直流極保護(hù)二次回路隱患分析及改進(jìn)措施

李 浩，楊 勇，張 鵬，韓金濤

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003；2.國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118）

0 引言

直流輸電工程具有傳送功率大、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)［1］，因此被廣泛應(yīng)用于長距離送電及區(qū)域聯(lián)網(wǎng)中，由于其輸送功率大，所以一旦發(fā)生直流閉鎖故障，對(duì)送端電網(wǎng)與受端電網(wǎng)均造成較大的影響［2-3］，因此提高直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到整個(gè)直流系統(tǒng)及相關(guān)交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過分析某換流站直流極保護(hù)及其二次回路存在的隱患，闡明保護(hù)產(chǎn)生誤動(dòng)的原因，并針對(duì)該隱患提出改進(jìn)建議。

1 直流極保護(hù)

直流極保護(hù)用于包括直流相關(guān)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具體包括極母線區(qū)域、直流線路保護(hù)區(qū)域、極中性線母線保護(hù)區(qū)域以及直流濾波器保護(hù)區(qū)域［4］，直流極保護(hù)按照“三取二”邏輯配置，即當(dāng)3套保護(hù)有2套保護(hù)動(dòng)作時(shí)，保護(hù)動(dòng)作才能出口，其保護(hù)動(dòng)作行為有：1）切換到備用控制系統(tǒng)；2）移相閉鎖；3）換流器功率瞬降；4）斷開換流變交流側(cè)開關(guān)；5）閉鎖交流斷路器；6）換流器功率回降；6）極隔離；7）極平衡；8）重合直流場中性開關(guān)（neutral bus switch，以下簡稱 NBS）；9）閉合站內(nèi)接地極開關(guān)（Neutural bus grounding switch，NBGS）及重合 NBGS 等［5］。

直流極保護(hù)動(dòng)作后，將相關(guān)動(dòng)作信號(hào)如移相閉鎖、換流器功率瞬降、極平衡等信號(hào)送至極控系統(tǒng)、極外部停機(jī)接口屏、直流站控系統(tǒng)或交流場開關(guān)失靈保護(hù)屏，執(zhí)行相關(guān)保護(hù)動(dòng)作命令。

2 直流極保護(hù)二次回路

2.1 直流極保護(hù)二次回路及動(dòng)作邏輯分析

圖1 極Ⅰ極保護(hù)功率回降信號(hào)出口回路

3套直流極保護(hù)裝置產(chǎn)生的3路功率回降信號(hào)全部送至到極保護(hù)屏A、B內(nèi)的2套三取二模塊，三取二模塊出口信號(hào)經(jīng)擴(kuò)展隔離后，分別送至極Ⅰ的2套極控裝置和直流故障錄波屏。輸入至極控系統(tǒng)的功率回降信號(hào)經(jīng)過光耦繼電器后，送入極控主機(jī)，執(zhí)行相應(yīng)功率回降指令。二次回路如圖1所示。

以極Ⅰ極保護(hù)A出口回路為例，具體回路分析如下：

1）極保護(hù) A、B、C的輸出功率回降信號(hào)經(jīng)各自屏內(nèi)的功率回降壓板（LP130）后，送至極Ⅰ極保護(hù)屏A三取二模塊（D43）。

2）極Ⅰ極保護(hù)屏A三取二模塊（D43）輸出的功率回降信號(hào)分別送至光耦繼電器K324A、K324B、K324C，以K324A光耦繼電器為例，該光耦繼電器輸出的功率回降信號(hào)經(jīng)LP22“功率回降出口1”壓板送至極Ⅰ極控系統(tǒng)屏A內(nèi)的K242光耦繼電器。

3）從K242光耦繼電器輸出的功率回降信號(hào)送至極Ⅰ極控A HCM200主機(jī)EB11板卡。當(dāng)極控系統(tǒng)收到極保護(hù)跳閘信號(hào)后，如果本極控系統(tǒng)為主系統(tǒng)，則執(zhí)行本極跳閘命令；若本極系統(tǒng)為備用系統(tǒng)，則會(huì)有相關(guān)跳閘報(bào)文，但現(xiàn)場不執(zhí)行相關(guān)邏輯命令。

2.2 光耦繼電器K242

光耦繼電器是以光為媒介傳輸電信號(hào)，輸入端與輸出端完全電氣隔離，信號(hào)只能單向傳輸，某換流站采用的光耦繼電器由24 V直流供電，即當(dāng)原邊輸出為110 V，副邊輸出為24 V，如圖2所示。

圖2 K242模塊原理

當(dāng)保護(hù)正常運(yùn)行時(shí)，極保護(hù)不動(dòng)作，K242光耦模塊原邊輸入為0 V，副邊輸出為0 V，極控系統(tǒng)不執(zhí)行功率回降命令。

當(dāng)極保護(hù)動(dòng)作時(shí)，K242光耦模塊原邊輸入為110 V，實(shí)現(xiàn)光觸發(fā)13—14導(dǎo)通，副邊輸出24 V，極控系統(tǒng)接收開入IM3.1板卡內(nèi)動(dòng)作信號(hào)，執(zhí)行功率回降。

但如果K242光耦模塊針腳13—14故障擊穿或異常導(dǎo)通時(shí)，無論原邊有無輸入，副邊輸出信號(hào)到極控系統(tǒng)板卡內(nèi)，如果故障的光耦模塊對(duì)應(yīng)的極系統(tǒng)為主用系統(tǒng)，則執(zhí)行極功率回降。因此，極保護(hù)系統(tǒng)二次回路中存在單一元件故障引起直流閉鎖或功率異常波動(dòng)的隱患，同樣K324光耦模塊故障也存在相關(guān)隱患，如表1所示，經(jīng)排查有極保護(hù)有11個(gè)信號(hào)送至極控系統(tǒng)，如果其中光耦繼電器故障，也會(huì)引起直流系統(tǒng)功率波動(dòng)或者跳閘等影響。

表1 直流極保護(hù)動(dòng)作信號(hào)

3 改進(jìn)措施及建議

外部跳閘回路可使用光纖回路傳輸，可將極保護(hù)系統(tǒng)輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，再通過光纖傳送至三取二邏輯模塊，經(jīng)三取二邏輯模塊判斷后，再通過光纖分別送至極控系統(tǒng)，如圖3所示。中間環(huán)節(jié)全部采用光纖傳輸，減少跳閘回路中串聯(lián)的其他繼電器，減少了故障風(fēng)險(xiǎn)，大大提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

圖3 極保護(hù)與極控聯(lián)系

4 結(jié)語

通過對(duì)某換流站直流極保護(hù)二次出口回路進(jìn)行分析，對(duì)其二次回路中存在的單一元件故障引起直流閉鎖及功率異常波動(dòng)的隱患提出相關(guān)改進(jìn)建議及措施，為在運(yùn)的換流站直流極保護(hù)隱患排查提供借鑒，同時(shí)也為新建換流站的設(shè)計(jì)提供參考。