一起接口装置引起的高压直流系统闭锁故障原因及改进

杨家凯 杨杰

摘 要：为防止因出口继电器接点粘接引起的保护误出口，高压直流输电运行中，投入运行中的保护出口连接片需要测量其两端电位。近期某换流站在测量阀冷保护出口连接片电位时高压直流极2发生闭锁。本文针对直流闭锁时使用的装置、测试用的设备进行了分析，找到了故障的根本原因，提出了阀外冷保护接口装置的改进方法，对提高直流输电系统的安全性十分有意义。

关键词：电位测量；接口装置；出口电压

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.174

0 前言

本文從一起由阀冷保护接口屏误出口引发高压直流输电系统闭锁事件进行了深入分析，找到原因并提出了控制措施。该事件是一起典型的控保系统接口设备误发信导致的直流闭锁事件，对该事件的分析处置流程可以为防止类似情况再次发生而影响电网的安全稳定运行提供借鉴。

1 故障表象

2018年1月，某±500kV高压直流输电在运行中，突然发生极2闭锁，闭锁时后台先后发出主要SER报文如下：极2极控系统极2AP5内冷控制柜B功率回降（B）产生；极2极控系统阀冷功率回降闭锁直流；极2极控系统阀冷功率回降闭锁直流；极2极控系统极2极控系统顺控状态处于解锁状态消失。

检查监控系统后台发现极2输送功率已由500MW降为了0MW。按照阀冷系统请求直流功率回降的策略，当故障前双极功率小于1600MW时，若极控收到功率回降信号将直接执行闭锁逻辑。

2 问题分析

由于闭锁时有“极2极控系统极2AP5内冷控制柜B功率回降（B）产生”信号，现场重点对该回路及逻辑进行了检查。经检查回路及查阅图纸资料，阀冷系统共4路功率回降信号由硬接线经压板开出至阀冷接口屏（阀冷接口装置为许继DFU410型），A、B系统各再由阀冷系统接口屏通过现场总线送至极控系统。根据报文分析，为阀冷控制系统B至阀冷接口屏一功率回降开入动作。请求降功率信号由阀冷控制系统PLC两个开出模块分别开出至继电器KC89B和KC89Bb的线圈，并由两个继电器常开接点串联，经压板后出口，同时开出信号并至PLC信号输入模块发出信号。如果阀冷控制系统开出降功率信号，PLC装置将发出信号告警。而实际阀冷控制系统未报出任何信号，且两个继电器接点同时误动的几率不大，分析为其他原因导致误出口。

3 测试实验

3.1 模拟故障时操作

极2闭锁时在开展极2阀外冷主泵P01检修后的泄漏保护投入操作，所以将重点排查故障是否与操作有关。现场核查与操作核对操作票项发现其中一项是测量“极2阀冷功率回降出口连接片两端无异极性电位”。现场操作人员采用的是相位表分别测量连接片两端对地电压，使用的仪表是“日本克列茨Kyoritsu KT171电压相序表”。模拟闭锁发生时现场情况，在模拟至运行人员使用电压相序表测量压板电压时，后台再次收到功率回降信号，反复测试后，此情况大概率重复发生，功率回降出口至阀冷接口屏。

3.2 故障原因推断

测试人员推断用电压相序表测量时，接口装置的该开入点经过电压相序表内部电阻与大地形成回路，该开入点上的电压降使其动作，此时测控装置对应开入量会误发信号。调查组进一步进行DFU410接口装置开入口测试，模拟开入端接地时，对应开入量指示灯点亮，开关量输入回路由0变为1，经多次测试确认，许继DFU410装置，在信号开入端接地时（负点公共端电位由-115V缓慢变为-86V），因此无正电开入的情况下，此信号也会误发。根据现场模拟结果判断，DFU410接口装置动作电压明显偏小。

3.3 实验验证

为验证上述推断，我们选用极二冷控系统2套接口装置及1套备用的装置分别对3个不同的开入点进行了测量，根据抽样测量结果，开入点动作电压为额定电压的38.4%-48.5%。按许继《DFU410测量控制装置使用说明书》技术参数要求DFU410装置的开关量输入动作电压为60%～120%额定电压，即动作电压为（60%～120%）×额定电压=（60%～120%）×220=132V～264V。

对DFU410装置的等效输入阻抗进行测量。测量得动作电压值E=84.5V，动作电流I=1.02mA，动作时的等阻抗为82.8kΩ，测试结果为DFU410装置动作电压小于132V，测试结果并不符合厂家技术规范。

DFU410装置的输入阻抗为82.8kΩ，动作电压为84.5V，电压相位表的直流电阻为213kΩ，按稳定的直流来计算，加上电压相位表上的电压降，测量时装置的动作电压应为280V，不应该触发直流功率回降出口信号。

但是，电压相位表的输入阻抗，相当于并联上了一个电容器，在测量保护连接片对地电压的瞬间这个电路存在暂态过程使开入动作，发出直流功率回降信号。

3.4 验证结果

通计计算，得到电路的暂态过程，即测量连接片输出端对地的瞬间，有0.5τ脉冲宽度，即0.5×1690us=845us时间，DFU410装置的输入电压≥84.5V（动作值得为84.5V），所以阀冷控制系统开出了降功率信号。通过实验我们可以得到以下结论：

（1）DFU装置的动作电压仅达84.5V，而厂家说明书内描述的输入动作电压大于等于132V，且动作功率小，P=84.5V×1.02mA=86.2mW。按照继电保护反措要求，出口中间继电器的动作功率应达到5W。

（2）电压相位表的直流内阻及动态阻抗低（二次回路使用的表计直流电阻不得低于2kΩ/V，则220V低压直流系统应不小于500kΩ的直流电阻，等效并联输出电容应小于100pF才安全）。以上两方面的原因是导致此次高压直流输电极2闭锁的根本原因。

4 改进控制措施

对DFU410装置自己改造，方法是在光耦输入端串接1.5KE51CA 瞬态抑制二极管，其额定电压为43.6（动作最小电压为84.5V）再并接一个12kΩ，10W的电阻即可，（注：1.5KE51CA为双向对称的瞬态抑制二极管，不分正负极，虚线框内为增加的元件）。改造后测量装置动作电压已升高到了133V，装置动作时间的额定功率达到了5W，消除了DFU410装置误动的风险。

禁止用“日本克列茨 Kyoritsu KT171 电压相序表”来测量DFU410装置开入端的对地电压来检查连接片两端有异极性电位。宜使用专用、高阻抗、小并联电阻的专用电压相序表来测量电压，测量时不测量对地电压，直接测量连接片两端的电压。对表计的要求是，内阻不小于10MΩ，并列电容不大于100pF。