±800kV特高压直流输电控制保护系统分析张旭

±800kV特高压直流输电控制保护系统分析张旭

张旭

（国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司内蒙古通辽市028000）

摘要：特高压直流输电在我国电力系统发展中扮演着重要角色，而在特高压直流输电中控制保护系统发挥着核心作用，在确保传送功率系统不受到影响的情况下，可提高交直流输电系统设备在转换过程中的安全性。±800kV特高压直流每极采用了串联结构和母线区连接结构，且每极的运行方式较为灵活、完整，这对保障控制保护系统的性能具有重要作用。

关键词：±800kV；特高压；直流输电控制；保护系统

引言

特高压直流输电技术是目前世界上最先进的输电技术，具有远距离、大容量、低损耗、少占地的综合优势，可以更安全、更高效、更环保地配置能源，是实现能源资源集约开发、促进清洁能源发展、有效解决雾霾问题的重要载体，更是转变能源发展方式、保障能源安全、服务经济社会发展的必由之路，也是中国抢占世界能源发展制高点、带动电工装备业“走出去”的重要举措。

1特高压直流保护的构成

±800kV特高压直流输电系统每极有两个阀组，有多种运行方式可供选择，提高了整个系统运行的灵活性和可用率。然而保护的配置将更为复杂且考虑的因素也更多，如运行方式改变时保护判据的调整、保护测点的配置、双阀组的相互配合等，因此，特高压直流保护要比常规直流复杂得多。特高压直流保护系统按照分层、分区和独立配置的原则，保护分区的原则是：①影响单12脉动换流器正常运行的故障退出故障换流器；②影响单极正常运行的故障退出故障极；③双极保护区的故障退出双极，但要采取措施尽量避免双极故障退出运行，保证运行的可靠性。基于这些原则，特高压直流输电系统的保护分区为保护区域分位换流器保护区、直流母线保护区、双极接地极线路保护区、直流滤波器保护区、直流线路保护区，各区域内所有设备均配置完整的主后备保护。特高压直流保护采用完全双重化配置，每套保护功能不依赖于其他套保护，使设备之间关系简单，易维护。保护硬件采用了Siemens最新的工业控制平台SIMATICTDC，与传统SIMADYND平台相比，SIMATICTDC集成度更高，数据处理能力更强大，运行速度更快。同时，区别于传统直流输电系统，保护所用的交、直流测量量均由直流测量系统采集，经过预处理后上传至TDM光纤总线，直流测量系统与保护系统之间采用交叉冗余的TDM光纤总线连接，所需交、直流测量量直接从总线读取。

2特高压直流保护配置原则

2.1设计原则

特高压直流保护的设计原则有以下几点：所有设备/区域的保护既能用于整流运行，又能用于逆变运行；将双极停运率减至最小；以12脉动换流阀组为基本单元来配置保护，每极2个单12脉动换流器的保护相互独立，单桥故障时退出故障桥，避免单极停运；两极的保护完全独立，单极故障退出故障极，避免双极停运；单一元件故障不能导致任何12脉动单元/极/双极退出运行；每一设备/区域尽可能配置多种不同原理的保护。

2.2三重化保护配置

在常规HVDC工程中，双重化冗余的主保护能与双重化测量传感器很好地配合工作，提高了直流输电工程可靠性。但是，实际上，常规HVDC工程并没有真正做到从输入／输出回路到SCADA、LAN系统中的所有部分都有双重化冗余，在传感器、线缆等测量和传输回路上故障可能导致不必要的跳闸。为了进一步提高可靠性，在向上特高压直流DCC800系统中采用了三重化冗余的主机和传感器保护。直流保护采用完全“三取二”逻辑方案。交流滤波器、交流母线、开关、线路等保护采用完全双重化配置。闭锁、跳闸和切换信号通过由FPGA硬件实现的“三取二”逻辑来输出，所有的跳闸信号通过eTDM光纤来传送。三重化保护配置需要各测点有3个独立输出，比如一次设备上所有的本体保护出口继电器均提供3副硬接点、直流分压器有3个次级输出等。三重化保护配置较好地解决了非电量保护误动的问题。换流变压器、平抗等本体保护跳闸接点暴露在室外，容易受潮或损坏而误动。当本体保护提供3副跳闸节点、保护出口与电量保护共用相同的硬件“三取二”逻辑时，可避免非电量保护误动。

3DCC800特高压直流输电控制保护系统分析

DCC800是新一代服务于±800kV特高压直流的控制保护系统，有着较高的可靠性。

3.1主机性能

DCC800特高压直流控制保护系统采用了高性能、低热量的传导冷却计算机，系统主机采用自然对流方式进行散热，可有效减少主机上的灰尘堆积。

3.2eTDM总线

常规高压直流MACH2系统中的时分多路复用（TDM）母线是单项母线，实际工作中需采用现代侧脸设备进行测量。两个数字信号点的收集主要采用串联的方式，DCC800特高压直流控制保护系统采用了TDM总线来传输二级制信号（断路器命令、指令、报警等）和模拟信号（电流、电压等）的传输。每根光纤均可对总线信息、同步信号等的采样数据进行处理。eTDM总线的安全性较高，不会在实际工作中产生直流偏移现象，适用于光纤和高速连接中；单根光纤的信号传输需使用10~100Mbit/s带宽，且信号采集频率在0.4~1.0MHz范围内。

3.3控制保护系统分层结构

一般情况下，控制系统环节具有一定的等级层次及环节功能优先级原则划分，通常采用分层结构可帮助工作人员有效掌握特高压直流输电系统，也有利于提高系统的安全性与稳定性。

4特高压直流控制保护系统的保护功能

4.1换流器保护

换流器的保护方式比较多，如换流器的三角侧短路保护、星型侧短路保护，其动作结果为：将相应极紧急闭锁，将相应换流变压器的进线开关断开，高速中性母线开关断开，闭锁触发脉冲。交流过程保护用于长时间超负荷故障的控制，逆变器的短路备用保护，整流器的短路备用保护，在发生短路、交流系统故障、通信问题时避免发生跳闸的情况，通过交流保护能够紧急闭锁相应的极，并断开换流变压器的进线开关。

4.2直流母线保护

直流母线保护常见的有高压直流母线差动保护、中性直流母线差动保护、直流过流保护等，通过这些保护能够实现相应极的紧急闭锁、换流变压器进线开关的关闭、中性母线开关的关闭等，其中直流过流保护应用较为常见，其保护范围能够涵盖整个极，能够作为其他保护方式的备用保护手段。

4.3接地极线路保护

接地极线路保护包括接地极电流不平衡保护、中性母线差动保护、接地极过流保护、过电压保护、金属接地故障保护等，其动作后果有将相应极闭锁、发出报警信号、将运行极闭锁等。

4.4阀连接母线区保护

±800kV特高压直流系统主要利用阀连接母线区保护和12脉动阀组旁路开关，这两组设施主要用于检测接地故障、测量直流电流，并对所测量的两个直流电流测量结果进行比较，若超出标准值，需将恢复跳闸的时间延长。

结语

总而言之，在社会经济发展和人们日常生产生活对电力需求不断增加的趋势下，特高压直流输电系统因其具有的容量大、适用于远距离传输等特点，在我国电网智能化、现代化建设中发挥着重要的作用。而发挥特高压直流输电系统性能和稳定性的关键在于确保控制保护系统的有效性，以提升特高压直流运行方式的多样性与灵活性，所以说特高压直流输电系统的控制保护系统是一个很好的研究内容。

参考文献

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