨立。

溪浙特高壓直流輸電工程交流濾波器2套保護主機簡稱為AFPA、AFPB。主機正常工作狀態為ACTIVE，當有風扇故障、LAN網通信故障等情況，保護主機會向后臺發送輕微故障信號，此時只有告警，保護系統仍可用。若系統存在自檢故障、系統通信故障、光TA故障時，保護主機向后臺發送嚴重故障信號，此時保護系統退出運行。

后臺系統SCADA界面顯示主機狀態如圖1所示，SCADA界面便于運行人員監測主機狀態。綠色方框表示保護主機為ACTIVE，黃色圓圈表示保護主機為輕微故障，紅色圓圈表示保護主機為嚴重故障。若系統同時存在輕微故障和嚴重故障時，后臺系統判斷故障嚴重等級，以嚴重故障紅色圓圈顯示。

圖1 交流濾波器保護主機狀態

集中化配置的交流濾波器保護系統需完成濾波器大組保護及區域內各小組的保護。而交流濾波器保護中大組差動保護及各小組的保護都需用小組光TA參與保護邏輯判斷，如圖2所示。

圖2 交流濾波器保護系統配置

若小組首端光TA的A套測量設備的自身監測機制檢測到故障后，通過特殊總線協議將故障狀態字送至保護主機AFPA，保護主機AFPA接收到該TA故障狀態后，程序邏輯將該TA相關的本套大組差動保護及小組相關保護退出，并給后臺系統發送嚴重故障信號，該套保護主機退出運行。此時該大組保護只有單套保護主機AFPB起作用，直到檢修人員將故障處理完畢。這是交流濾波器保護系統對小組首端光TA監視及檢測機制的基本功能。

2 溪浙工程實際運行需求

直流輸電在發電領域的作用越來越大，僅就上海市來說，多個直流輸電線路的引入總功率就占上海市總用電量的10%以上［9］，要求直流系統能夠經常滿負荷運行。溪浙工程從2014年6月投運以來，大部分時間都處于滿負荷運行狀態。當直流系統處于滿負荷運行時，交流濾波器大組需要對直流系統進行的無功補償將非常大，除去備用的濾波器小組外，其余小組均處于工作狀態。

對于雙重化保護系統，雖然交流濾波器保護有“啟動＋動作”的出口機制作為雙保險，但保護主機只有2套，硬件故障、通信故障等發生的可能性也存在。一次設備無保護運行是不允許的，所以1套保護主機因嚴重故障退出運行后，只有單套保護主機運行的系統不是非常可靠。

光TA測量設備安裝于戶外，設備故障后，運行人員和設備廠家檢查或更換需要耗費大量時間，這就造成了交流濾波器單套保護可能長期運行。一旦運行單套保護主機也發生嚴重故障退出保護，濾波器大組將處于無保護運行狀態，運行人員將按運行維護要求執行手動切除該濾波器大組操作。若直流系統處于滿負荷運行、備用濾波器小組又不足以完成補償時，只能采取降功率運行，嚴重影響送電用電。

溪浙工程前期交流場調試過程中，發生光TA設備或配套光纖損壞情況，不僅影響正常調試進度，而且為正式投運帶來隱患。根據工程實際運行狀況，迫切需要增加交流濾波器小組檢修功能。

當該小組首端光TA測量設備發生故障后，交流濾波器小組檢修功能需實現：①保護主機可用，能手動切換至非嚴重故障狀態；②保護主機退出相關小組保護，不影響大組內其他小組的運行，該大組保護仍可用；③待故障設備檢查或更換完畢后，能進行光TA注流試驗且不會使大組差動保護誤動。

3 交流濾波器小組檢修功能設計與實現

如圖3所示，原保護系統接收到光TA故障信號后，退出相關保護，并給后臺OWS系統上送嚴重故障信號，該套保護主機退出運行。

圖3 原保護系統光TA故障邏輯

作為保護系統，此設計方案本身并無問題，但結合工程應用會有一定的運行維護風險。

a.檢測或更換光TA設備的周期較長，可能造成單套保護長期運行。一旦正在運行的單套保護出現故障，可能對直流系統造成較大影響。

b.光TA設備更換后均需要進行注流試驗，一定會造成母線電流和小組電流的不平衡，差流過大時，有可能引起大組差動保護誤動。

為避免上述情況產生，硬件設計增加小組檢修壓板，軟件設計根據小組檢修壓板信號對光TA故障后的處理措施進行了改進。

程序中增加多處信號選擇功能，結合小組檢修壓板的觸發信號，將多個壓板的信號進行分別處理，增加主機狀態上送后臺OWS的選擇信號，增加濾波器小組高端光TA電流的選擇信號。

當小組首端光TA測量設備故障后，暫時退出本濾波器小組保護、本濾波器大組保護、保護主機向后臺OWS報嚴重故障信號。運行人員確認為小組首端光TA故障后，將互為冗余的2套保護屏柜故障小組壓板均打到檢修狀態。

如圖4所示，保護主機接收到故障小組壓板的置位信號后，通過選擇器將小組光TA故障信號1切換為0，送至主機的狀態判斷，此時主機退出嚴重故障，保護主機可用。

圖4 軟件實現組圖1

如圖5所示，保護主機接收到故障小組壓板的置位信號后，與其他輕微故障通過或邏輯送至主機狀態判斷，此時主機切換為輕微故障，保護主機可用。

圖5 軟件實現組圖2

如圖6所示，保護主機接收到故障小組濾波器壓板的置位信號后，將故障濾波器小組的光TA電流從現有數值置為0后用于大組差動保護的計算。此時，不會因為濾波器小組高端光TA電流的不正確采樣影響大組差動保護功能判斷，同時，若需要更換該濾波器小組高端光TA并進行注流試驗時，不會使大組差動保護誤動。

圖6 軟件實現組圖3

檢修壓板投入后，后臺SCADA界面接收到的主機狀態如圖7所示，AFPB交流濾波器保護主機從嚴重故障切換為輕微故障。

圖7 檢修壓板投入后交流濾波器保護主機狀態

如圖8所示，濾波器小組首端光TA故障后，通過該小組檢修壓板的投入，配置小組檢修功能邏輯框圖。通過軟件中一系列的邏輯判斷，完整實現交流濾波器小組檢修功能。

圖8 改進后的保護系統光TA故障檢測邏輯

設計還考慮到檢修過程中若本濾波器大組中再有其他小組首端光TA測量設備也發生故障的處理情況。

當有1臺濾波器小組高端光TA故障處于檢修狀態時，又有本大組濾波器中其他小組高端光TA也發生故障，如圖4所示，保護主機收到故障信號后，執行邏輯判斷再次退出大組保護，將嚴重故障信號送至后臺，直到運行人員確認故障原因后，將相關光TA濾波器小組壓板投到檢修狀態，濾波器大組保護可用，主機將嚴重故障信號切換為輕微故障信號送至后臺。

檢修人員進行首端光TA測量設備的檢修與測試，檢修工作完成并確認設備完好后，光TA故障信號消失，此時將小組檢修壓板退出，檢修壓板退出信號將使保護主機狀態由輕微故障轉為ACTIVE，所有保護均正常投入運行。

小組檢修功能的實現，可有效減小設備故障對系統運行的影響范圍，提高系統的可靠性，同時也有利于運檢人員對一次設備的檢修維護。

4 結束語

特高壓直流輸電交流濾波器保護小組檢修功能的設計與實現，是對一次設備運行特性的有效補充。增強系統可靠性的同時，大大提升了運行操作人員應對問題的可選擇性，尤其直流系統大負荷運行時交流濾波器小組一次設備出現故障后，運檢人員可采取更有針對性的措施。

此次設計首次應用于溪浙特高壓直流輸電工程交流濾波器保護中，工程于2014年6月順利投入商業運行。試運行階段曾出現過濾波器小組首端光TA測量設備故障的情況，運檢人員根據操作規范，可正確無誤地實現交流濾波器保護小組檢修功能。

交流濾波器保護小組檢修功能的設計是針對一次設備缺陷的補救措施。在特高壓直流輸電重要性越來越高的今天，國內二次繼電保護設計越來越穩定、可靠。

［1］趙婉君.高壓直流輸電工程技術［M］.北京：中國電力出版社，2004.

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［4］黃金海，馮 雷，李曼麗，等.糯扎渡送電廣東特高壓直流輸電工程直流濾波器C1不平衡保護研究［J］.電力系統保護與控制，2012，40（15）：46－51.

［5］吳慶范，黃金海，張愛玲，等.一種新型三取二邏輯裝置及配置策略在高嶺背靠背擴建工程中的應用［J］.電力系統保護與控制，2014，42（2）：121－126.

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［8］王 徭.特高壓直流輸電控制與保護技術的研究［J］.電力系統保護與控制，2009，37（15）：53－58，64.

［9］姜 升.特高壓直流年度輸送電量突破300億kWh——國網運行公司強化換流站運維與檢修［N］.國家電網報，2013－09－04.

Design on AC Filter Sub?bank Maintenance Function in UHVDC System

LUO Lei1，SHENG Yan2，HUANG Jin?hai1，ZHOU Yu?yong1，CUI Jia?jia1
（1.HVDC Department of Xuji，Xuchang，Henan 461000，China；2.Xuji Meter Co.，Ltd.，Xuchang，Henan 461000，China）

The development of AC filter protection system in ultra?high voltage direct current（UHVDC）is described in this paper based on the characteristics of UHVDC transmission AC filter and actual requirement of project field.For the AC filter sub?bank hard?ware features of optical current transformer，by applying the Xuji self?developed software platform，AC filter sub?bank maintenance function is designed.When the AC filter bank of centralized configuration，sub?bank of optical current transformer fault，the realization method of the maintenance function are expounded.AC filter sub?bank maintenance function is very necessary for large load operation of UHVDC system，it enhances the reliability of the system.

UHVDC；AC filter；Optical current transformer；Centralized configuration；Maintenance

TM721.1

A

1004－7913（2016）06－0041－04

羅 磊（1981—），男，學士，工程師，從事高壓直流輸電保護軟件開發工作。

2016－02－30）