提高直流換流站直流保護動作可靠性的措施分析

趙娜 王超 劉良發 李生龍

摘要：使用高壓直流這一輸電模式，不僅其輸送容量相對較大，而還具備損耗能量小以及能實現遠距離傳輸等優勢，因此各國都在廣泛地使用。對于我國而言，在直流輸電工程高速發展的過程中，直流輸送容量已經在局部地區有著較高水平，并且在我國形成了多饋入直流的輸電體系。與此同時，換流站工程也得到相應的發展，而其在跨區電網中發揮著十分重要的作用。

關鍵詞：直流換流站;直流保護動作;措施

引言：在中國經濟持續性發展的過程中，生活產生等諸多方面對電力需求量逐步提高，而且大容量遠距離的直流輸電項目也在增多，人們也越來越重視直流輸電系統的可靠程度。對于直流換流站中的直流輸電系統而言，其最主要的工作是進行直流保護，其能否安全穩定地運行在一定程度上影響著直流系統的穩定性。基于此，應有必要分析直流換流站中直流保護動作的可靠程度，在此基礎上提出相應的改進建議。

一、直流換流站直流保護存在故障的原因分析

第一，沒有較為可靠的直流保護動作模式。文章會以我國某一直流換電站為例對這一原因進行簡要分析。該站對直流保護使用的是切換動作模式，這一模式的運作原理是：如果處在activ狀態下的子系統發出保護動作之后，首先是把處在standby狀態下的子系統轉變為運作狀態，之后在將之前處在運作狀態下的子系統轉變為service狀態下;要是之前處在standby狀態下的子系統保護也產生動作，那么則由直流對出口進行保護。該站于2015年7月所出現的故障就是因為極Ⅰ直流濾波器中的電容器高頻次切換引發不平衡保護而造成的，其結果是使得兩套控制系統均退出了運行狀態，從而造成直流輸電系統的極Ⅰ被閉鎖[1]。除此之外，因為控制系統和保護系統并不是相對獨立的，同樣也會影響到系統運行，也就是當切換直流保護時能夠影響直流控制系統的常態化運行。

第二，控制與保護功能未能實現相對獨立。這一原因主要發生在投運時間較早的換流站中，這樣換電站中的直流控保系統不能讓二者實現完全獨立，比如極控制保護系統下的第一電腦主機具有控極功能以及主導保護功能，而第二電腦主機則能對直流后備進行保護，而現下的直流工程都能實現極控制保護系統中的保護功能與極控功相分離，第一主機發揮控制作用，第二主機則是對直流進行保護。如果控制功能與保護功不能各自獨立，很有可能會使得流輸電系統在運行過程中的可靠性被大幅度降低。

第三，直流控保系統所用的硬件板卡過于老化。在相關規程中并未明確規定直流輸電系統中二次設施的運行時間，所以也就無法確定直流控保系統硬件板卡的更換時間;但是對于運行時間相對久遠的換流站而言，其系統內部的板卡必然會存在老化問題，造成故障率大幅度升高，甚至對系統運行的可靠性造成嚴重影響。

二、增強直流保護動作可靠性的相關建議

第一，提高直流保護管理的標準化程度。在大批量直流工程相繼投運的過程中，不同工程與廠家實現直流保護的方法存在差異、缺乏規范性等問題越來越明顯，這為直流保護的維護以及管理等方面帶去了嚴峻的挑戰。所以，應該規范直流保護實行技術的基本原則以及設計原則，而且要嚴格依據國調中心的相關規章進行設計，這樣在理論上能夠將其動作率進一步提高。

第二，做好故障隱患的排查與治理工作。2017年，我國某一超高壓輸變電公司對該地區的換流站可能存在的故障隱患進行排查與治理，該地區的換電站在接地極刀閘的聯鎖系統中存在錯誤、交流濾波器設計沒有體現投切邏輯等相關直流控保系統中的故障隱患[2]。并在此基礎上制定出合理的解決措施，同時也對廠家提出維護建議，通過該類措施能夠更好地降低因為系統故障而造成的直流被迫停止運行的概率。接下來該公司進一步確定了所使用治理隱患的技改方式，并將其申報給國網技改項目儲備系統中;在這其中發生了由于阿西布朗勃法瑞公司的相關服務人員更換，而使得隱患治理進度延緩的問題，對此該公司通過南瑞公司尋求相關的治理方案，保證在下一次的停電檢中可以完成針對所有隱患的處理工作;針對沒有處理的隱患也采取了相應的防范舉措，而且對可能發生的事故進行具體的演練，旨在保證沒有處理的隱患是可以控制的;該公司也對設備的專項隱患開展排查工作，并且把管理機制中融入排查工作，依據排查內容完善與補充規章制度。

第三，合理分析系統的運行狀態量。相關公司應依據國網公司有關直流換流站設備的狀態檢修需求，做好系統運行狀態量的日常對比工作、每周整合工作以及月末總結分析工作等，其主要收集的狀態量為紅外測溫、光電流互感器在線監測、主機CPU負載率等。借助認真細致巡查設備狀態、實現對其的在線監測以及帶電檢測，能夠盡早發現及解決設備運行異常問題，進而取得有效的設備狀態量，以及對其進行狀態評價。

第三，采用三重化配置對直流進行保護。所謂的直流保護三重化，其應是指除了直流保護裝置之外的，外部輸入回路以及輸出回路所具備的TMR配置，一般情況下采用三取二方法出口。在此種方法下，單個元件出現的故障只能使得單套系統被退出，這樣可以最大限度地避免因為不正確保護動作而造成的直流系統閉鎖問題。在雙重化配置下的保護系統所出現的故障中，絕大多數都是發生于在對單套保護進行采樣、判斷等過程中，而若是保護三重化配置的話，能夠完全避免出現保護錯誤的動作情況，而且我國的銀東直流工程在對直流進行保護時采取的就是三重化配置，自從投運以來只出現7次因某一元件故障而導造成套保護異常動的問題。通過直流保護三重化能夠在很大程度上增強直流系統在運行過程中的可靠性，所以相關工程中的直流保護使用三重化配置是十分必要的。

第四，改善輸入輸出卡板運行環境。這一點主要是戶外子系統的屏柜板卡進行優化布置，能夠給室外的ETCS等相關直流控保系統，修筑小型保溫室等舉措優化輸入輸出板卡的運行環境。通過該類舉措能給輸入輸出板卡打造正常運行的良好環境，經事實證明在實行這一舉措之后，系統輸入輸出板卡出現故障的概率明顯下降。除此之外，進一步完善極控制系統中的自查邏輯也是十分重要的。應該提高Peripheral Component Interconnect板卡中和數字信號處理之間連接端口通信的自檢，也能完善對控電腦主機進行保護控制的PCIF板卡的自行檢測功能[3]。在換流改變保護動作后不需要切換系統，對于單個元件存在故障而使得直流出現停運風險的問題，能夠借助添加啟動元件以及設計軟件閉鎖邏輯，能在一定程度上減少換流變保護誤動的現象。

結束語：總的來講，直流換流站能否讓直流保護動作具有高度可靠性，其對直流輸電系統運行的可靠程度發揮著至關重要的作用。在我國換流站建設增速的同時，我們需要在部分環節上進一步完善。基于此應總結相關工作經驗，特別是關于直流保護的可靠性方面，通過我國科研人員的不斷探索會使用更為先進的方法提高換流站直流保護的可靠程度。

參考文獻：

[1]黃瑤玲，王麗麗，吳萍，劉潯，戴迪. 提高直流換流站直流保護動作可靠性的措施[J]. 電子世界，2015（20）：74-75.

[2]朱韜析，汲廣，毛海鵬. 廣州換流站直流保護系統運行情況分析[J]. 電力系統保護與控制，2009，37（21）：36-40.

[3]姚其新，張侃君，韓情濤，文博. 龍泉換流站直流控制保護系統運行分析[J]. 電力系統保護與控制，2015，43（11）：142-147.