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。
一、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SLMADYN D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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（二）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]。
（三）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]。
（四）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热问题，增加了板卡出现技术故障的发生概率，很容易引发故障报警，如上文提到的保护系统出现预警，诱发了输电系统的停运事故，造成了较大的电力损失。
为了解决控制柜散热问题差问题，不仅需要对空调系统进行更换，同时需要对控制柜进行更换。采取性能高的控制柜，提高换流站保护系统设备的散热效果，降低设备的故障发生率[5]。
（五）模块风扇设计优化
在直流换流站保护系统运行过程中，保护设备的装置电源都配置了三个用于散热的专用风扇，其中任何一个风扇出现运行问题时，保护监测系统都会诊断为该系统出现了技术故障，一旦发出预警信息，则该模块风扇则会退出保护系统运行工作当中，而设备电源的散热问题则会不断严重，直接降低了换流站保护系统的整体运行安全性与可靠性。
为了解决模块风扇发出错误预警信息，则需要对电源模块风扇系统进行合理的优化改进。如加装温度监测设备，实时的将模块风扇的运行温度传输到控制室，当模块风扇出现相关问题之后，不会直接判断为直流保护系统故障，而是对风扇的运行进行一定检测，及时的排除风扇造成的影响。当电源模块的工作温度超出了设计最高阈值时，该套保护系统则会发出预警，同时诊断为系统故障并自行退出直流保护系统，避免对其他保护系统造成一定影响，提高直流输电系统换流站的整体保护工作可靠性。
四、结束语
在直流输电系统运行工作开展时，换流站保护系统为电网运行提供了稳定安全的运行工作条件。换流站保护系统的整体安全性、稳定性与可靠性，直接影响到电网的一次设备与电气系统的安全与质量。在文中分析了我国南方某换流站保护系统，充分暴露出该保护系统的问题，由于保护系统的整体运行可靠性下降，使得电网的电力故障不断发生，造成了很多的电力损失。因此采取相关的优化改进方案，不断对保护系统进行升级更新，提高换流站保护系统的适应性，在该地区的电网运行中发挥一定的工作价值。
参考文献：
[1]张海强,戴文睿,牟大林,刘磊,林圣,何正友.直流输电系统换流站保护适应性分析及优化方案研究[J].电力自动化设备,2019,3909:102-108.
[2]任杰.一种孤岛运行方式下普洱换流站直流站控跳闸回路的改进方法[J].河南科技,2018,03:136-138.
[3]徐兴伟,岳涵,吕昌霖.绥中百万千瓦机组改接华北侧高岭近区无功策略优化研究[J].东北电力技术,2018,3612:8-12.
[4]邹家勇,孙梓航,孙东风,吴怡敏.高地震烈度区换流站1000kV交流滤波器配电设备选型[J].山东电力技术,2018,4305:47-52.
[5]袁斌华,薛彪,张钰.基于DSOGI-FLL的MMC-HVDC故障控制策略研究[J].电气传动,2018,4802:47-52.
论文作者:陈柏汗
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第23期
论文发表时间:2020/1/9
标签：系统论文; 板卡论文; 故障论文; 可靠性论文; 模块论文; 风扇论文; 设备论文; 《工程管理前沿》2019年第23期论文;