張志宏

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 常州 213000）

0 引 言

國(guó)家電力系統(tǒng)中，特高壓直流輸電發(fā)揮一定作用，其中控制保護(hù)系統(tǒng)對(duì)特高壓直流輸電產(chǎn)生重要影響。在使用直流輸電設(shè)備進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的過程中，應(yīng)該保證傳輸?shù)陌踩€(wěn)定性，同時(shí)不能影響基本的傳送功率。

1 特高壓直流輸電特點(diǎn)

（1）保證傳輸效率和容量需求。隨著電力系統(tǒng)應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)大，傳輸電能的距離和容量也更加規(guī)范化，在此基礎(chǔ)上要求更高的電壓等級(jí)和更穩(wěn)定的輸電效果。特高壓直流輸電滿足了更大的電能需求，因此通過這種方式能夠連接城市建設(shè)的各個(gè)方面，保證整體能源的有效供應(yīng)。（2）節(jié)省線路走廊和變電站占地面積。運(yùn)用特高壓直流輸電能夠提升走廊利用效率。交流輸電方式實(shí)現(xiàn)了電力資源的合理運(yùn)用，因此節(jié)省了城市用地面積，能夠安全輸電至目的地。（3）簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低線路故障的發(fā)生概率。特高壓直流輸電滿足了輸電網(wǎng)點(diǎn)之間的有效連接，同時(shí)減少電纜線的使用。通過這種方式能夠迅速確定故障產(chǎn)生的位置，方便工作人員進(jìn)行檢修，及時(shí)解決問題，保證后續(xù)輸電工作的正常進(jìn)行。

2 DCC800 特高壓直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)

2.1 主機(jī)性能

特高壓直流輸電系統(tǒng)采用傳導(dǎo)性能較高的計(jì)算機(jī)裝置，通過自然對(duì)流開展有效的散熱處理，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 eTDM 總線

常規(guī)高壓直流MACH2 系統(tǒng)中的時(shí)分多路復(fù)用母線是單項(xiàng)母線，運(yùn)用現(xiàn)代化系統(tǒng)設(shè)備測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)采集多個(gè)數(shù)字信號(hào)時(shí)采用串聯(lián)系統(tǒng)的方式達(dá)到測(cè)量數(shù)據(jù)的目的。特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)采用了TDM 總線傳輸二級(jí)制信號(hào)和模擬信號(hào)，滿足了處理總線信息、同步信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)，并有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。eTDM 總線能保障直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，滿足高速連接的需求同時(shí)避免了出現(xiàn)直流偏移的情況，因此應(yīng)用性較高。

2.3 控制保護(hù)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)

針對(duì)控制保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了分層處理，主要是依據(jù)電器的等級(jí)和工作環(huán)節(jié)進(jìn)行分類。為了保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，技術(shù)操作人員應(yīng)該充分掌握系統(tǒng)的輸電情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的故障問題。系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

圖1 控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)

3 特高壓直流保護(hù)配置原則

3.1 設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)特高壓直流保護(hù)配置應(yīng)該遵守如下4點(diǎn)原則，保證設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。第一，設(shè)備區(qū)域的保護(hù)裝置應(yīng)該適用于所有電流運(yùn)行的形式。第二，調(diào)整雙極停運(yùn)效率至最低。第三，配置保護(hù)應(yīng)該以12 脈動(dòng)換流閥組為基本單元，同時(shí)換流器的保護(hù)裝置要處于完全獨(dú)立的狀態(tài)，出現(xiàn)單橋故障時(shí)要立刻退出故障橋，避免出現(xiàn)單級(jí)停止正常運(yùn)行的情況。第四，使保護(hù)裝置的兩極處于完全獨(dú)立的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障情況要立即退出。為了避免出現(xiàn)故障導(dǎo)致停止運(yùn)行的狀況應(yīng)該根據(jù)不同工作原理配置多種繼電保護(hù)。

3.2 三重化保護(hù)配置

為了保證直流輸電工程運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，一般常規(guī)的HVDC 工程中會(huì)設(shè)置雙重化的主保護(hù)和測(cè)量傳感器，達(dá)到保護(hù)直流輸電工程的目的。但HVDC 工程在運(yùn)用的過程中沒有做到所有部分雙重化冗余，從輸入、輸出回路到SCADA、LAN 系統(tǒng)存在一定的缺陷，直接導(dǎo)致了傳感器設(shè)備在使用的過程中受到一定的影響，容易出現(xiàn)異常跳閘的情況。因此，特高壓直流輸電系統(tǒng)采用了多重化冗余主機(jī)和傳感器保護(hù)。其中交流母線、交流濾波器、開關(guān)及線路等保護(hù)裝置采用完全雙重化配置。

4 特高壓與常規(guī)高壓直流控制系統(tǒng)的異同

4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

±800 kV 特高壓直流采用了雙12 脈動(dòng)閥串聯(lián)結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加了旁路開關(guān)，因此控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與普通結(jié)構(gòu)存在一定差別，具體如下。（1）不受時(shí)間和方式的限制，可以從極中增加或移除換流閥。（2）電路兩級(jí)在運(yùn)行的過程中可以執(zhí)行維護(hù)換流閥的工作。（3）當(dāng)極正常起停或換流閥緊急閉鎖時(shí)，可以執(zhí)行旁路開關(guān)及其隔離開關(guān)的特殊動(dòng)作順序控制。（4）極層的電流控制設(shè)備可以使每個(gè)換流閥的啟動(dòng)控制相互獨(dú)立。

4.2 LAN 網(wǎng)安全性

常規(guī)高壓直流輸電工程連接LAN 網(wǎng)采用的是與所有計(jì)算機(jī)連接的方式，而向上特高壓直流工程中串聯(lián)的換流閥采用全新的雙重化實(shí)時(shí)LAN，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)和構(gòu)建防火墻。通過這種方式保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性，同時(shí)也能夠抵御外來人員的病毒攻擊。分片的實(shí)時(shí)LAN 一定程度降低了維修工作的難度。

4.3 主機(jī)穩(wěn)定性

MACH2 板卡產(chǎn)生故障的概率較低，但為了避免出現(xiàn)故障對(duì)主機(jī)產(chǎn)生不良影響，DCC800 仍移除了故障率較高的板卡。向上特高壓直流控制系統(tǒng)采用了冗余主機(jī)，連接A 和B 系統(tǒng)采用光纖連接的方式。傳統(tǒng)的應(yīng)用層軟件不能實(shí)現(xiàn)冗余切換，因此在現(xiàn)有的系統(tǒng)中采取了新的應(yīng)用軟件方案，快速切換和控制A 系統(tǒng)與B 系統(tǒng)間的邏輯，由基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列編程的硬件實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)時(shí)間小于1 ms。

5 特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)功能

5.1 換流器保護(hù)

換流器的三角側(cè)短路保護(hù)、星型側(cè)短路保護(hù)從屬于換流器的保護(hù)方范圍內(nèi)。動(dòng)作結(jié)果為線路產(chǎn)生故障時(shí)，及時(shí)關(guān)閉兩極，斷開變壓器和母線開關(guān)，并閉鎖觸發(fā)脈沖。換流器保護(hù)形式能夠在超負(fù)荷故障的狀態(tài)下運(yùn)行，避免出現(xiàn)異常跳閘的情況。

5.2 直流母線保護(hù)

高壓直流母線差動(dòng)保護(hù)、中性直流母線差動(dòng)保護(hù)都屬于直流母線保護(hù)的范圍內(nèi)。這部分保護(hù)功能能夠在線路產(chǎn)生故障時(shí)及時(shí)關(guān)閉線路兩極和變壓器、母線開關(guān)。其中直流過流保護(hù)應(yīng)用比較頻繁，覆蓋整個(gè)極，是其他保護(hù)方式的備用手段。

5.3 接地極線路保護(hù)

接地極線路保護(hù)動(dòng)作包括中性母線差動(dòng)保護(hù)、地級(jí)電流不平衡保護(hù)、過電壓保護(hù)三種。當(dāng)線路運(yùn)行的過程中出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)裝置能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并及時(shí)封鎖兩級(jí)，達(dá)到保護(hù)線路的目的。

5.4 閥連接母線區(qū)保護(hù)

±800 kV 特高壓直流系統(tǒng)對(duì)接地故障進(jìn)行檢測(cè)，并測(cè)量直流電流，運(yùn)用的是閥連接母線區(qū)保護(hù)和12 脈動(dòng)閥組旁路開關(guān)。得到測(cè)量結(jié)果后對(duì)不同階段的直流測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，最后根據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值相差的情況適當(dāng)?shù)貙?duì)跳閘時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

5.5 接地極引線雙端不平衡保護(hù)

和單端不平衡保護(hù)形式類似，為了形成接地極引線雙端不平衡保護(hù)裝置需要安裝電流測(cè)點(diǎn)，位置處于引線附近的位置。具體的動(dòng)作方程如下：|Idel1-Idel2|＞Iset1U|Idee1-Idee2|＞Iset2。其中，Iset1、Iset2等于接地極總電流乘以比例系數(shù)。接地極引線雙端不平衡保護(hù)的方式降低了系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，保證了直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行。

6 結(jié) 論

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提升了人們的物質(zhì)生活水平，故人們對(duì)應(yīng)用電力有了更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。在這樣的發(fā)展形勢(shì)下，大幅運(yùn)用特高壓直流輸電系統(tǒng)，充分滿足了遠(yuǎn)距離傳輸電力的需求，同時(shí)容量較大。建設(shè)現(xiàn)代智能化電網(wǎng)過程中，特高壓直流輸電系統(tǒng)發(fā)揮十分重要的作用。特高壓直流輸電系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定工作主要是因?yàn)榭刂票Ｗo(hù)系統(tǒng)的有效性，靈活使用多樣化的特高壓直流運(yùn)行方式，一定程度上推動(dòng)了電力系統(tǒng)的進(jìn)步和發(fā)展。