云廣特高壓直流閥冷控制保護邏輯的改進

余榮興，張志朝，劉茂濤，謝超

(中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣州市，510405)

0 引言

±800 kV云廣特高壓直流系統于2010年6月實現雙極投產，額定送電容量達5 000 MW。閥冷系統是換流站最重要的輔助系統，閥冷系統是否可靠直接關系到直流系統能否穩定運行［1］。2010年12月，興仁換流站發生了一起由于閥冷控制保護系統邏輯設計缺陷導致直流強迫停運的惡性事件［2］。為防止類似事件在云廣特高壓發生，對云廣特高壓直流閥冷控制保護邏輯進行了深入的隱患排查，發現云廣特高壓直流閥冷控制保護系統采用的“冗余的2個傳感器均故障跳閘”這一邏輯不合理，而且可能為直流系統的安全穩定運行帶來風險。本文分析了云廣特高壓直流閥冷控制保護系統邏輯，針對其邏輯缺陷提出了相應的改進措施。

1 興仁閥冷系統誤跳閘過程及原因分析

1.1 事件經過

興仁換流站閥冷系統的1個24 V直流電源開關(開關A)突然跳開，該極閥冷監控界面中的內冷水進出水溫度、電導率、膨脹水箱水位、噴淋水池水位顯示均為0，但未影響該換流站直流功率的正常傳輸。

檢查發現，開關A為閥冷系統模擬量傳感器的一路電源開關，其所帶負載包括閥冷系統膨脹水箱水位傳感器B083和B084、主水管壓力傳感器B106、內冷水入水溫度傳感器B103、內冷水主水管電導率傳感器B101、內冷水出水溫度傳感器B105、外冷水池水位傳感器B483、外部溫度傳感器B002，共8個傳感器。

開關A跳閘后，為盡快恢復開關A所帶傳感器的正常采樣，維護人員試合開關A，但試合后相應極的極控系統收到閥冷的外部保護跳閘信號，相應極退至備用狀態。

1.2 保護跳閘原因分析

1.2.1 極控系統外部保護跳閘原因

興仁換流站閥冷控制保護系統采集的膨脹水箱水位、主水管壓力、內冷水入水溫度、內冷水主水管電導率這4個量中1個量嚴重異常均會導致閥冷系統跳閘，為提高測量的可靠性，對這4個量都采用雙傳感器冗余配置。冗余配置的傳感器如表1所示。

從表1可知，膨脹水箱水位傳感器B083和B084所用電源均取自開關A，而主水管壓力、內冷水入水溫度、內冷水主水管電導率只有1個傳感器電源取自開關A，冗余配置的另1個傳感器電源取自另1個24 V直流電源開關(開關B)。

開關A跳開后，其所帶的8個傳感器全部失電，無法工作。因閥冷監控界面所用數據均來自開關A所帶傳感器，所以閥冷監控界面中有關參數顯示為0。

開關A跳開后，膨脹水箱水位的2個傳感器均故障，膨脹水箱水位無法監視，根據該站閥冷控制保護系統設計規范，閥冷控制保護系統將保持膨脹水箱水位傳感器故障前的采樣值，該極的閥冷系統仍能維持運行，只是暫時失去了對膨脹水箱水位的監視。

試合開關A，在重新上電啟動的過程中，傳感器的采樣數據非常紊亂。而此時，閥冷控制保護系統已不再保持膨脹水箱水位數據至傳感器故障前的采樣值，而是直接使用B083、B084傳感器的實測數據。根據閥冷系統的控制保護邏輯，膨脹水箱水位低于10.0％(跳閘定值)延時1 s后，將向極控系統發外部跳閘指令，相應極強迫停運，退至備用狀態。合上開關A后，采樣裝置測得的膨脹水箱水位實際為－2％，且傳感器B083、B084啟動完成前的波動時間大于1 s，已滿足跳閘定值。

當時，閥冷監控界面的內冷水入水溫度為100℃，但由于內冷水入水溫度另一傳感器B104接于開關B，故B104采樣值正常，閥冷控制保護系統將判據B103傳感器測量故障，選擇B104傳感器的測量值作為保護判斷依據。因此，最終不是由內冷水入水溫度高跳閘，而是由膨脹水箱水位低導致閥冷系統跳閘。

1.2.2 直流電源開關A跳閘原因

相應極跳閘后，立即仔細檢查開關A所帶的測量回路，未發現其所帶傳感器測量回路有絕緣降低等異常。試合開關A后，開關未再次跳開，其所帶傳感器啟動完成后采集的各項參數均恢復正常。據此來看，開關A所帶的負載和開關A本身都沒有缺陷，本次開關A跳閘不具有普遍性和可重復性。

1.3 暴露問題

(1)閥冷控制保護系統傳感器啟動時間過長，超過了膨脹水箱水位低跳閘延時1 s的時間定值。

(2)閥冷系統原始設計存在嚴重缺陷。膨脹水箱水位傳感器配置雖然有冗余，但是其電源無冗余，膨脹水箱水位主、備2路采樣回路B083、B084共用1個24 V電源開關A，開關A跳閘后，導致膨脹水箱水位的2路采樣回路同時斷電。

2 閥冷控制保護邏輯的缺陷和改進

2.1 云廣特高壓閥冷控制保護邏輯缺陷分析

隱患1：判斷膨脹水箱水位傳感器故障的邏輯與“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯的配合，可能導致誤跳閘。

云廣特高壓閥冷控制保護系統判斷膨脹水箱水位傳感器故障的邏輯為：傳感器B083、B084的測量值偏差大于3，延時35 s將判測量值大的傳感器故障。在未對閥冷系統進行復位前，該故障傳感器一直不可用。

B083傳感器和B084傳感器測量值分別為y1、y2，如圖1所示。假定僅B084傳感器受到干擾，B083傳感器正常。tA時刻，y1－y2＞3，35 s后的tB時刻，系統輸出B083傳感器故障信號，在未對閥冷系統進行復位前，B083傳感器一直被判故障。tC時刻，y2－y1＞3，35 s后的tD時刻，系統輸出B084傳感器故障信號，在未對閥冷系統進行復位前，B084傳感器一直被判故障。

如果tB、tC相差較小，惡劣情況下維護人員來不及對閥冷系統進行復歸，系統已經判斷傳感器B083、B084均故障。

圖1 B084傳感器受到干擾導致B083、B084傳感器被判故障邏輯Fig.1 Fault Logic of B083 and B084 sensors w ith B084 sensor interfered

圖1所示情況下，雖實際只有B084傳感器測量值異常擾動，但閥冷控制系統將判定B083、B084傳感器同時故障。“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯滿足，閥冷控制保護系統向直流系統發出外部跳閘命令，特高壓直流相應閥組退至備用狀態。

隱患2：24 V直流電源開關F06跳開導致直流系統誤跳閘。

云廣特高壓直流閥冷系統主水壓力傳感器B106與主水流量傳感器B100共用同1個24 V電源開關F06。閥冷控制保護邏輯為：當傳感器B100和B106同時故障時，將導致“冗余的2個傳感器均故障跳閘”。

傳感器B100故障判據邏輯為B100的測量值超出［346 L/min，5 787 L/min］范圍并延時3 s；B106傳感器故障判據邏輯為傳感器B106的測量值超出［0.069 2 MPa，1.157 4 MPa］范圍并延時3 s(以云廣低端閥組為例)。當開關F06跳開時，傳感器B100、B106輸出的信號電流值一直是0，均超出合理范圍，延時達到3 s后，傳感器B100、B106被判故障，閥冷控制保護系統向直流系統發出外部跳閘命令，特高壓直流相應閥組退至備用狀態。

2.2 保護邏輯改進

2.2.1 改進措施1

膨脹水箱水位傳感器故障判據邏輯是比較合理的，可以自行判斷2個膨脹水箱水位傳感器是否發生了測量異常，引導維護人員及時對故障傳感器進行維護而無需直流系統緊急停運。而且，從現場維護的經驗來看，大多數傳感器異常擾動導致的傳感器故障都不是永久性的，擾動發生后，維護人員復歸閥冷控制保護系統即可恢復傳感器的正常運行。該邏輯同貴廣Ι回、貴廣ΙΙ回的閥冷系統相同，上述2回直流輸電系統已經運行4年以上，從未發生過由于該邏輯的缺陷而導致閥冷系統誤跳閘［3-6］。

而“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯，在云廣特高壓閥冷系統中首次采用，貴廣ΙΙ回直流輸電系統中，閥冷控制保護系統可以保持傳感器均故障前的采樣值，不會在同時失去冗余的2個傳感器后直接發外部跳閘命令給極控系統。

如取消“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯，即使B083、B084傳感器均被判故障，只需發信號至控制臺提醒維護人員進行檢查，閥冷系統仍可保持運行。維護人員有充足的時間對閥冷系統傳感器擾動情況進行復歸，并視故障情況決定是否需要停運直流系統來處理此缺陷。

2.2.2 改進措施2

穗東換流站已基本實現重要傳感器配置和傳感器電源設置的冗余。開關F06跳開時，閥冷系統僅失去1個主水壓力傳感器B106，僅失去1路傳感器24 V電源，相應直流系統本無須被強迫停運。開關F06跳開時，將導致“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯同樣存在潛在的誤跳閘風險，這與閥冷系統傳感器冗余、電源冗余的設計思想也是相違背的。

鑒于云廣特高壓直流系統在確保南方電網主網架穩定中的重要作用，在出現閥冷的2個冗余的傳感器均故障時，維護人員完全可以根據實際情況來判斷是否需要停運相應直流系統，而不必由保護邏輯直接將直流系統強迫停運。因此，建議取消“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯。

3 結語

進行了云廣特高壓閥冷控制保護邏輯隱患排查，發現了2項重大設計隱患，該隱患已于2011年3月依據本文分析結果對現場閥冷控制保護系統進行了軟件升級，取消了“冗余的2個傳感器均故障跳閘”邏輯，提高了云廣特高壓直流系統運行的可靠性。

［1］楊光亮，邰能靈，鄭曉東.換流站閥水冷系統導致直流停運隱患分析［J］.電力系統保護與控制，2010，38(18)：199-203.

［2］興仁換流站.“12.10”興仁換流站極1直流閉鎖報告［R］.興仁：中國南方電網超高壓輸電公司貴陽局，2010.

［3］梁家豪，林睿，周翔勝.天廣與貴廣直流工程中的閥冷控制系統［J］.高電壓技術，2006，32(9)：92-95.

［4］鄭國書，馮戰武.天生橋換流站閥冷系統不穩定因素分析與改進［J］.廣西電力，2010，33(3)：29-31.

［5］楊潔民，宋天齊.貴廣Ⅱ回直流輸電系統調試期間控制保護系統發現的問題及解決方法［J］.電力建設，2008，29(8)：33-36.

［6］申衛華，李學鵬，胡明，等.直流輸電系統可靠性指標和提高可靠性的措施［J］.電力建設，2007，28(2)：5-10.