4. 2. 2 南瑞公司

       南瑞公司直流极保护也按双重化配置。直流极保护有各自独立的电源回路、测量互感器的二次线 圈、信号 I/ O 回路、通信回路、主机, 以 及二次线圈 与主机之间的所有相关通道、装置和接口。任意一套保护因故障、检修或其他原因而完全退出时, 不影 响另外一套保护的正常运行, 并对整个系统的正常 运行没有影响。

保护正常运行时系统 A 和 B 都在 A ct ive 状态。2 套保护同时运行, 任意一套动作可出口, 保证安全 性。当单一元件故障时, 每套保护采取一定的措施 保证单一元件损坏时本套保护不误动, 从而保证可靠性, 并 不进行切换。例如, 对于中性母线差动保 护, 首先判断传感器( 电流互感器回路) 是否正常, 若 异常则闭锁保护。

4. 2. 3 两种方式的比较

对于 A BB 公司的保护而言, 避免单元件故障导 致闭锁的方法是通过保护切换, 使非故障系统进入 运行状态, 从而达到闭锁保护出口的目的。它没有采用国内已普遍使用的当测量元件故障时闭锁本系 统保护的理念。龙政 直流( 完全采用 A BB 公司技 术) 有些快速电气量保护, 如换流器保护、交流母线 和换流变保护等, 并不进行系统的切换, 若其测量回 路上的板卡发生故障, 由于没有单元件故障闭锁保 护措施, 有可能导致其测量值出现极大偏差, 直接导 致保护误动而 引起直流 闭锁。例 如, 2008 年 7 月9 日, 龙泉站因极 ( 控制保护 B 系统 P S 801 板卡故 障导致换流变大差动保护动作, 极 ( 闭锁。

4. 3 传感器单元多重配置

传感器多重化配置时, 多路测量值信号可以相 互比较, 若差别超出允许范围则判为测量异常。有 些传感器可以根据正常的测量值范围来判断其是否 正常工作。例如, 当阀温度计测温高于 80 . 0 + 或者 低于- 20. 0 + , 可以确定为测量异常。若保护检测 到测量异常或装置故障时可闭锁或退出本保护。若 保护为三重化配置, 动作策略由" 三取二 变为" 二取 一 , 若再有一套保护闭锁或退出时, 动作策略则变 为 " 一取一 。若保护为双重化配置, 退出一套保护后, 另一套可以单独出口。当处于 A ct ive 状态的控制系统检测到 测量异 常或 系统 故障时, 则 切换 至 S tan db y 状态。原来处于 S t and by 状态的控制系统 则转为 A ct ive 状态。

控制保护本身板卡或其他内部故障, 通常只能 由该系统自检来发现, 需要每套系统有完善的自检 功能, 一旦检测出来则进行控制系统切换或保护闭 锁, H V D C 输电系统可以正常运行。

5 高岭站保护三重化过程中遇到的问题

高岭换流站单元 1, 2 直流正负极母线分别配置 组合式直流电流/ 电压互感器, 用来测量直流极母线 的直流电压和电流, 分别供每个单元的 2 套直流极 控制、3 套极保护系统 和直流故障录 波装置使用。 由于高岭换流站直流极母线电流、电压值只能由配 置的 2 个传感器测量, 无法通过其他量计算, 因此直 流电流/ 电压传感器的可靠性直接关系到直流系统 的安全稳定运行。

组合型直流电流/ 电压传感器通过其内部远程模块 IX9 001, 将一次侧直流极母线电流和电压转换 为光信号传送给直流电流/ 电压变换器( curr en t an d volt age t ran sf ormer fo r d irect curr en t , DCCT ) 接口屏内的数据模块 IX 9004 。由 IX9 004 将来自多个远 程模块 IX 9001 的数据 信息组合为光 串口信号, 并 通过光纤 分线 器 连接 发 送到 2 个 模 拟输 出 模 块 IX 9006 中。IX9 006 接收来自 IX900 4 的光学数据, 并将这些数据转换为模拟电压信号输出。以阀厅为 例, 高岭站改造前电流电压信号传输路径如图 2 所示。

由图 2 分析可知, 单元 1 的 IX90 04 故障或数据 模块到光纤分线器间光纤损坏时, 单元 1 极控制系统屏 A 、单元 1 极保护屏 A 、单元 1 极保护屏 C 接收到单元 1 阀厅正负极母线的电流、电压信号将同时 故障; 同时, 单元 2 极控制系统屏 A 、单元 2 极保护 屏 A 、单元 2 极保护屏 C 接收到单元 2 阀厅内正、负极母线的直流电流、电压信号也同时出现故障, 将会 出现双单元闭锁的严重后果。

针对以上分析, 提出如下改造方案: 1、增加直流电流/ 电压输出回路, 2 个换流单元的 3 套极保护完全独立; 2、 组合式直流电流/ 电压传感器端部增加远 程数据模块, 将每 个传感器独立 输出 3 路 模拟量;3、 每个 单 元 新 增 一面 D CCT 屏 ( 屏 内 包 括 2 个 IX9 004 和 1 个 IX90 06) , 用来接收传感器端部新增 远程数据模块发出的电压、电流信号。

6 相关建议

1) 对于保护双重化配置, 传感器单元件配置及 换流变、平抗等设备本体保护单元件故障误出口等 问题, 在后续的直流工程中, 要减少或杜绝单元件配 置情况, 做到控制保护所有回路的完全双重化, 提高 H V D C 输电各项指标。对于要求高可靠性的工程, 例如核电送出工程, 建议将控制保护三重化。

2) 从 防 止 误 动 的 角 度 上 考 虑, 建 议 对 龙 政

H V D C 系统( A BB 技术) 等引 入宜华 H V D C 系统 ( 南瑞技术) 保护设计理念, 修改相关软件, 对于一些 快速的且不需要进行系统切换的电气量保护, 在其电气量发送的 PS 860 板卡内设计遥测量检测程序。 若检测到遥测量出现极大偏差或板卡故障, 则应立 即发出遥测量不可用信号, 从而快速闭锁保护, 避免 保护误动作。目前比较可行的方法是修改软件, 一 旦 P CP 系统检测到板卡故障, 就用此检测所得的故 障信号先行将相应保护闭锁, 这样也间接达到了避 免测量板卡故障所导致的保护误动作或直流误闭锁 的目的。

3) 在 H V DC 控制保护系统单系统进行维护和 板卡更换工作时, 工作过程中无法保证运行系统的 冗余性, 由于当前 系统处于" 测试( T ES T ) 不可用 状态, 若此时另一系统也发生紧急故障, 则会由于无 可用系统而导致直流闭锁。预控措施是: 1、加强维 护人员对系统的熟悉和培训, 提高维护人员的维护 技能水平, 尽量缩短作业时间。 2、 定期清查备品, 确 保关键设备的备品足够。3、对于部分库存不足的关 键备品尽快联系购货渠道, 并购买落实。 4、有些换 流站极控 M C2( M ain Comp ut er 2 ) 主机没有独立的 键盘、鼠标及监视器, 给抢修工作带来不便, 这一方 面延长了工作时间, 另一方面需要来回拔插线缆, 可 能误碰光纤。建议对 PCP 屏柜加装多计算机切换器( K V M ) , 即能够实现用一套键盘、显示器、鼠标来 控制多台设备, 这样可以方便维护, 缩短作业时间。5、对换流站所有的备用板卡( 如 PS 900 板卡等) 预 先装载好程序, 完成所有参数设置, 故障处理时做到 即插即用。

解决此问题比较彻底的方法是将控制保护系统 完全三重化, 这样在一套系统维护时, 即使有一套系 统由于发生紧急故障而退出运行, 这时" 二取一 动 作策略变为" 一取一 , H V D C 输电系统可以继续运 行。

4) 在后续的 H V D C 工程中, 推荐 将保护三 重 化。换流变或平抗的招标文件上, 建议要求其一次 设备上所有的本体保护出口继电器均提供 3 副硬接 点, 保护系统则采取" 三取二 逻辑, 这样既可防止本 体保护误动, 也可防止本体保护拒动, 从而有效避免 了换流变和平抗单元件故障所导致的直流误闭锁。

7 结语

本文介绍了 H V DC 输电控制保护双重化及三 重化的概念及实现原理, 分析了 3 起因测量装置或 传感器没有完全双重化而造成停运的事故, 比较了 A BB 公司和南瑞公司的避免单一元件故障 造成停 运的解决方案。在此基础上, 建议对采用 A BB 技术 的换流站引入测量板卡故障时 闭锁相应保护 的理 念。对于保护双重化配置, 传感器单元件配置及换 流变、平抗等设备本体保护单元件故障误出口等问 题, 提出后续工程尽量做到控制保护所有回路的双 重化, 减少 H V D C 输电非计划停运次数。

对高岭换流站保护三重化过程中遇到的问题及 解决方案进行了较深入的研究, 指出目前" 三取二 保护逻辑应用并不普遍, 一次设备往往只考虑满足2 套保护配置的要求。在将" 三取二 保护逻辑接入 为 2 套保护提供输入/ 输出的一次设备时, 存在单一 元件故障导致直流闭锁的隐患, 从而降低 H V DC 系 统可用率。建议后续工程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。

本文对现有换流站的停运隐患分析及控制保护 改造方向有一定的指导意义和参考价值。

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