直流极保护二次回路隐患分析及改进措施

李 浩，杨 勇，张 鹏，韩金涛

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003；2.国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118）

0 引言

直流输电工程具有传送功率大、控制性能好等优点［1］，因此被广泛应用于长距离送电及区域联网中，由于其输送功率大，所以一旦发生直流闭锁故障，对送端电网与受端电网均造成较大的影响［2-3］，因此提高直流输电系统运行可靠性直接关系到整个直流系统及相关交流系统的安全稳定运行。通过分析某换流站直流极保护及其二次回路存在的隐患，阐明保护产生误动的原因，并针对该隐患提出改进建议。

1 直流极保护

直流极保护用于包括直流相关设备的安全稳定运行，具体包括极母线区域、直流线路保护区域、极中性线母线保护区域以及直流滤波器保护区域［4］，直流极保护按照“三取二”逻辑配置，即当3套保护有2套保护动作时，保护动作才能出口，其保护动作行为有：1）切换到备用控制系统；2）移相闭锁；3）换流器功率瞬降；4）断开换流变交流侧开关；5）闭锁交流断路器；6）换流器功率回降；6）极隔离；7）极平衡；8）重合直流场中性开关（neutral bus switch，以下简称 NBS）；9）闭合站内接地极开关（Neutural bus grounding switch，NBGS）及重合 NBGS 等［5］。

直流极保护动作后，将相关动作信号如移相闭锁、换流器功率瞬降、极平衡等信号送至极控系统、极外部停机接口屏、直流站控系统或交流场开关失灵保护屏，执行相关保护动作命令。

2 直流极保护二次回路

2.1 直流极保护二次回路及动作逻辑分析

图1 极Ⅰ极保护功率回降信号出口回路

3套直流极保护装置产生的3路功率回降信号全部送至到极保护屏A、B内的2套三取二模块，三取二模块出口信号经扩展隔离后，分别送至极Ⅰ的2套极控装置和直流故障录波屏。输入至极控系统的功率回降信号经过光耦继电器后，送入极控主机，执行相应功率回降指令。二次回路如图1所示。

以极Ⅰ极保护A出口回路为例，具体回路分析如下：

1）极保护 A、B、C的输出功率回降信号经各自屏内的功率回降压板（LP130）后，送至极Ⅰ极保护屏A三取二模块（D43）。

2）极Ⅰ极保护屏A三取二模块（D43）输出的功率回降信号分别送至光耦继电器K324A、K324B、K324C，以K324A光耦继电器为例，该光耦继电器输出的功率回降信号经LP22“功率回降出口1”压板送至极Ⅰ极控系统屏A内的K242光耦继电器。

3）从K242光耦继电器输出的功率回降信号送至极Ⅰ极控A HCM200主机EB11板卡。当极控系统收到极保护跳闸信号后，如果本极控系统为主系统，则执行本极跳闸命令；若本极系统为备用系统，则会有相关跳闸报文，但现场不执行相关逻辑命令。

2.2 光耦继电器K242

光耦继电器是以光为媒介传输电信号，输入端与输出端完全电气隔离，信号只能单向传输，某换流站采用的光耦继电器由24 V直流供电，即当原边输出为110 V，副边输出为24 V，如图2所示。

图2 K242模块原理

当保护正常运行时，极保护不动作，K242光耦模块原边输入为0 V，副边输出为0 V，极控系统不执行功率回降命令。

当极保护动作时，K242光耦模块原边输入为110 V，实现光触发13—14导通，副边输出24 V，极控系统接收开入IM3.1板卡内动作信号，执行功率回降。

但如果K242光耦模块针脚13—14故障击穿或异常导通时，无论原边有无输入，副边输出信号到极控系统板卡内，如果故障的光耦模块对应的极系统为主用系统，则执行极功率回降。因此，极保护系统二次回路中存在单一元件故障引起直流闭锁或功率异常波动的隐患，同样K324光耦模块故障也存在相关隐患，如表1所示，经排查有极保护有11个信号送至极控系统，如果其中光耦继电器故障，也会引起直流系统功率波动或者跳闸等影响。

表1 直流极保护动作信号

3 改进措施及建议

外部跳闸回路可使用光纤回路传输，可将极保护系统输出的信号转换为光信号，再通过光纤传送至三取二逻辑模块，经三取二逻辑模块判断后，再通过光纤分别送至极控系统，如图3所示。中间环节全部采用光纤传输，减少跳闸回路中串联的其他继电器，减少了故障风险，大大提高了设备运行的可靠性。

图3 极保护与极控联系

4 结语

通过对某换流站直流极保护二次出口回路进行分析，对其二次回路中存在的单一元件故障引起直流闭锁及功率异常波动的隐患提出相关改进建议及措施，为在运的换流站直流极保护隐患排查提供借鉴，同时也为新建换流站的设计提供参考。