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摘要: 特高压直流具有输送容量大、距离远、损耗低等优点，是实现中国能源优化配置的有效途径。控制保护系统是高压直流输电工程的“大脑”，对工程整体性能和可靠性有重要影响。文章对特高压直流控制保护系统进行了综述, 从特高压直流控制保护系统的结构分层开始, 介绍了特高压直流控制保护系统的控制与保护功能配置。
关键词: 特高压； 控制功能；直流保护
一、特高压直流控制保护系统的特点
800 kV 特高压直流换流站的控制保护系统的设计原则与 500 kV 常规直流换流站工程
没有本质的区别, 800 kV特高压直流换流站每个极由两个串联的换流单元组成、每个换流单元配置独立的旁通断路器和隔离开关实现该换流单元的自动投退功能, 因此在控制策略、保护分区以及设备的配置上应尽可能保持各个换流单元的控制保护设备和功能的相对独立性, 在满足各种运行方式下的技术性能和功能要求下尽可能方便运行维护人员对控制保护设备的调试、操作和维护。特高压换流站直流控制和保护系统采用基于微处理器以及数字信号处理器的各标准功能模块构成, 系统设备之间通过高性能的工业标准总线或以太网络连接通信。系统的所有硬件和软件均为完全双重化或多重化配置, 并具有完善的内部自检功能和切换逻辑, 保证系统运行的安全性和可靠性, 使设备的维护工作量减到最小。两个极的控制保护系统完全独立, 每一极的高端换流单元和低端换流单元的控制或保护亦完全独立, 某
极或某一换流单元的故障或检修不影响另一极或另一换流单元的运行。
二、直流控制系统的功能配置
特高压换流站直流控制系统的控制层设备在功能上按照 IEC 对分层结构的定义, 分为双极、极、阀组( 换流单元) 配置, 两个极的控制层设备和每极的高、低端阀组的控制设备物理上均完全独立, 分别布置在主控制楼二层极 1、极 2 控制保护室和辅控楼中, 这种功能配置和设备布置方案便于运行和维护人员在日常运行中的操作、调试和维护, 已具有成熟的运行经验。高压直流系统控制层根据特高压直流系统阀组串联的特点, 分为双极控制层、极控制层、换流器控制层, 并在双极和极控制层之间、极控制层和换流器控制层之间配置专用控制网络交换数据。
三、特高压直流保护配置
为了提高特高压直流保护系统的安全性和可靠性, 每一个设备或保护区都至少配置 3 套以上的独立的保护, 每套独立的保护均为性能完善的保护, 使用独立的数据采集单元、通道和电源, 分别组屏安装。双极、两个极和每极的两个换流单元的直流保护配置相互完全独立。
3. 1 换流变保护
实现换流变压器及其联线的主、后备保护。
1) 换流变差动保护
(1) 换流器交流母线和换流变差动保护: 保护范围是从换流器交流母线断路器电流互感器到换流变阀侧电流互感器。
(2) 换流变差动保护: 保护检测换流变从网侧套管上的 CT 到阀侧套管上的 CT 之间的故障。
(3) 换流变绕组差动保护: 保护换流变压器绕组, 使之免受内部接地故障的损害。
2) 换流变过流保护
(1) 保护通过测量换流变网侧电流, 检测换流变压器内部故障, 并以可选的反时限特性动作。
(2) 换流器交流母线和换流变过流保护: 保护测量换流器交流母线电流, 检测换流器交流母线和换流变区域内的故障, 并按照可选的反时限特性动作。
(3) 换流变热过负荷保护: 保护检测换流变压器过载, 测量换流变网侧绕组电流并按照可选的发热时间常数动作。
3) 换流变过励磁保护
保护以变压器制造厂提供的励磁曲线, 选择换流变交流母线电压比值、频率比值及延时, 确定保护整定值。
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4) 换流变压器不平衡保护组
(1) 换流变中性点偏移保护: 检测换流变阀侧交流连接线上的接地故障。
(2) 换流变零序电流保护: 测量换流变中性点电流, 三相电流瞬时值代数和输入保护, 因此保护对零序电流分量敏感。
(3) 换流变饱和保护: 保护的目的是防止直流电流从中性点进入换流变压器而引起换流变压器饱和。
5) 换流变本体保护继电器
主要有油泵和风扇电机保护、油位检测、气体在线检测、油温、压力释放、油流指示、绕组温度、套管 SF6密度和瓦斯保护等。
3. 2 换流器保护
实现换流器的主、后备保护, 本区域主要包括: 在阀厅交、直流穿墙套管之内, 换流器各种设备故障的电流差动保护、过流保护以及换流器触发保护和本体保护等。
1) 电流差动保护组
(1) 阀短路保护。保护晶闸管换流器, 免受故障造成的过应力。
(2) 换相失败保护。减少因交流电网扰动和其它异常换相条件造成的逆变器换相失败次数;保证直流系统设备的安全。
(3) 换流器差动保护( 极差动) 。检测换流器保护范围内的接地故障。
2) 过流保护组
(1) 直流过流保护。防止造成换流设备尤其是晶闸管阀过电流损坏。
(2) 交流过流保护。此保护与直流过流保护不同的仅是监测量为换流器交流侧电流。
3) 触发保护组
阀触发异常保护。检测发出控制脉冲后换流阀是否导通; 检测意外的阀触发。
4) 电压保护组
(1) 电压应力保护。通过联锁换流变压器分接开关, 避免交流电压对所有换流设备产生过高的电气应力, 避免阀避雷器过应力。
(2) 直流过电压保护。防止所有由于分接开关不正常运行或不正常的换流器开路运行。
3. 3 极保护
极保护主要实现单极的直流线路区域、极直流母线区域、换流器旁通断路器和隔离开关区域、高端/ 低端换流器间联线区域、极中性母线区域等区域的主、后备保护。
1) 直流极母线差动保护: 保护的范围是从极母线的直流线路出口的直流电流互感器到阀厅穿墙套管处的直流电流互感器之间的直流母线和设备。
2) 直流中性母线差动保护: 保护范围是从阀厅内中性端的直流电流互感器到极中性母线出口直流电流互感器之间的设备。
3) 直流场差动保护: 保护的范围是从直流极母线出口, 到中性母线出口的直流电流测量点之间, 包括换流器、直流滤波器在内的整个直流开关场, 作为直流开关场接地故障的后备保护。
四、结束语
总而言之，直流控制保护系统是直流输电的“大脑”，是直流输电系统安全、可靠、稳定运行的保障。直流输电保护系统与控制系统关系密切, 它们之间的有效配合才能快速抑制故障发展, 确保系统设备安全, 避免扰动, 迅速恢复系统, 提高运行稳定性。直流控制保护系统将不断更新换代,更新操作系统, 优化应用程序, 软件设计改进等是研究的重点。
参考文献
[1]刘振亚.特高压直流输电技术研究成果专辑[M].北京:中国电力出版社，2011.
[2]孙听，刘泽洪，高理迎，等.800 kV特高压直流工程创新实践[J].中国电机工程学报，2009,29(22):35-45.
论文作者:严慧,杨光中,王昆,胡非
论文发表刊物:《基层建设》2016年17期
论文发表时间:2016/11/29
标签：母线论文; 系统论文; 电流论文; 特高压论文; 设备论文; 故障论文; 单元论文; 《基层建设》2016年17期论文;