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直流输电系统换流站保护适应性分析及优化方案研究

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摘要:在直流输电系统运行时,换流站有效保障了电网运行的安全性与可靠性。但换流站保护系统设计方案,若不能达到系统的保护标准,则无法发挥出换流站的工作价值。本文就直流输电系统换流站保护适应性分析及优化方案研究。

关键词:直流输电系统;换流站;保护适应性;优化方案

引言:

在直流输电系统运行时,由换流站与线路保护提供安全稳定的运行环境。其中换流站主要通过阀短路、直流过压保护、直流过流保护、阀直流差动等技术方式进行系统保护。

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研究对象

我国南方某直流输电换流器保护系统,采用德国企业设计的SLMADYND数字式控制系统,该系统主要有自由模板式、可编程控制系统、多CPU控制、多任务处理等优势。

其中的主处理模块是PM4,信号处理模块EP3,储存模块MM4,光接收模块IO3,光能量模块LM3,通讯模SS4等。为了保证该系统运行的可靠性与安全性,配置了三套直流保护系统。但在实际运行使用过程中仍出现了部分故障,降低了该系统使用的可行性。通过对该换流站相关故障的保护适应性分析,进而找出故障诱发的主要因素,并提出相应的优化改进方案,提高该换流站保护系统的运行可靠性,保证该区域电网运行的安全与稳定[1]。

二、换流站保护适应性分析

(一)板卡故障

板卡故障是该换流站的常见故障之一,分析其诱发因素可知,由于该换流站需要对高电压的直流系统进行换流处理,换流站的设备控制柜的整体散热性能较差,设备所处的位置潮湿,板卡的生产质量差等客观问题的存在,导致了换流站保护系统经常出现板卡故障,降低了换流站的整体运行安全性。该换流站出现故障频率最高的板卡,分别是换流站的通讯接口SS52与光能量模块LM3。在后续优化换流站系统时,需要对其设计技术方案与相关条件进行一定的优化改进。

(二)数据测量故障

在直流输电系统的换流站运行时,数据测量工作出现了较多次数的问题。在2018年,该换流站的保护系统则发生了10次以上的数据测量问题,其中有8次数据测量出现故障之后,瞬间故障自动消除,换流站的各项工作恢复正常。其余2次则需要拔掉通道光纤的接口,强制使得换流站重启,才可以消除相关故障恢复系统的正常运行。

在换流站保护系统当中,EP3板卡的功能设计主要是进行信号处理,该板卡采集的数据,在光接收板卡IO3的光电转换之后得到相关的数据信息。其中LM3板卡主要负责向光电信号转换提供所需能量。但是当该板卡的奇偶性效验位时,出现了错误,则无法接收到相关信号,此时该板卡则会自动闭锁,导致信号无法完成转换与传输。

在出现该测量数据故障之后,故障性能会传输到EP3板卡。此时系统发出的故障警告,升级为系统安全警告,严重的影响到了换流站保护系统运行的可靠性。因为一旦发出系统保护警告时,很可能会引发直流输电系统出现断电技术保护动作,如在2012年该换流站则由于保护系统出现警告,造成了输电系统紧急停运的事故,不仅给区域电网造成了一定影响,同时降低了换流站保护系统的工作可靠性与稳定性[2]。

三、优化方案研究

(一)阀开关的升级

为了提升该换流站保护系统的运行可靠性,需要对相关的阀开关进行升级更换,如冷却系统阀、阀基电子设备、变压器等。通过阀开关的升级改造,可以很好的提高系统保护的质量。同时在保护系统内部增加跳闸回路接口阀,以保障内部跳闸技术保护动作的可靠性。

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出口压板的增设

由于该换流站保护系统没有设计跳闸出口压板,因此在跳闸之后部分设备无法恢复保护状态,必须通过储存模块MM4的端子才可以恢复相关保护状态,给抢修人员的工作开展造成了一定难度。在对其设备系统进行优化改进时,可以尝试在高峰阶段,安装相关的跳闸出口压板,提高保护系统运行的安全[3]。

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励磁回路的设计优化

在直流换流器保护系统当中,大多数的励磁设备都是采取常励磁的技术方案。该种设计方案的可靠性不高,极易导致励磁继电器出现故障,进而引发其他设备出现故障信息。

为了规避上述问题的发生,则需要利用性能更好的励磁继电器进行更换。相关的技术工作人员可以采购光耦继电器,并采取串联的方式提高继电器的安全性。为了确保励磁继电器运行的质量与安全,可以对核心励磁继电器进行实时监控,确保相关继电器运行的工作可靠性[4]。

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控制柜的更换

在该直流换流站保护系统的控制柜,主要采取旋转门、多机架设计等方式。而信号转化器、逻辑切换器,其中二取一和三取二等逻辑模块,都采取电路板的组装方式配置于机箱内。由于该换流站的机箱数量较多,因此使得散热性能不佳,导致了相关板卡频繁出现故障,降低了保护系统运行的质量与安全。

随着该换流站保护系统运行时间寿命的不断增加,冷却系统的故障发生率不断提升。而空调系统一旦出现问题,则会加剧控制柜的散

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