一起接口裝置引起的高壓直流系統閉鎖故障原因及改進

楊家凱 楊杰

摘 要：為防止因出口繼電器接點粘接引起的保護誤出口，高壓直流輸電運行中，投入運行中的保護出口連接片需要測量其兩端電位。近期某換流站在測量閥冷保護出口連接片電位時高壓直流極2發生閉鎖。本文針對直流閉鎖時使用的裝置、測試用的設備進行了分析，找到了故障的根本原因，提出了閥外冷保護接口裝置的改進方法，對提高直流輸電系統的安全性十分有意義。

關鍵詞：電位測量；接口裝置；出口電壓

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.174

0 前言

本文從一起由閥冷保護接口屏誤出口引發高壓直流輸電系統閉鎖事件進行了深入分析，找到原因并提出了控制措施。該事件是一起典型的控保系統接口設備誤發信導致的直流閉鎖事件，對該事件的分析處置流程可以為防止類似情況再次發生而影響電網的安全穩定運行提供借鑒。

1 故障表象

2018年1月，某±500kV高壓直流輸電在運行中，突然發生極2閉鎖，閉鎖時后臺先后發出主要SER報文如下：極2極控系統極2AP5內冷控制柜B功率回降（B）產生；極2極控系統閥冷功率回降閉鎖直流；極2極控系統閥冷功率回降閉鎖直流；極2極控系統極2極控系統順控狀態處于解鎖狀態消失。

檢查監控系統后臺發現極2輸送功率已由500MW降為了0MW。按照閥冷系統請求直流功率回降的策略，當故障前雙極功率小于1600MW時，若極控收到功率回降信號將直接執行閉鎖邏輯。

2 問題分析

由于閉鎖時有“極2極控系統極2AP5內冷控制柜B功率回降（B）產生”信號，現場重點對該回路及邏輯進行了檢查。經檢查回路及查閱圖紙資料，閥冷系統共4路功率回降信號由硬接線經壓板開出至閥冷接口屏（閥冷接口裝置為許繼DFU410型），A、B系統各再由閥冷系統接口屏通過現場總線送至極控系統。根據報文分析，為閥冷控制系統B至閥冷接口屏一功率回降開入動作。請求降功率信號由閥冷控制系統PLC兩個開出模塊分別開出至繼電器KC89B和KC89Bb的線圈，并由兩個繼電器常開接點串聯，經壓板后出口，同時開出信號并至PLC信號輸入模塊發出信號。如果閥冷控制系統開出降功率信號，PLC裝置將發出信號告警。而實際閥冷控制系統未報出任何信號，且兩個繼電器接點同時誤動的幾率不大，分析為其他原因導致誤出口。

3 測試實驗

3.1 模擬故障時操作

極2閉鎖時在開展極2閥外冷主泵P01檢修后的泄漏保護投入操作，所以將重點排查故障是否與操作有關。現場核查與操作核對操作票項發現其中一項是測量“極2閥冷功率回降出口連接片兩端無異極性電位”。現場操作人員采用的是相位表分別測量連接片兩端對地電壓，使用的儀表是“日本克列茨Kyoritsu KT171電壓相序表”。模擬閉鎖發生時現場情況，在模擬至運行人員使用電壓相序表測量壓板電壓時，后臺再次收到功率回降信號，反復測試后，此情況大概率重復發生，功率回降出口至閥冷接口屏。

3.2 故障原因推斷

測試人員推斷用電壓相序表測量時，接口裝置的該開入點經過電壓相序表內部電阻與大地形成回路，該開入點上的電壓降使其動作，此時測控裝置對應開入量會誤發信號。調查組進一步進行DFU410接口裝置開入口測試，模擬開入端接地時，對應開入量指示燈點亮，開關量輸入回路由0變為1，經多次測試確認，許繼DFU410裝置，在信號開入端接地時（負點公共端電位由-115V緩慢變為-86V），因此無正電開入的情況下，此信號也會誤發。根據現場模擬結果判斷，DFU410接口裝置動作電壓明顯偏小。

3.3 實驗驗證

為驗證上述推斷，我們選用極二冷控系統2套接口裝置及1套備用的裝置分別對3個不同的開入點進行了測量，根據抽樣測量結果，開入點動作電壓為額定電壓的38.4%-48.5%。按許繼《DFU410測量控制裝置使用說明書》技術參數要求DFU410裝置的開關量輸入動作電壓為60%～120%額定電壓，即動作電壓為（60%～120%）×額定電壓=（60%～120%）×220=132V～264V。

對DFU410裝置的等效輸入阻抗進行測量。測量得動作電壓值E=84.5V，動作電流I=1.02mA，動作時的等阻抗為82.8kΩ，測試結果為DFU410裝置動作電壓小于132V，測試結果并不符合廠家技術規范。

DFU410裝置的輸入阻抗為82.8kΩ，動作電壓為84.5V，電壓相位表的直流電阻為213kΩ，按穩定的直流來計算，加上電壓相位表上的電壓降，測量時裝置的動作電壓應為280V，不應該觸發直流功率回降出口信號。

但是，電壓相位表的輸入阻抗，相當于并聯上了一個電容器，在測量保護連接片對地電壓的瞬間這個電路存在暫態過程使開入動作，發出直流功率回降信號。

3.4 驗證結果

通計計算，得到電路的暫態過程，即測量連接片輸出端對地的瞬間，有0.5τ脈沖寬度，即0.5×1690us=845us時間，DFU410裝置的輸入電壓≥84.5V（動作值得為84.5V），所以閥冷控制系統開出了降功率信號。通過實驗我們可以得到以下結論：

（1）DFU裝置的動作電壓僅達84.5V，而廠家說明書內描述的輸入動作電壓大于等于132V，且動作功率小，P=84.5V×1.02mA=86.2mW。按照繼電保護反措要求，出口中間繼電器的動作功率應達到5W。

（2）電壓相位表的直流內阻及動態阻抗低（二次回路使用的表計直流電阻不得低于2kΩ/V，則220V低壓直流系統應不小于500kΩ的直流電阻，等效并聯輸出電容應小于100pF才安全）。以上兩方面的原因是導致此次高壓直流輸電極2閉鎖的根本原因。

4 改進控制措施

對DFU410裝置自己改造，方法是在光耦輸入端串接1.5KE51CA 瞬態抑制二極管，其額定電壓為43.6（動作最小電壓為84.5V）再并接一個12kΩ，10W的電阻即可，（注：1.5KE51CA為雙向對稱的瞬態抑制二極管，不分正負極，虛線框內為增加的元件）。改造后測量裝置動作電壓已升高到了133V，裝置動作時間的額定功率達到了5W，消除了DFU410裝置誤動的風險。

禁止用“日本克列茨 Kyoritsu KT171 電壓相序表”來測量DFU410裝置開入端的對地電壓來檢查連接片兩端有異極性電位。宜使用專用、高阻抗、小并聯電阻的專用電壓相序表來測量電壓，測量時不測量對地電壓，直接測量連接片兩端的電壓。對表計的要求是，內阻不小于10MΩ，并列電容不大于100pF。