朱韜析，王 超

（1.中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣州市，510405；2.浙江電力調度通信中心，杭州市，310007）

0 引言

通信系統(tǒng)是直流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，通信設備運行是否穩(wěn)定、通信通道組織是否合理可靠等，直接關系到直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[1]。直流保護系統(tǒng)需要依靠通信系統(tǒng)傳輸對側的數(shù)據(jù)和信息，以保證快速、準確地檢測到故障，同時應將通信系統(tǒng)故障的影響降至最低，一方面必須避免通信系統(tǒng)故障引起保護誤動，另一方面應合理設置后備保護，確保在故障情況下能夠可靠隔離故障點，同時避免保護誤動。

1 通信系統(tǒng)運行狀況對直流保護的影響

1.1 線路縱差保護

直流縱差保護是切除線路高阻故障的重要手段[2-4]，其工作原理為

式中：Id為直流線路電流；I'd為對側站直流線路電流；Δ1為設定定值。顯然，出現(xiàn)通信故障時，I'd將無法送至本側，因此，閉鎖線路差動保護將閉鎖。

1.2 金屬回線縱差保護

直流輸電系統(tǒng)在單極金屬回線運行方式下，可通過金屬回線縱差保護快速檢測金屬回線上發(fā)生的接地故障[5]，從而通過線路重啟動功能[6]，提高直流輸電系統(tǒng)的可靠性，其原理與線路縱差保護類似[7-13]。顯然，通信系統(tǒng)故障時，金屬回線縱差保護也將閉鎖。

1.3 遠程站故障保護

在通信系統(tǒng)不可用的情況下，若逆變側出現(xiàn)了故障（如逆變器旁通對投入失敗、直流電流不為0），整流側遠程站故障保護能夠可靠閉鎖整流器。顯然，通信系統(tǒng)正常投入時，遠程站故障保護將被閉鎖。

1.4 線路低電壓保護

線路低電壓保護功能通過監(jiān)測直流線路電壓實現(xiàn)。通信系統(tǒng)正常時，可根據(jù)對側站是否有交流系統(tǒng)故障和換相失敗的信號來閉鎖該保護。當通訊中斷時，如果是雙極運行方式，則根據(jù)另一極直流電壓判斷對側站是否發(fā)生交流系統(tǒng)故障，以確保只有在直流線路故障時，該保護才動作；如果是單極運行方式，則加長保護動作延時，與對側站交流故障切除時間相配合。

2 通信系統(tǒng)故障導致直流保護誤動

2.1 故障實例

在某些直流輸電工程中，部分直流保護的開放/閉鎖條件采用了對側設備的位置信號，一旦通信系統(tǒng)故障，這必然將影響到這些保護的功能，甚至可能造成保護的誤動。圖1所示直流輸電系統(tǒng)中，在通信中斷狀態(tài)下將直流系統(tǒng)接線方式由單極金屬回線方式下轉為單極大地回線方式，依次閉合逆變側接地極線路刀閘、斷開逆變側站內接地開關，在閉合整流側金屬回線開關后，逆變側金屬回線接地保護、線路橫差保護動作，故障錄波如圖2所示。

2.2 直流保護原理及其閉鎖判據(jù)

金屬回線接地保護和線路橫差保護均為直流輸電系統(tǒng)在單極金屬回線運行方式下、線路接地故障時的后備保護。單極金屬回線運行方式下，發(fā)生運行極線路和金屬回線線路接地故障時的電流回路分別如圖3、4所示（假設故障點分別為圖中的A、B點），顯然，此時不僅逆變側雙極直流線路電流出現(xiàn)較大差值，同時金屬回線的接地點也將流過較大電流。

2.2.1 保護原理

金屬回線接地保護的判據(jù)為

式中：Id4、Id1、Id2分別為站接地電流和2條接地極線路的電流；Δ2為設定定值。由于逆變側既可采用站內高速接地開關，也可采用接地極作為金屬回線的接地點，因此，該保護對站接地電流與接地極電流之和進行監(jiān)視。

線路橫差保護的判據(jù)為

式中：Id和IdOP分別為本極和另一極的直流線路電流；Δ3為設定定值。

2.2.2 直流保護閉鎖/開放邏輯

圖1所示直流系統(tǒng)中，整流側和逆變側均根據(jù)整流站金屬轉換開關的位置，投入/退出金屬回線接地保護和線路橫差保護：整流站金屬轉換開關合上后，兩側均退出金屬回線接地保護和線路橫差保護；整流站金屬轉換開關斷開后，經延時兩側均退出金屬回線接地保護和線路橫差保護。

2.3 事故過程分析

在圖1、2所述的事故中，隨著逆變側接地極線路刀閘閉合、站內接地開關斷開和整流側金屬回線開關的閉合，極I已轉為單極大地回線方式，極II直流線路雖然處于連接狀態(tài)，但相當于被兩側的接地極以及大地構成的回路所短路，直流電流通過兩側的接地極形成回路。圖2所示曲線表明，在保護動作、投入旁通對前的電流波形也證明了此時的運行狀況無異常。

正常情況下，隨著單極大地回線形成，單極金屬方式下特有的金屬回線接地保護和線路橫差保護不應動作；但由于該試驗模擬通信系統(tǒng)故障，整流側金屬回線開關閉合的信號無法送至逆變側直流站控，逆變側直流站控未能判斷出單極大地回線已形成，所以無法送信號至直流保護系統(tǒng)閉鎖金屬回線接地保護和線路橫差保護，造成了這些保護的誤動。

2.4 改進措施

金屬回線接地保護和線路橫差保護誤動的根本原因是逆變側這兩個保護的閉鎖/開放條件采用了整流側金屬回線開關的位置信號，而在通信系統(tǒng)故障情況下，逆變側將無法可靠閉鎖這兩個保護。

因此，逆變側金屬回線接地保護和線路橫差保護的閉鎖邏輯為：在通信系統(tǒng)異常時，逆變側根據(jù)本站接地極線路刀閘閉合的信號閉鎖金屬回線接地保護和線路橫差保護，判別本站本側接地極線路刀閘分位且本站站內高速接地開關合位置，經延時后投入線路橫差保護和金屬回線接地保護。

3 通信系統(tǒng)故障對系統(tǒng)停運的影響

3.1 逆變側后備保護動作并投入旁通對的影響

通信系統(tǒng)故障、直流輸電工程啟動停運時，設置另一側依靠直流低電壓保護的動作來停運。最初，直流低電壓保護動作后果設置為閉鎖換流閥，逆變側需投入旁通對。調試中發(fā)現(xiàn)，直流低電壓保護動作后果設置不當，啟動逆變側閉鎖且投入旁通對，將引起換流變閥側過壓。在通訊中斷時的手動停運試驗中，直流輸電工程的錄波圖如5所示。整流側手動停運極I后，逆變側經延時后直流低電壓保護動作并投入了旁通對。隨著旁通對的投入，換流變壓器閥側相當于不接地系統(tǒng)出現(xiàn)了一點接地，另外兩相電壓隨即升高，最后依靠其他保護動作斷開換流變交流側斷路器后，才恢復了正常。

考慮到直流低電壓保護僅在通信故障的情況下起作用，保護動作時直流電流實際已降低，是否投入旁通對對閉鎖換流器并無影響，決定逆變側直流低電壓保護動作中取消投入旁通對的功能。

3.2 整流側保護未檢測到故障、逆變側保護動作并投入旁通對的影響

假如在通信系統(tǒng)故障、逆變側保護動作啟動停運、同時整流側保護未檢測到故障的情況下，整流側只能依靠后備保護動作來停運。由于后備保護的延時往往比較長，所以，如果此時逆變側保護動作投入旁通對，將造成逆變側直流短路并維持較長時間，甚至造成其他保護動作。

[2]所述的調試過程中，在單極金屬回線方式下和通信故障的情況下，逆變側線路故障后備保護動作后，投入了旁通對，接著又造成了逆變側閥組差動保護動作，故障錄波如圖8所示。

由圖8可得，逆變側金屬回線的相關保護動作后，由于投入了旁通對，不僅造成瞬間的過流，而且高壓直流母線和中性母線通過旁通對始終導通；同時由于通信系統(tǒng)故障，逆變側發(fā)出的閉鎖命令無法送至整流側，直流輸電系統(tǒng)仍維持一定的電流，最終引起了逆變側閥組差動保護動作。

4 結語

雖然直接受通信系統(tǒng)故障影響的直流保護功能并不多，但某些保護可能采用了對側站的斷路器、刀閘位置信號作為開放/閉鎖判據(jù)，可能會造成這些保護無法可靠開放/閉鎖，甚至導致保護的誤動。對此，建議在設計直流保護功能邏輯時，應盡可能避免采用對側設備信息作為開放/閉鎖判據(jù)，以降低通信系統(tǒng)故障的不良影響。

通信系統(tǒng)故障將對直流輸電系統(tǒng)的停運順序造成一定的不良影響，此時往往需要后備保護動作來停運直流系統(tǒng)，這種情況下，應確保后備保護及其動作策略的及時、準確，防止直流系統(tǒng)長時間運行在不正常的狀態(tài)下。

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