【摘要】本文對MACH2系統(tǒng)非電量“三取二”保護進行了研究分析，通過與現(xiàn)有的幾種非電量保護進行對比分析，并結合生產(chǎn)實際，提出在江陵換流站進行非電量保護改造，并通過現(xiàn)場試運行證明了方法的可行性。

【關鍵詞】非電量保護;單重化;雙重化;三取二

1.引言

換流變壓器和平波電抗器是高壓直流輸電系統(tǒng)的核心設備，除了設置電量保護作為保護，同時還設備了數(shù)量眾多的非電量保護。非電量保護作為換流變和平抗的重要保護，可直接出口跳閘，其可靠性尤為重要，處理非電量保護的優(yōu)化設置問題有利于提高保護系統(tǒng)的可靠性[1]。

為了提高換流站非電量保護的可靠性，根據(jù)國家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技術部要求，湖北電力公司在2012年對江陵換流站實施了非電量保護的三取二改造。通過對已有的幾種非電量保護設計方案進行分析對比，并結合江陵換流站的實際情況，確定了完全雙重化的功能三取二保護方案，實現(xiàn)了江陵站換流變和平抗設備的瓦斯、油流等非電量繼電器的三取二改造。實現(xiàn)“三取二”保護方案極大地提高了高壓直流輸電系統(tǒng)的可靠性，有效降低了換流站非計劃停電的幾率。

2.現(xiàn)有的幾種非電量保護配置方案

（1）非電量保護單重化方案

在早期的高壓直流輸電工程中，對設備非電量保護的重要性認識不足，設備的非電量保護主要是采用單重化的保護設計。圖1為單重化保護的原理圖。

圖1 單重化保護的原理圖

單重化保護配置方案中，從設備非電量繼電器（如換流變本體瓦斯繼電器）接點來的信號進入非電量保護裝置，經(jīng)過保護裝置重動后出口跳閘及報警信號。

單重化保護配置存在明顯的缺點：

1）非電量繼電器單一接點的誤動將導致跳閘出口，引起直流系統(tǒng)非計劃停運。

2）任意單一保護元件（如繼電器、非電量保護裝置、信號電纜等）的故障，將導致直流系統(tǒng)的拒動或誤動。

國家電網(wǎng)公司統(tǒng)計了2002年以來高壓直流輸電工程因換流變壓器非電量保護誤動導致直流系統(tǒng)非計劃停運的情況，統(tǒng)計研究結果表明，換流變壓器非電量保護誤動的重要原因之一就是非電量保護邏輯設計不合理，缺乏防止誤動的措施[2]。

（2）非電量保護雙重化方案

由于單重化保護配置在實際運行中存在明顯的缺陷，因此高壓直流輸電工程一般采用非電量保護雙重化配置方案。非電量保護雙重化方案的原理圖如圖2所示。

圖2 雙重化保護的原理圖

雙重化保護配置方案中，利用擴展繼電器對設備非電量繼電器的接點信號進行擴展，分別送至兩套獨立的非電量保護裝置，兩套獨立的非電量保護裝置對繼電器接點信號進行邏輯判斷并出口跳閘和報警信號。

雙重化保護配置比單重化保護裝置增加了一套保護裝置，使得保護防拒動的水平得到了極大的提高。

（3）非電量三取二保護方案

直流系統(tǒng)的重要性要求保護具有極高的防誤動和拒動的能力[3]，而“三取二”保護邏輯具有較高的可靠性，因此在目前的高壓直流輸電系統(tǒng)中非電量保護更多地使用“三取二”配置方案。在“三取二”保護配置方案中，設備的非電量繼電器至少提供三副獨立的跳閘接點，保護裝置對接點信號進行判斷，三副接點中至少有兩副接點動作，才出口跳閘。

采用“三取二”保護方案，當一副接點誤動作時，保護并不出口跳閘，因此能有效防止保護誤動。當其中一副接點因故障而不動作，此時如果另外兩副接點正常動作，保護仍能正確出口跳閘，因此能有效地防止保護拒動。

目前工程中采用的典型的“三取二”保護方案分為出口三取二和功能三取二兩類。

1） 出口三取二

出口三取二的原理圖如圖3所示。在出口三取二保護配置方案中，設備的每一個非電量繼電器（如換流變的本體瓦斯繼電器和有載調(diào)壓瓦斯繼電器等）提供三副跳閘接點，每副接點信號分別上送至三套同樣的非電量保護裝置中，每一臺保護裝置對每個繼電器發(fā)送的一副接點信號進行開入處理并出口保護。在三臺保護裝置的出口配置有“三取二”模塊，對三臺保護裝置的出口信號進行邏輯判斷，若同時有兩臺保護裝置出口跳閘，則出口跳閘。

圖3 出口三取二保護的原理圖

2）功能三取二

功能三取二的原理圖如圖4所示。在功能三取二保護配置方案中，設備的每一個非電量繼電器提供三副跳閘接點，設備所有繼電器的三副跳閘接點同時上送至“三取二”非電量保護裝置。保護裝置對開入的接點信號進行邏輯判斷，只有當同一個非電量信號的三副接點中至少有兩副接點動作時，保護裝置才出口跳閘。

圖4 功能三取二保護的原理圖

與出口三取二方案相比，功能三取二方案具有以下優(yōu)點：

可靠性更高。兩種方案均能有效防止同一繼電器其中一副接點誤動作而導致的保護誤動作。但是當設備兩臺不同的繼電器同時有一副接點因故障而誤動作時，出口三取二會發(fā)生保護誤動作，而功能三取二不會因此而誤動作，因此放誤動的可靠性更高。

因此在實際工程應用中普遍采用功能三取二方案。

實際工程中，為體現(xiàn)換流變壓器非電量保護的靈敏性、選擇性、可維護性和高可靠性，一般采用完全雙重化的“三取二”邏輯保護配置方案?；诠δ苋《耐耆p重化三取二方案的原理圖如圖5所示。

圖4 電源三重化保護的原理圖

使用完全雙重化三取二方案，非電量保護的三副接點同時分別送入兩套相同的三取二非電量保護裝置，兩套保護裝置獨立進行三取二判斷，并出口保護信號。當其中一套三取二非電量保護裝置發(fā)生故障拒動，另一套保護裝置仍能正確出口保護，能有效防止保護拒動。

3.工程應用

江陵換流站非電量三取二改造方案：

進行非電量保護改造前，江陵換流站的換流變、平波電抗器等設備的非電量保護存在瓦斯繼電器可靠性差、油流繼電器存在誤動隱患等問題。另外換流變、平抗非電量繼電器僅有兩副跳閘接點，繼電器的任一跳閘接點動作均使會直接出口，繼電器和裝置故障導致單極閉鎖風險較大。根據(jù)國家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技術部要求，湖北電力公司在2012年換流站年度大修期間，實施江陵換流站非電量保護改造。

圖5 改造前非電量保護圖

圖6 改造后非電量保護圖

為提高瓦斯和油流繼電器動作可靠性，江陵換流站計劃更換為具有三副獨立跳閘接點的瓦斯和油流繼電器，采用三取二出口模式，從源頭及保護邏輯兩方面徹底消除非電量保護繼電器單一接點故障誤動隱患。

改造中計劃對原有的繼電器進行更換，對非電量保護邏輯進行改造，包括回路改造、增加板卡、更改程序?qū)崿F(xiàn)三取二功能。

改造前的非電量保護原理圖如圖5所示。改造前設備非電量繼電器有兩副跳閘接點，上送ETCS（Electronic Transformer Control System），經(jīng)保護邏輯判斷后，上送極控制保護屏PCP，出口跳閘和報警。其中任何一副接點動作，保護都將出口跳閘。

改造后的非電量保護原理圖如圖6所示。改造后設備非電量繼電器有三副跳閘接點，接點信號上送ETCS，在ETCS內(nèi)經(jīng)過三取二邏輯判斷，只有當繼電器的至少兩副接點動作，才上送跳閘信號至PCP，出口跳閘和報警。繼電器僅一副接點動作，保護不出口跳閘。

4.總結

高壓直流輸電中換流變和平抗等設備的非電量保護“三取二”方案，能有效降低非電量保護誤動、拒動的概率，是現(xiàn)階段高壓直流輸電系統(tǒng)非電量保護冗余方式的較好選擇。

通過對已有的幾種非電量保護設計方案進行分析對比，并結合江陵換流站的實際情況，對江陵已有的非電量保護進行了三取二改造，大大降低了換流站非電量保護非計劃停運概率，增加了直流系統(tǒng)運行可靠性，確保了跨區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]曹志輝，彭春燕.變壓器非電量問題分析[J].變壓器，2010，

47（8）：51-54.

[2]楊振東，寧波，譚靜.換流變壓器非電量保護誤動原因分析及解決措施[J].華中電力，2010，23（5）：52-55.

[3]Bie Z H.Integration ofAlgorithmic and Heuristic Tech2niques forTransition2optimised Voltage andReactive Pow2erControl[J].IEEE Proceedings on Gener， Transm andDistrib，2006.

作者簡介：曹亮（1975—），男，工程師，長期從事直流控制保護系統(tǒng)的研究工作。