直流滤波器保护的相关问题.pdf

2 0 1 1 年第5 卷增刊2 2 0 1 1 ，V 0 1 5 ，S u p p l e m e n t2 南方电网技术2 0 1 l 南网技术论坛获奖论文 S O U T H E R NP O W E RS Y S T E MT E C H N O L O G YA r t i c l e sA w a r d e di nC S GF o r u m ，2 0 11 文章编号：16 7 4 0 6 2 9 ( 2 011 ) S 2 0 0 0 6 0 5 中图分类号：T M 7 2 1 1 ；T M 5 3 1 5文献标志码：A 直流滤波器保护的相关问题 余江，周红阳，黄佳胤 ( 中国南方电网电力调度控制中心，广州5 1 0 6 2 0 ) 摘要：自南方电网直流工程投产以来直流滤波器保护多次发生不正确动作，直流滤波器保护的相关问题值得探讨。总结 分析了2 0 0 3 年以来直流滤波器保护的典型案例，分析了保护不正确动作的原因及所采取的改进措施；进而针对糯扎渡、 溪洛渡工程直流滤波器保护。提出需要重点关注直流滤波器保护与高压直流母线保护的配合问题。 关键词：直流滤波器；电容不平衡保护；电流互感器 T h eR e l a t e dI s s u e so fD CF i l t e rP r o t e c t i o n Y UJ i a n g ，Z H O UH o n g y a n g ，H U A N GJ i a y i n ( C S GD i s p a t c h i n gC o n t r o lC e n t r e ，G u a n g z h o u51 0 6 2 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T h em i s t r i pc a s e sh a v eh e p p e n e dm a n yt i m e ss i n c et h eH V D Cp r o j e c t sw e r ep u ti no p e r a t i o ni nC h i n aS o u t h e r nP o w e r G r i d ( C S G ) ，S Oi ti sv a l u a b l et od i s c u s st h er e l a t e di s s u e so fD Cf i l t e rp r o t e c t i o n S u m m a r i z i n gt h et y p i c a lm i s t r i pc a s e so fD Cf i l t e r p r o t e c t i o ns i n c e2 0 0 3 ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ec a u s e so ft h ec a s e sa n dt h er e l a t e di m p r o v e m e n t so ft h ep r o t e c t i o n ，a n df u l t h e r l l O r e ， p o i n t i n go u tt h a ti ti sak e yi s s u ef o rt h eN u o z h a d ua n dX i l u o d up r o j e c t st os o l v et h ec o o p e r a t i o nb e t w e e nD Cf i l t e rp r o t e c t i o na n d H i g hV o l t a g eB u s - b a rP r o t e c t i o n ( 8 7 H V ) K e yw o r d s ：D Cf i l t e r ；c a p a c i t a n c eu n b a l a n c ep r o t e c t i o n ；c u r r e n tt r a n s f o r m e r 南方电网中现有的直流滤波器均为无源直流滤 波器。各直流工程的直流滤波器保护自投运以来， 多次发生不正确动作。近几年的情况为：2 0 0 7 年、 2 0 0 8 年直流滤波器保护的正确动作率为6 6 6 7 、 5 0 2 0 1 0 年直流滤波器无故障。 针对直流滤波器保护运行中出现的各种问题， 采取了一系列改进措施，如退出电容器过负荷保护 高定值段、完善直流滤波器电容器不平衡保护原理、 优化直流滤波器差动保护定值等措施，并在糯扎渡、 溪洛渡直流工程中提出配置独立的直流滤波器电容 器不平衡电流互感器，以提高电容器不平衡保护的 测量误差能力、直流滤波器差动保护高压端电流互 感器由电容器低压端移至高压端以扩大差动保护动 作范围等措施。 1 直流滤波器保护概述 1 1 保护原理 南方电网直流工程中直流滤波器保护通常配置 高压端电流互感器( T I ) 、电容器不平衡保护电流 互感器( 1 r 2 ) 及低压端电流互感器( T 3 ) 。针对不 同的电流互感器装设位置，直流滤波器保护功能所 采用的测量量略有不同，但保护功能完全相同。直 流滤波器保护主要配置差动保护、电容器不平衡保 护、过电压保护、过电流保护及失谐监视等功能各 保护功能对电流互感器的使用情况如表l 所示。 表1直流滤波器保护电流互感器配置表 1 2 保护功能差异 天广直流的直流滤波器保护为南瑞继保的 P C S 9 7 6 D ，贵广I 回、贵广回直流系统的直流滤 波器保护由S I M A D Y ND 硬件平台实现；云广直流 系统的直流滤波器保护由S I M A T I CT D C 硬件平台 实现。各直流工程差异如下： 1 ) 天广直流系统滤波器电容器C l 采用桥形 接线；贵广I 回、贵广回、云广直流系统都是采 万方数据 增1 j2 余汀等：卣流滤波器保护的相火问题 _ L n 彤接线， 2 ) 贵广l 州、贵广I I 回直流系统叶直流滤波 器电容器为内熔丝型，电容器不平衡保护采用r 积 分算法，天广直流l f 直流滤波器电容器为内熔丝刊 不平衡保护采用的是比值算法。云广直流系统中电 容器为无熔丝型，小平衡保护采用了计数器原理。 3 ) 贵广I 同、贵广I I 回直流系统每极都配有2 组直流滤波器，失谐监视功能通过比较两组直流滤 波器t t1 2 次谐波电流的大小作为保护动作依据。天 广直流系统拿站共有3 组，每极同定配置一组，另 一组作为两个极的公共备用，以每组直流滤波器谐 波阻抗的变化作为依据。云广直流系统只有1 组直 流滤波器失谐监视功能未投人，其原理与贵广I H 、贵广回直流系统相同 2 典型误动案例 直流滤波器各组件中电容器的故障率相对较 高，由电容器不平衡保护动作隔离故障点十多年 束在A 流丁程的运行中，直流滤波器电容器不平衡 保护有多次正确动作的实例，但因各种原冈，也多 次发生直流滤波器保护不正确动作 2 1 直流滤波器电容器不平衡保护误动 2 0 0 9 年5 月1 1 日，投入0 2 1 L B 直流滤波器不 成功极直流滤波器c 1 不平衡保护( 6 0 6 1 ) 动 作擞直流滤波器c l0 2 】L BJ ：，l 动隔离。直流滤 波器保护误动波形如刚l 所示。 续雷击，l1 3m s 后直流滤波器差动动作( 8 7 D F ) 。 根据现场故障录波图形可以看出，在直流滤波器保 护动作前，直流滤波器的和电流与低压侧电流存往 短H , j f H J 大量值的差电流( 瞬时最大电流约l0 5l e a ) 。 2 0 1 1 年6 月5 日，楚穗直流极2 发生育流线路 故障，楚雄换流站极I 直流滤波器差动保护( 8 7 D F ) 动作，从录波数据看直流滤波器高侧电流和低侧 电流的差值最大约为1 6 0A ，差流大于制动电流的 持续H , i l n l 约为1 2 2m s ，如图2 所示。 关于直流滤波器差动保护误动原因及改进措施 将在第3 节说明。 f | 1 1 。 图2 “65 ”直流滤波器电流波形屏幕截图 3 直流线路分压器故障导致直流滤波器电 容器不过负荷保护误动 当光纤测量回路存在扰动或瞬时性的故障时， U d l 将突变为一个比较大的值，而软件无法正确判 断f f 此类光纤测量通道的故障，将有r 能导致c l 过负荷保护反时限特性动作。2 0 0 7 年0 1 j j1 7 日肇 庆换流站极H 直流滤波器保护C 1 电容器过负荷保 护动作f 日一次设备无任何异常的情况 直流线路电压分压器在运行中现波动及暂态 数据跳跃f l j4 ：L 理至今还未有定论。直流线路配! 酋 有 过电压保护，“ I I 流线路电压达到较高数值时闭锁 A 流，州样n r 以起到保护电择器的作川，住高举“ 流的后续“流I 碰f | I 小冉使川I U 锌器过负筒保护， 尤J 址高定f | 【段 31板卡故障导致保护误动 2 0 0 9 年lJJ2 81 1 人广f 1 5 f , L 州站饭l lI L 流滤 波器0 2 lL B 篪动保护系统l 的c 从架c c 3 采样模 块拍j 坏造成“流滤波； j ；篪动俅 ：J l 淡动，锁檄I I 3 2 人员误接线 2 0 0 9 l i2 J2 3l i Jj ，公f J I 作人n 万方数据 8南方电网技术第5 卷 安站进行直流系统保护用板卡插拔过程中，误将原 本应该连接至D 0 8 插槽I M 3 1 板卡X 1 模拟量输入 端口的数据线接入至E P 3 1 的X 7 端口，造成直流 滤波器差动保护采样异常，导致极I 直流滤波器两 套差动保护误动，贵广回直流极I 闭锁。 4 电容器不平衡保护误动分析 4 1 保护不正确动作原因分析 直流滤波器电容器不平衡保护不正确动作主要 有以下几方面原因： 1 ) 电流互感器测量误差。南方电网的各直流 工程，直流滤波器电流电流互感器都是按照滤波器 最大电流配置。实际上直流滤波器电流通常都只有 最大额定电流的1 0 左右。以2 0 0 9 年5 月2 8 日现 场观测数据为例，观测期间兴安直流双极稳定运行， 宝安站极2 投入一组直流滤波器，和电流有效值为 9A 左右( 若两组直流滤波器投入，每组直流滤波 器的和电流有效值仅为4 5A ) 。尤其是在贵广I 回、 贵广回直流工程中，直流滤波器电容器不平衡电 流采用的是两个分支电流之差，进一步放大了测量 误差。 2 ) 保护原理缺陷。贵广I 回、贵广回直流 工程，以及改造前的天广直流工程的直流滤波器电 容器不平衡保护都采用的是积分原理。采用积分原 理从一次设备的特定参数而言有一定的优点，以天 广工程为例加以说明。广州站直流滤波器电容器结 构为：电容器单元按照3 5 串2 并的方式联接，每个 电容器单元内部由4 串1 6 并的电容器元件组成， 不平衡电流计算如表2 。 按照原西门子公司提供的设备参数，电容器元 件熔断1 1 个( 不平衡比值0 0 1 5 ) 后，电容器元件 再故障时将无法熔断，并发生一行元件短路故障， 一行元件短路时产生的不平衡电流比值为0 0 0 7 ，小 于电容器元件熔断时的不平衡度。因此，采用比值 法计算时，为保证在电容器元件连续故障后发生短 路时保护能可靠动作，定值只能按一行元件短路时 产生的不平衡电流比值0 0 0 7 考虑( 与电容器元件 损坏8 个时产生的不平衡电流大致相当) ，不能充分 利用电容器元件承受过电压的能力。积分算法的原 理是检测不平衡电流由正变负的跃变过程，能够最 大限度地利用电容器元件承受过压的能力；最大缺 陷在于当测量存在扰动时，会将扰动量逐步积累， 甚至导致保护动作。 4 2 改进措施 考察直流滤波器保护误动的波形，R l l ，T l 在正、 负两个方向快速不规则跳变，这种不规则跳变的波 形并不是c 1 电容器真正故障时的波形，而是由扰 动引起的。现场针对扰动产生的原因进行了深入的 检查，