换流站设备原因引起保护动作事故分析

换流站设备原因引起保护动作事故分析

郑景元,王海华,周为国,李文帅

国网上海市电力公司 上海 200120

摘要：本文针对换流站极1单极大地回线转金属回线全压运行方式过程中闭锁进行分析，通过对一次设备的介绍，深入研究了直流闭锁的原因以及保护动作判据逻辑，最终对换流站的运行及维护提出建议。本文对各换流站直流闭锁的研究和技改具有一定的参考价值。

关键字：换流站；直流闭锁；直流保护；闭锁原因；

0引言

高电压直流输电在远距离大容量输电和联网方面具有明显的优势，在我国西电东送和全国电力系统联网工程中起到了重要的作用。近年来，由于交流系统电压扰动、直流脉冲触发异常及其它设备问题，已造成全国换流站闭锁一百来次，其中单极闭锁占绝大比例[1]。闭锁后对交流网侧的影响以及功率损失甚至切机组都是对电网很大的冲击，因此对直流闭锁的原因分析以及采取相应的整改措施相当重要。

1概述

1.1 故障前运行工况

    直流极2极隔离，极1单极大地回线全压运行，功率1100MW，交流场四串正常方式合环运行、5612、5621、5622交流滤波器运行。

极1转金属回线顺控操作过程中，极1金属返回产生、对站0040开关合闸时，后台OWS报极1直流极保护A/B发后备站接地过流保护跳闸、双极中性母线差动保护跳闸、直流线路故障再启动动作瞬时复归，极1双极中性母线启动移相闭锁，极1VDCL动作，5012开关、5013开关跳闸锁定，保护启动极1极隔离，极1故障停运，损失负荷1100MW。

1.3事件记录

表一

由事件记录可以看出，发出极1大地回线转金属回线指令后，双套控制主机显示051217、00401、05122均已操作到位，大地回线转金属回线成功。此时极1极保护A、B套保护主机后备接地过流保护和双极中性母线差动保仍动作出口，初步猜测00401（金属回线转换刀闸）位置节点未到位引起保护动作的可能性较大。

2故障检查及原因分析

2.1 一次设备检查

现场检查直流场双极区域，重点检查0060、00501、00401、0010、0020开关/刀闸之间区域，无异常。

2.2 二次设备检查

现场检查极1保护室内极1直流极保护A屏、极1直流极保护B屏，装置跳闸绿灯亮，RB1室5012开关保护屏、5013开关保护屏三相跳闸红灯亮。零磁通测量屏EATHERCAT转换模块通信传输无异常、DCC800测量主机无异常。

进一步检查发现极1直流极保护A/B屏内00401刀闸开入量继电器K228，发现A/B屏内部K228继电器未点亮，C套保护屏内K228继电器点亮。

2.3 直流保护系统原理

直流保护系统采用三重化冗余配置，采用三取二选择出口的概念。每一重直流保护系统具有其各自独立的电源回路、测量互感器的二次线圈、信号输入、输出回路。三个系统同时运行，任意一重保护因故障、检修或其他原因而完全退出时，不影响其他各重保护，并对整个系统的正常运行没有影响。

三重化的直流保护系统通过双重化的三取二选择逻辑电路输出保护动作信号。双重化的三取二选择逻辑电路分别安装在直流保护系统1和直流保护系统2，直流保护系统3上无三取二选择电路。三重直流保护系统都工作正常时，至少两个系统启动保护跳闸，直流保护系统的跳闸信号才能最终执行。在任一个直流保护系统内部故障时，自动闭锁本系统的保护出口，三取二选择逻辑自动切换到单冗余保护配置方式，输出信号将一对一传输[2]。

2.4 故障原因分析

双极中性线差动保护判据：

Δ=IDNE1-IDNE2-(IDEL1+IDEL2+IDGND+IDME)，单极运行方式下，Δ>75A，t=1s后报警；Δ>150+0.1*(IDNE1-IDNE2)，t=150ms移相重启，t=600ms紧急停运。

站接地过流后备保护判据：

Δ=IDNE1-IDNE2-IDME-IDEL1-IDEL2，单极运行方式下，Δ>150A，t=1s报警；Δ>250A，t=2s紧急停运。

按保护逻辑，如下图9所示，在极1金属回线运行时，正常只有IDNE1（流过0010开关的电流）、IDME（流过00401刀闸的电流）两个电流量，由于极1直流极保护A、B未收到00401刀闸合闸信号， 导致双极中性线差动保护A、B两套保护在判据中将IDME电流作为0值计算，A、B套保护均动作，经“三取二”逻辑出口，最终造成双极中性母线差动保护、站后备接地过流保护动作

[3]。

判断此次闭锁原因为：金属回线00401刀闸的两付合位付接点未正常开入给极1直流极保护A、B，导致双极中性母线差动保护、站后备接地过流保护动作后极1闭锁。

3暴露出的问题

（1）直流保护涉及电流量运算时，会考虑系统运行方式来选择电流或者屏蔽电流，尤其是IGND、IDME、IDEL1/IDEL2这类电流量，判据是刀闸位置、站控开给保护的状态量等，并且在不同保护中判断条件不尽相同。刀闸动作不到位可能会引起电流差动类保护动作。

（2）站控信号开至极保护的时延，与直流保护延时的配合，需进一步分析。大地运行方式转金属运行时，最后对站0040合、0030分，在0040合闸（触头接触）后金属回线中便已分流（Idme有数值），0030分完成后，站控的“金属回线运行”状态信号才开入极保护，中间的时间差超过了保护动作时间，会导致极保护程序中的部分逻辑失效。

（3）直流场年度大修中，需针对0060、00401、00500开关刀闸，以及其他开关刀闸的辅助触点情况进行详细验收，确保备用接点也能够可靠运行。

4反措及建议

1、加强对直流场开关、刀闸接点回路的运维检修工作。开关、刀闸检修或操作后，除在OWS后台核对测控接点送来的设备分合闸信号外，增加核查保护接点送至保护屏后的对应继电器灯指示状态。另外，对备用接点是否到位也进行检查。

2、若直流场开关、刀闸送至一套保护的合位接点已经不到位，在处理或采取临时措施前，禁止进行运行方式转换操作。

3、若直流场开关、刀闸送至一套保护的合位接点已经不到位，为避免在运行方式转换操作时又出现新的合位接点不到位而直流闭锁，考虑以下预防措施：

（1）使用备用接点。

（2）将异常合位接点与送往故障录波或备用测控系统的一副正常合位接点进行调换。

4、对各站使用了开关刀闸位置的保护进行排查，检查接点情况及单一接点故障后果。

参考文献

[1]苏宏田, 齐旭, 吴云. 我国特高压直流输电市场需求研究[J]. 电网技术, 2005, 29(24):1-4.

[2]赵婉君. 高压直流输电工程技术[M]. 北京:中国电力出版社, 2004, 30

[3]杨雄平,李扬絮. 电力系统保护与控制[J]. 南方电网直流闭锁故障时受端系统电压稳定问题分析, 2008, 36(22):40-43.