南方電網直流輸電工程的交流濾波器保護

朱韜析，郭衛明，何杰

（南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣州市，510405）

0 引言

直流輸電具有傳送功率大、線路造價低、控制性能好等優點，是目前發達國家作為高電壓、大容量、長距離送電和異步聯網的重要手段[1-2]，而我國要實現大規模的西電東送，高壓直流輸電的大規模應用是必然選擇。1996年以前我國直流輸電工程技術基本上完全依賴國外，三峽工程建設及“西電東送”戰略部署實施后，我國直流輸電工程規模不斷擴大，為了迅速提升包括直流輸電設備制造業在內的國內裝備制造業技術水平，我國采取了引進技術、不斷消化吸收、逐步實現國產化的發展戰略[3]。

本文以我國南方電網直流輸電系統交流濾波器保護系統為例，從最初的天廣直流輸電系統中由外方設計、制造，到現在的±800 kV云廣直流輸電系統中完全實現了國產化，概述了我國南方電網直流輸電系統交流濾波器保護系統不斷完善和發展的歷程。

1 交流濾波器的常見接線方式及保護的構成

交流濾波器是直流輸電系統中的重要設備之一，不僅提供換流所需的無功，還可以濾除諧波[1-2]。因此，為交流濾波器配置合理的保護系統，不但可以保證設備的安全，對交直流系統的穩定運行也有很大的益處。換流站內往往有多組交流濾波器，如圖1所示，一般分為若干大組，分別連接在交流母線上；每大組交流濾波器又由若干小組交流濾波器組成。

因此，交流濾波器的保護系統主要由2部分組成，即各小組交流濾波器的保護以及各大組交流濾波器母線的保護[4]。

2 天廣直流輸電系統采用的交流濾波器保護

2.1 天廣直流輸電系統交流濾波器大組母線保護

天廣直流輸電系統于2001年6月雙極投入運行，工程設計和設備制造基本由德國SIMENSE公司承擔。

天廣直流輸電系統交流濾波器大組母線保護采用冗余配置，各母線保護配置相同，保護系統1中設置的保護功能、采用裝置及動作如表1所示。

保護系統2中設置的保護功能、采用裝置及動作如表2所示。

2.2 天廣直流輸電系統交流濾波器小組保護

天廣直流輸電系統內交流濾波器小組主保護通過SIMADYN D高速數字式控制系統[5-6]實現，同類型的交流濾波器組小組主保護配置相同，保護功能如表3所示。

各小組交流濾波器還設有后備保護，保護配置均相同，每1大組交流濾波器的各小組后備保護安裝在同一保護屏內，保護功能如表4所示。

表1 天廣直流輸電系統交流濾波器大組母線保護系統Tab.1 The protection system 11 of AC filterbususe din Tian-Guang HVDC system

表2 天廣直流輸電系統交流濾波器大組母線保護系統Tab.2 The protection systemof AC filterbusus sedin Tian-Guang HVDC system

表3 天廣直流輸電系統交流濾波器小組主保護Tab.3 Themain protectionsofAC filterus sedin Tian-Guang HVDC system

表4 天廣直流輸電系統交流濾波器小組后備保護Tab.4 The backup protection of AC filterus sedin Tian-Guang HVDC system

2.3 天廣直流輸電系統采用的交流濾波器保護存在的主要問題

運行中，天廣直流輸電系統交流濾波器保護系統暴露出了一些設計上的問題，主要包括：

（1）交流濾波器小組保護無冗余配置，增加了小組保護誤動和拒動的風險。

（2）交流濾波器小組主保護組屏方式存在較大問題。以逆變側廣州換流站為例，站內共有11小組交流濾波器，分為3大組，每1大組各有2面小組主保護屏，即除了1面屏外，其他各屏內均安裝了2小組交流濾波器主保護。顯然，這給運行維護帶來了更多的困難。

2010年3月，對天廣直流輸電系統的控制保護進行了改造，采用SDZ-100A、SDR-100A微機型成套保護裝置實現交流濾波器保護功能。

3 貴廣I、II回直流輸電系統采用的交流濾波器保護

3.1 貴廣I、II回直流輸電系統交流濾波器大組母線保護

貴廣I、II回直流輸電系統分別于2004年和2007年雙極投入運行，其交流濾波器保護配置基本相同。

貴廣I、II回直流輸電系統大組母線保護采用冗余配置，各母線保護配置相同，保護系統1內的保護功能、采用裝置及動作如表5所示。

保護系統2內的保護功能、采用裝置及動作如表6所示。

對比貴廣I、II回和天廣直流輸電系統交流濾波器大組母線保護，可知貴廣I、II回直流輸電系統采用交流濾波器大組母線保護，不僅保護裝置有所更新，而且保護功能更加完善。

表5 貴廣i、i i回直流輸電系統交流濾波器大組母線保護系統Tab.5 The protection systyem 11 ofAC filterbusus sedin Gui-Guang Iand IIHVDC systyem

表6 貴廣i、i i回直流輸電系統交流濾波器大組母線保護系統Tab.6 The protection systyem of AC filterbusus sedin Gui-Guang Iand IIHVDC systyem

3.2 貴廣I、II回直流輸電系統交流濾波器小組保護

貴廣I回直流輸電系統交流濾波器小組保護功能通過SIMADYN D和CPR97繼電裝置實現，貴廣II回直流輸電系統交流濾波器小組保護功能通過SIMADYN D和CPR04繼電裝置實現，每種類型的交流濾波器小組保護配置相同，每1小組各有2套保護系統構成冗余配置。

貴廣I、II回直流輸電系統交流濾波器小組保護的功能基本相同，如表7所示。

表7 貴廣I 、Ⅱ 回直流輸電系統交流濾波器小組保護Tab.7 The protection of AC filterusedin Gui-Guang Iand IIHVDC systyem

對比貴廣I、II回和天廣直流輸電系統交流濾波器小組保護，可知其保護功能基本相同，只是在貴廣I、II回直流輸電系統中，交流濾波器小組保護實現了冗余配置，提高了保護的可靠性。

但是，貴廣I、II回直流輸電系統交流濾波器小組保護的冗余配置仍存在這樣的問題：每1大組交流濾波器的各小組交流濾波器保護系統1的SIMADYN D裝置統一安裝在同一屏內，CPR97（CPR04）裝置統一安裝在另一面屏內；保護系統2的SIMADYN D裝置再統一安裝在同一屏內，CPR97（CPR04）裝置統一安裝在另一面屏內。這同樣給運行維護帶來了一定的困難。

4 ±800 kV云廣直流輸電系統采用的交流濾波器保護

4.1 ±800kV云廣直流輸電系統穗東換流站交流濾波器大組母線保護

±800 kV云廣直流輸電系統交流濾波器及相關保護已于2009年6月調試完畢并投入運行。以逆變側穗東換流站為例，其交流濾波器保護均采用了微機型保護裝置。

±800 kV云廣直流輸電系統穗東換流站交流濾波器大組母線保護采用完全冗余的配置方案，每大組母線保護均配有2套保護系統，各大組母線保護配置相同，使用了許繼電氣股份有限公司研制生產的SDZ-101A微機型交流濾波器大組成套保護裝置。交流濾波器大組母線保護功能及動作后果如表8所示。

表8 云廣直流輸電系統交流濾波器大組母線保護系統Tab.8 The protection system of AC filterbusus sedin Yun-Guang HVDC systyem

4.2 ±800kV云廣直流輸電系統穗東換流站交流濾波器小組保護

±800 kV云廣直流輸電系統穗東換流站交流濾波器小組保護均通過許繼電氣股份有限公司研制生產的SDR-101A微機型交流濾波器成套保護裝置實現，同類型的交流濾波器小組保護配置相同，每1小組交流濾波器保護均由2套保護系統構成冗余配置，2套保護系統在物理和電氣上完全獨立。交流濾波器小組保護功能及動作后果如表9所示。

表9 云廣直流輸電系統交流濾波器小組主保護Tab.9 Themain protection of AC filterus sedin Yun-Guang HVDC systyem

顯然，±800 kV云廣直流輸電系統穗東換流站采用的交流濾波器大組母線保護及小組保護功能，相對貴廣I、II回并無實質性改進，但是存在以下優越性：

（1）全部采用了微機型保護裝置，不僅使用方便，還有助于改善保護的動作特性和性能，提高可靠性。

（2）完全實現了國產化，采用全漢化技術，調試、打印報告全漢化輸出，同時還提供了調試分析軟件，便于調試和事故分析，相對其他直流輸電系統采用的全外文保護系統，這給運行維護提供了相當的便利。

（3）交流濾波器小組保護實現了真正的冗余配置，這不僅有助于運行維護人員開展工作，還大大提高了保護的可靠性。

5 結語

天廣、貴廣I、II回、云廣直流輸電系統所采用的交流濾波器保護系統中，保護原理并沒有大的變化，但是，早期由外方總承包的天廣直流輸電系統中，交流濾波器保護不僅沒有冗余配置，組屏方式也存在較大缺陷；隨后仍由外方負責的貴廣I、II回直流輸電系統所采用的交流濾波器保護，只是對天廣直流輸電系統采用的交流濾波器保護進行了一定的改進；而近期投產的云廣直流輸電系統，則完全實現了交流濾波器保護國產化、微機化，這不僅提高了保護的可靠性，也更有利于運行維護工作。

根據我國南方電網直流輸電系統交流濾波器保護的發展歷程中可以看出，從外方總承包的天廣直流輸電工程，到“中外合作、外方負責、中方為主工作”的貴廣I回直流工程，再到貴廣II回直流輸電工程和±800 kV云廣直流輸電工程，我國直流輸電技術走了一條“引進技術—消化吸收—國產化”的發展道路，這促使我國直流輸電技術在短短10年間得到了突飛猛進的發展，同時還有效降低了工程造價、擺脫了技術依賴、促進了我國民族工業快速發展[7-10]。

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