阮思燁，徐志強

(1.國家電網(wǎng)公司運行分公司，北京市，100052;2.北京送變電公司，北京市，102401)

0 引言

目前，我國已建成直流輸電工程有15條，“十二五”期間國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)還將計劃建成15條直流輸電工程，直流輸電已經(jīng)在我國電力網(wǎng)絡中起著重要的作用［1-4］。隨著大批直流輸電工程的投運，直流輸電的運行穩(wěn)定工作顯得日益重要。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在影響換流站穩(wěn)定運行的各類因素中，換流變和平波電抗器非電量保護動作是主要因素之一［5-8］。本文將介紹常規(guī)換流站換流變和平波電抗器非電量保護的配置情況，并對2003—2010年國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)常規(guī)換流站2種非電量保護動作情況進行統(tǒng)計，在此基礎上對保護動作的原因進行分析，提出改進建議，并進一步研究換流變和平波電抗器防誤動的措施。

1 非電量保護配置

1.1 換流變壓器非電量保護

常規(guī)換流站中換流變壓器應配置的非電量保護繼電器及動作結(jié)果如表1所示。

表1 換流變壓器非電量保護配置Tab.1 Configurations of non-electrical protection for converter transformer

1.2 油浸式平波電抗器

油浸式平波電抗器應配置的非電量保護繼電器及動作結(jié)果如表2所示。

2 由換流變和平波電抗器非電量保護導致的直流閉鎖事件統(tǒng)計

2003—2010年國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)在運換流站因換流變和平波電抗器非電量保護動作導致的直流輸電系統(tǒng)停運情況［8］如表3所示。

表2 油浸式平波電抗器非電量保護配置Tab.2 Configurations of non-electrical protection for oil immersed smoothing reactor

表3 非電量保護導致的直流閉鎖事件Tab.3 DC blocking accidents induced by non-electrical protection

從表3可以看到非電量保護動作導致的直流閉鎖共13起，其中正確動作的比例僅為17%，不正確動作的比例高達83%。

3 非電量保護不正確動作的原因及分析

結(jié)合表3可以將保護不正確動作的原因歸納為以下5類，下面對此逐一展開分析。

3.1 選型不當，定值或是跳閘機構(gòu)不合理

(1)2007年4月華新?lián)Q流變分接頭油流繼電器誤動是因為換流變分接開關油道設計、油流繼電器整定等不當造成的。

(2)2010年2月靈寶單元Ⅱ021PB平波電抗器瓦斯誤動的原因是平波電抗器瓦斯繼電器不能避開連續(xù)發(fā)生換相失敗時電流產(chǎn)生的熱效應。

(3)2009年2月高嶺單元2 020B換流變C相分接頭瓦斯繼電器動作是因為繼電器選型錯誤。由于換流變壓器分接開關采用浮球式繼電器，分接頭動作頻繁使得氣體累積過多，導致重瓦斯出口跳閘。

反映出的問題及改進建議:在設計制造階段未根據(jù)設備的實際情況進行研究分析，華新和靈寶的換流站設計在換流變分接開關油路與以往不同，首次應用4 500 A平波電抗器的情況下，仍然沿用以往的繼電器選型;高嶺繼電器選型問題則屬于繼電器選型錯誤，換流變壓器分接開關油流繼電器應采用擋板式繼電器，不應采用浮球式繼電器。

3.2 密封工藝不佳，運行中進水受潮導致二次端子絕緣降低

表3中第7～10項的直流閉鎖事件都是因為處于戶外的非電量保護設備缺乏防雨防潮措施，由于雨水大霧天氣以及晝夜溫差變化等原因，接線盒密封不嚴而進水受潮，如圖1所示。通過統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，二次絕緣低的問題在2006年以前發(fā)生較為頻繁，經(jīng)過近幾年的防雨防潮的整改工作，此類型故障基本不再發(fā)生。

圖1 受潮的壓力繼電器蓋板Fig.1 Moist cover-plate of pressure relay

改進建議:非電量保護戶外接線盒應采取有效的防雨防潮措施，確保不發(fā)生接點進水、受潮等情況;可采取的措施有加裝防雨罩、保持呼吸孔通暢、投入具備溫濕度控制的加熱器或放置干燥劑、保持密封圈完好，接線盒或繼電器蓋板扣合處包防雨膠布，螺絲用力矩扳手緊固等。

3.3 保護動作后果設置不合理

2005年4月政平換流變分接頭壓力釋放閥誤動導致極閉鎖，反映了部分非電量保護動作后果設置不合理。針對設置不當?shù)谋Ｗo，需根據(jù)下列原則［9］進行相應調(diào)整:

(1)變壓器、電抗器、有載分接開關的重瓦斯保護作用于跳閘，輕瓦斯保護作用于信號;

(2)換流變、平波電抗器穿墻套管的SF6壓力低保護整定為一段作用于信號，二段作用于跳閘;

(3)變壓器、電抗器的本體油溫度保護一段作用于信號，二段作用于跳閘，變壓器、電抗器的繞組溫度保護作用于信號;

(4)變壓器、電抗器的壓力釋放保護作用于信號;

(5)變壓器冷卻系統(tǒng)全停保護作用于信號。

3.4 跳閘節(jié)點不應經(jīng)中間元件轉(zhuǎn)接

跳閘節(jié)點應直接接入控制保護系統(tǒng)或非電量保護屏。這么做的目的是為了盡量減少故障環(huán)節(jié)，避免由于中間元件故障導致的直流閉鎖。在2008年5月政平換流站閉鎖事故中，由于中間元件SF6壓力監(jiān)測裝置誤動，導致出口跳閘。

3.5 設備質(zhì)量不合格

表3中第11～13項的直流閉鎖的根本或部分原因是設備質(zhì)量不合格。

改進建議:在設備采購階段，有關方面需嚴格把關;進入運行階段后，運行方需按照有關規(guī)程、標準及繼電保護的要求［9-11］，定期對非電量表計和繼電器進行校核，利用年檢和其他停電機會對非電量保護回路尤其是跳閘回路進行絕緣測量，確保裝置定值準確、動作可靠。目前非電量表計和繼電器校驗還是直流換流站檢修工作一個盲點，出于安全性和可操作性的考慮，只有部分的表計和繼電器進行了定期校驗，建議對于不便于拆卸或是拆卸后易導致密封不嚴的表計，采用對比分析的方式進行檢驗。

4 防誤動措施

抓好設備設計、選型，加防雨罩、定期校驗表計和繼電器等做法對于防止非電量保護的誤動能取得較好的效果，但是，這些方法只是針對保護回路上容易出故障的某個點進行治理，不能完全消除隱患。目前發(fā)生跳閘的非電量保護都是發(fā)生在雙重化設計的系統(tǒng)，與電量保護不同的是，非電量保護無“啟動+動作”、“切換模式”等防誤動措施，回路上任意1個元件誤動都將直接出口，這造成了非電量保護故障頻發(fā)。為防止非電量誤動，需要從以下3個方面進行改進。

4.1 三重化改造

三重化冗余配置采用三取二選擇出口，3個保護回路完全相同，具有其各自獨立的電源回路、信號輸入和輸出回路，具有完整的硬件配置和軟件配置。3個系統(tǒng)同時運行，任意一重保護因故障、檢修或其他原因而完全退出時，不影響其他各重保護，并對整個系統(tǒng)的正常運行沒有影響。圖2給出的是某換流變套管SF6密度三取二跳閘回路。

圖2 三取二跳閘回路Fig.2 Two out of three trip circuit

三重化的保護系統(tǒng)通過雙重化的三取二選擇邏輯電路輸出保護動作信號，至少2個回路起動保護跳閘，非電量保護系統(tǒng)的跳閘信號才能最終執(zhí)行。在1個非電量回路內(nèi)部故障時，自動閉鎖本回路的保護出口，并且該對應系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)為試驗狀態(tài)，三取二選擇邏輯自動切換到單冗余保護配置方式。

4.2 增加附加跳閘判據(jù)

非三重化設計的系統(tǒng)可將報警信號和跳閘信號在軟件中取和后，再啟動跳閘信號，如圖3所示。

圖3 附加跳閘判據(jù)Fig.3 Additional trip criterion

采用該修改措施，單個跳閘接點故障后不會跳閘，且僅當一次設備故障，報警和跳閘節(jié)點同時動作時跳閘信號才能出口，大大降低非電量保護誤動的可能性。目前，宜都換流站直流分壓器SF6跳閘就是采取這種設計思路。

4.3 簡化跳閘回路

部分設備商為了保證該保護不發(fā)生拒動，采取1個跳閘節(jié)點與多個系統(tǒng)交叉連接的設計，建議修改為單對單連接。圖4給出某換流站簡化跳閘回路的技術改造圖例。需要說明的是，多數(shù)情況下非電量保護僅是作為電量保護的后備保護動作，而且簡化后的單個非電量保護至少存在2個獨立的跳閘回路，簡化后保護拒動的可能性基本不存在。

5 結(jié)語

國內(nèi)直流輸電工程的運行經(jīng)驗證明，換流變和平波電抗器非電量保護的動作是造成直流輸電系統(tǒng)強迫停運的重要原因之一。由于缺乏相關的防誤動措施，非電量保護的故障率較高。目前非電量保護的故障多發(fā)生在雙重化設計的直流系統(tǒng)中，原因有選型不當、二次絕緣低、保護出口設計不合理和設備質(zhì)量不合格等。為此需從技術和管理兩方面出發(fā)進行改進，通過三重化改造、增加附加跳閘判據(jù)、開展隱患排查、加強對二次回路的管理、加裝防雨罩以及定期校驗表計和繼電器等方式，將非電量保護故障控制在可承受范圍，實現(xiàn)直流輸電系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

圖4 簡化跳閘回路Fig.4 Simplified trip circuit

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