特高压直流输电交流滤波器小组检修功能的设计

罗 磊，盛 琰，黄金海，周玉勇，崔佳佳

（1.许继电气直流输电公司，河南 许昌 461000；2.许继仪表有限公司，河南 许昌 461000）

特高压直流输电交流滤波器小组检修功能的设计

罗 磊1，盛 琰2，黄金海1，周玉勇1，崔佳佳1

（1.许继电气直流输电公司，河南 许昌 461000；2.许继仪表有限公司，河南 许昌 461000）

介绍了特高压直流输电工程交流滤波器保护系统的发展，结合溪浙工程特高压直流输电交流滤波器的特点及工程现场实际运行需求，针对交流滤波器小组光电流互感器的硬件特性，通过许继自主开发的软件平台，设计交流滤波器小组检修功能。阐述交流滤波器大组集中化配置中小组光电流互感器故障时，检修功能的实现方法。交流滤波器小组检修功能，对于大负荷运行的特高压直流系统十分必要，可增强系统的可靠性。

特高压直流输电；交流滤波器；光电流互感器；集中化配置；检修

交流滤波器是特高压直流输电系统中的重要设备之一，不仅给系统提供必要的无功，还可以根据灵活的配置滤除谐波［1－2］。

直流输电工程中交流滤波器保护系统最初为滤波器大组保护和小组保护分别独立配置，硬件软件完全独立，测量系统与保护系统为常规冗余的双重化配置［3－4］。随着直流输电系统工程不断发展，国内专家根据工程经验积累，结合工程实际情况，不断完善交流滤波器保护系统。现今交流滤波器保护系统大多为大组集中化配置，集中化配置是由1台保护设备完成大组保护与小组保护，而测量系统与保护系统为“启动＋动作”双重化［5］。

溪浙特高压直流输电工程是以国家电网许继集团自主研发的DPS－3000系统为核心建立起来的，其HCM3000控制保护主机能够完成交流滤波器保护系统集中化配置，做到硬件与软件完全独立的“启动＋动作”双重化［6－8］。

交流滤波器保护系统大组集中化配置减少了屏柜及设备的使用量，减少了电缆的敷设，大大节约了成本，但集中化配置在工程应用上也带来了一些隐患。交流滤波器小组首端光电流互感器（简称光TA）测量设备故障时，既影响滤波器小组保护，又影响滤波器大组保护。通过对交流滤波器保护软件研究开发与不断完善，并结合工程现场实际运行情况，设计并实现交流滤波器保护系统小组检修功能。该功能增强了特高压直流系统的可靠性，同时利于运行与检修人员对交流滤波器设备的运行与维护。

本文将对交流滤波器保护系统、溪浙工程实际运行需求、小组检修功能设计与实现3个方面分析交流滤波器保护增加小组检修功能的必要性。

1 交流滤波器保护系统

交流滤波器保护系统需完成对交流母线引线及滤波器大组内所有设备的保护。保护系统为“启动＋动作”双重化配置，双重化配置的2套系统互为冗余，又相互独立。

溪浙特高压直流输电工程交流滤波器2套保护主机简称为AFPA、AFPB。主机正常工作状态为ACTIVE，当有风扇故障、LAN网通信故障等情况，保护主机会向后台发送轻微故障信号，此时只有告警，保护系统仍可用。若系统存在自检故障、系统通信故障、光TA故障时，保护主机向后台发送严重故障信号，此时保护系统退出运行。

后台系统SCADA界面显示主机状态如图1所示，SCADA界面便于运行人员监测主机状态。绿色方框表示保护主机为ACTIVE，黄色圆圈表示保护主机为轻微故障，红色圆圈表示保护主机为严重故障。若系统同时存在轻微故障和严重故障时，后台系统判断故障严重等级，以严重故障红色圆圈显示。

图1 交流滤波器保护主机状态

集中化配置的交流滤波器保护系统需完成滤波器大组保护及区域内各小组的保护。而交流滤波器保护中大组差动保护及各小组的保护都需用小组光TA参与保护逻辑判断，如图2所示。

图2 交流滤波器保护系统配置

若小组首端光TA的A套测量设备的自身监测机制检测到故障后，通过特殊总线协议将故障状态字送至保护主机AFPA，保护主机AFPA接收到该TA故障状态后，程序逻辑将该TA相关的本套大组差动保护及小组相关保护退出，并给后台系统发送严重故障信号，该套保护主机退出运行。此时该大组保护只有单套保护主机AFPB起作用，直到检修人员将故障处理完毕。这是交流滤波器保护系统对小组首端光TA监视及检测机制的基本功能。

2 溪浙工程实际运行需求

直流输电在发电领域的作用越来越大，仅就上海市来说，多个直流输电线路的引入总功率就占上海市总用电量的10%以上［9］，要求直流系统能够经常满负荷运行。溪浙工程从2014年6月投运以来，大部分时间都处于满负荷运行状态。当直流系统处于满负荷运行时，交流滤波器大组需要对直流系统进行的无功补偿将非常大，除去备用的滤波器小组外，其余小组均处于工作状态。

对于双重化保护系统，虽然交流滤波器保护有“启动＋动作”的出口机制作为双保险，但保护主机只有2套，硬件故障、通信故障等发生的可能性也存在。一次设备无保护运行是不允许的，所以1套保护主机因严重故障退出运行后，只有单套保护主机运行的系统不是非常可靠。

光TA测量设备安装于户外，设备故障后，运行人员和设备厂家检查或更换需要耗费大量时间，这就造成了交流滤波器单套保护可能长期运行。一旦运行单套保护主机也发生严重故障退出保护，滤波器大组将处于无保护运行状态，运行人员将按运行维护要求执行手动切除该滤波器大组操作。若直流系统处于满负荷运行、备用滤波器小组又不足以完成补偿时，只能采取降功率运行，严重影响送电用电。

溪浙工程前期交流场调试过程中，发生光TA设备或配套光纤损坏情况，不仅影响正常调试进度，而且为正式投运带来隐患。根据工程实际运行状况，迫切需要增加交流滤波器小组检修功能。

当该小组首端光TA测量设备发生故障后，交流滤波器小组检修功能需实现：①保护主机可用，能手动切换至非严重故障状态；②保护主机退出相关小组保护，不影响大组内其他小组的运行，该大组保护仍可用；③待故障设备检查或更换完毕后，能进行光TA注流试验且不会使大组差动保护误动。

3 交流滤波器小组检修功能设计与实现

如图3所示，原保护系统接收到光TA故障信号后，退出相关保护，并给后台OWS系统上送严重故障信号，该套保护主机退出运行。

图3 原保护系统光TA故障逻辑

作为保护系统，此设计方案本身并无问题，但结合工程应用会有一定的运行维护风险。

a.检测或更换光TA设备的周期较长，可能造成单套保护长期运行。一旦正在运行的单套保护出现故障，可能对直流系统造成较大影响。

b.光TA设备更换后均需要进行注流试验，一定会造成母线电流和小组电流的不平衡，差流过大时，有可能引起大组差动保护误动。

为避免上述情况产生，硬件设计增加小组检修压板，软件设计根据小组检修压板信号对光TA故障后的处理措施进行了改进。

程序中增加多处信号选择功能，结合小组检修压板的触发信号，将多个压板的信号进行分别处理，增加主机状态上送后台OWS的选择信号，增加滤波器小组高端光TA电流的选择信号。

当小组首端光TA测量设备故障后，暂时退出本滤波器小组保护、本滤波器大组保护、保护主机向后台OWS报严重故障信号。运行人员确认为小组首端光TA故障后，将互为冗余的2套保护屏柜故障小组压板均打到检修状态。

如图4所示，保护主机接收到故障小组压板的置位信号后，通过选择器将小组光TA故障信号1切换为0，送至主机的状态判断，此时主机退出严重故障，保护主机可用。

图4 软件实现组图1

如图5所示，保护主机接收到故障小组压板的置位信号后，与其他轻微故障通过或逻辑送至主机状态判断，此时主机切换为轻微故障，保护主机可用。

图5 软件实现组图2

如图6所示，保护主机接收到故障小组滤波器压板的置位信号后，将故障滤波器小组的光TA电流从现有数值置为0后用于大组差动保护的计算。此时，不会因为滤波器小组高端光TA电流的不正确采样影响大组差动保护功能判断，同时，若需要更换该滤波器小组高端光TA并进行注流试验时，不会使大组差动保护误动。

图6 软件实现组图3

检修压板投入后，后台SCADA界面接收到的主机状态如图7所示，AFPB交流滤波器保护主机从严重故障切换为轻微故障。

图7 检修压板投入后交流滤波器保护主机状态

如图8所示，滤波器小组首端光TA故障后，通过该小组检修压板的投入，配置小组检修功能逻辑框图。通过软件中一系列的逻辑判断，完整实现交流滤波器小组检修功能。

图8 改进后的保护系统光TA故障检测逻辑

设计还考虑到检修过程中若本滤波器大组中再有其他小组首端光TA测量设备也发生故障的处理情况。

当有1台滤波器小组高端光TA故障处于检修状态时，又有本大组滤波器中其他小组高端光TA也发生故障，如图4所示，保护主机收到故障信号后，执行逻辑判断再次退出大组保护，将严重故障信号送至后台，直到运行人员确认故障原因后，将相关光TA滤波器小组压板投到检修状态，滤波器大组保护可用，主机将严重故障信号切换为轻微故障信号送至后台。

检修人员进行首端光TA测量设备的检修与测试，检修工作完成并确认设备完好后，光TA故障信号消失，此时将小组检修压板退出，检修压板退出信号将使保护主机状态由轻微故障转为ACTIVE，所有保护均正常投入运行。

小组检修功能的实现，可有效减小设备故障对系统运行的影响范围，提高系统的可靠性，同时也有利于运检人员对一次设备的检修维护。

4 结束语

特高压直流输电交流滤波器保护小组检修功能的设计与实现，是对一次设备运行特性的有效补充。增强系统可靠性的同时，大大提升了运行操作人员应对问题的可选择性，尤其直流系统大负荷运行时交流滤波器小组一次设备出现故障后，运检人员可采取更有针对性的措施。

此次设计首次应用于溪浙特高压直流输电工程交流滤波器保护中，工程于2014年6月顺利投入商业运行。试运行阶段曾出现过滤波器小组首端光TA测量设备故障的情况，运检人员根据操作规范，可正确无误地实现交流滤波器保护小组检修功能。

交流滤波器保护小组检修功能的设计是针对一次设备缺陷的补救措施。在特高压直流输电重要性越来越高的今天，国内二次继电保护设计越来越稳定、可靠。

［1］赵婉君.高压直流输电工程技术［M］.北京：中国电力出版社，2004.

［2］换流站直流系统保护装置标准化规范：Q／GDW 628—2011［S］.

［3］张爱玲.溪洛渡送电广东同塔双回直流输电工程控制保护策略研究［J］.电力系统保护与控制，2011，39（9）：72－76.

［4］黄金海，冯 雷，李曼丽，等.糯扎渡送电广东特高压直流输电工程直流滤波器C1不平衡保护研究［J］.电力系统保护与控制，2012，40（15）：46－51.

［5］吴庆范，黄金海，张爱玲，等.一种新型三取二逻辑装置及配置策略在高岭背靠背扩建工程中的应用［J］.电力系统保护与控制，2014，42（2）：121－126.

［6］谢开贵，吴 韬，黄 莹，等.基于二分法的高压直流输电系统可靠性最优分解［J］.电工技术学报，2010，25（5）：149－154.

［7］吴庆范，黄金海，张爱玲，等.基于HCM3000平台的高岭扩建工程直流极保护系统实施策略［J］.东北电力技术，2012，33（10）：35－40.

［8］王 徭.特高压直流输电控制与保护技术的研究［J］.电力系统保护与控制，2009，37（15）：53－58，64.

［9］姜 升.特高压直流年度输送电量突破300亿kWh——国网运行公司强化换流站运维与检修［N］.国家电网报，2013－09－04.

Design on AC Filter Sub⁃bank Maintenance Function in UHVDC System

LUO Lei1，SHENG Yan2，HUANG Jin⁃hai1，ZHOU Yu⁃yong1，CUI Jia⁃jia1
（1.HVDC Department of Xuji，Xuchang，Henan 461000，China；2.Xuji Meter Co.，Ltd.，Xuchang，Henan 461000，China）

The development of AC filter protection system in ultra⁃high voltage direct current（UHVDC）is described in this paper based on the characteristics of UHVDC transmission AC filter and actual requirement of project field.For the AC filter sub⁃bank hard⁃ware features of optical current transformer，by applying the Xuji self⁃developed software platform，AC filter sub⁃bank maintenance function is designed.When the AC filter bank of centralized configuration，sub⁃bank of optical current transformer fault，the realization method of the maintenance function are expounded.AC filter sub⁃bank maintenance function is very necessary for large load operation of UHVDC system，it enhances the reliability of the system.

UHVDC；AC filter；Optical current transformer；Centralized configuration；Maintenance

TM721.1

A

1004－7913（2016）06－0041－04

罗 磊（1981—），男，学士，工程师，从事高压直流输电保护软件开发工作。

2016－02－30）