摘要：近年来国内多个换流站因直流差动保护误动发生了多次直流闭锁事故，某换流站直流保护系统隐患排查也发现多处直流差动保护隐患，因此研究制定合理的直流差动保护隐患治理及误动防范措施，保证换流站直流安全稳定运行，显得十分重要。基于此，本文对换流站直流差动保护典型隐患进行了分析。
关键词：换流站；直流差动保护；典型隐患
中图分类号：TM631+．4;TM773+．4 文献标识码：A 文章编号
1换流变差动保护配置介绍
因换流变配置了较多的TA，可以配置更加复杂和完善的差动保护。通常包含有：换流变大差保护、换流变小差保护、引线差动保护、换流变绕组差动保护等。如图1所示为某换流站内极I换流变主要差动保护配置图。TA1、TA2、TA4和TA6构成该组换流变大差保护，保护范围包括了从换流变网侧的交流开关到换流变阀侧的所有线路和元件。对每台换流变而言，TA3和TA4构成Y/Y换流变的小差保护，TA5和TA6构成Y/△换流变的小差保护，两套小差保护用于保护对应的换流变。换流变大差和小差保护判据均为二次谐波制动。TA1、TA2、TA3和TA5构成引线差动保护，保护交流开关到换流变高压侧套管部分；TA3和TA9、TA5和TA10构成绕组差动保护，分别保护换流变的绕组。值得注意的是，由于换流变低压侧连接换流阀的交流侧，且三相换流变由三个单相变压器组接而成，空间有限，因此Y/△接线换流变低压侧TA6一般接在三角环内，差动保护计算不需要进行星角变换。
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图1换流变主要差动保护配置图
从HVDC换流变大、小差保护的配置及相应计算判据中可以看出，当换流变引线部分无故障时，若不考虑TA的传变特性差异，那么大差保护计算得到的差流值就恒等于两个小差保护计算的差流之和。
2换流站直流差动保护典型隐患分析
2.1差动保护CT暂态特性不一致问题
2016年6月30日某直流极Ⅰ线路发生故障，因极Ⅰ与极Ⅱ线路间的耦合作用，导致极Ⅱ电压发生较大干扰和波动，造成逆变站极Ⅱ022LB直流滤波器流过较大的穿越电流。IF2T4为故障时刻022LB直流滤波器尾端电流，IF2T1为故障时刻022LB直流滤波器首端电流(峰值达到±1 000 A)，直流滤波器首端采用光互感器，末端采用常规测量CT，由于CT暂态特性不一致造成直流滤波器差动保护不正确动作。
2.2差动保护差流计算未考虑设备运行状态
换流站直流极母线差动保护、中性母线差动保护差流计算没有考虑直流滤波器的运行状态。在直流系统运行而对应直流滤波器检修状态下，若开展首、尾端电流互感器相关检修工作，将造成极母线差动、中性母线差动保护误动作导致正常运行直流系统闭锁。
2.3直流差动保护差流计算采用开关、刀闸辅助接点误动
2017年1月31日，某换流站直流场00102号隔离开关监控电源小开关跳闸，导致极Ⅱ双极中性母线差动保护中对应刀闸位置量错误，极Ⅱ双极中性母线差动保护计算出错误差流而不正确动作，极Ⅱ误闭锁。
经检查其站内双极中性母线差动保护差流计算逻辑中直流场00102号隔离开关信号为另一极的中性线开关、刀闸合闸指示信号，是双极中性线差动保护差流计算的重要依据之一。一旦该信号为“0”，则本极的双极直流中性线差动保护认为另一极已停运(即本极单极运行)，差动电流计算方法将不考虑另一极极中性母线电流。
2.4差动保护报警及站内临时接地极运行时差流有效问题
2016年3月5日，某换流站极Ⅰ控制保护B系统故障，消缺操作时运行人员将其退至测试状态，控制极(直流控制保护系统中双极控制保护系统配置完全相同，直流系统控制功能选择当前较完备一极的直流控制系统作为控制极，在两套系统均完好情况下系统自动选择极Ⅰ为控制极)由极Ⅰ转至极Ⅱ，极Ⅱ极控制保护B系统双极中性母线差动保护切换系统、合站内临时接地开关、闭锁直流系统同时动作导致极Ⅱ闭锁，同时合上了站内临时接地开关。极Ⅰ通过大地回线和站内临时接地开关同时运行，站内临时接地开关电流CT超过最大允许测量电流，导致极Ⅰ双极中性母线差动保护出现差流，极Ⅰ双极中性母线差动保护动作，极Ⅰ闭锁。
此次换流站闭锁事故中，极Ⅰ控制保护B系统退至测试状态前极Ⅱ控制保护B系统的电流采集板卡故障，输出从0变为190 A，在极Ⅱ极控制B双极中性母线差动保护中产生差动电流，保护逻辑中控制极信号闭锁了事件报警、系统切换等功能，运行人员无法发现该套保护出现异常差动电流。
3换流站差动保护隐患治理措施
3.1差动保护CT暂态特性不一致问题治理
一是对已建设投运工程，若其差动保护差流计算取值CT特性不一致，综合考虑各种因素及CT特性增加差动保护动作延时。综合考虑直流系统重启动过程及直流滤波器首尾端CT特性，将直流滤波器差动保护出口延时由40 ms延长至500 ms。
二是对保护用绕组不满足要求的更换绕组，如某换流站2008年8月因直流桥差差动保护多次频繁误动，将直流桥差差动保护网侧CT绕组由原来的0.5FS绕组改接至与换流变压器保护共用TPY级CT绕组，以获取良好的暂态特性，后续运行中桥差保护未发生过误动作。
3.2差动保护差流计算增加设备运行状态判据
直流极母线差动保护、中性母线差动保护差流计算考虑直流滤波器的运行状态，在直流极母线差动保护和中性母线差动保护差流计算逻辑中增加滤波器是否在运行状态判据。
金属回线纵差保护、金属回线横差保护在金属回线运行方式下才出口。即金属回线纵差保护和横差保护逻辑中增加了金属回线运行判据。
3.3直流差动保护差流计算采用开关、刀闸接点时采用ＲS触发器
为防止开关、刀闸接点错误导致差流计算出现错误，可以采用以下方案避免单一接点故障导致保护误动，首先尽量不采用开关刀闸位置选择计入差流计算的电流，当运行状态发生变化或者需要检修某CT时，设置检修压板，强制将计入差流计算的该电流为0。若必须采用开关刀闸位置选择电流，则同时采用开关、刀闸分合位接点，分合位接点同时取逻辑“非”，或使用ＲS触发器(为了防止ＲS触发器在1，1不定的情况发生，结合列一个与门)，将输出作为开关、刀闸位置判别依据。
3.4差动保护报警及站内临时接地极过流时判双极中性线差动保护差流无效
分析某换流站极Ⅱ双极中性线差动保护误动过程可知，无需将差动保护告警段用控制极信号闭锁，这样可以在故障第一时间发出告警信号，保证现场运检人员第一时间发现故障、处理故障。同样将这个思路扩展后治理了站内接地过流保护、后备站内接地过流保护、双极区域各开关保护及其后备保护中控制极信号闭锁报警信号隐患。双极中性线差动保护动作后合站内临时接地开关主要考虑为接地点分流，可以避免双极中性差动保护动作闭锁双极。目前控制系统比较完善，采用极平衡后双极区将无电流，故障点将熄弧，若极平衡后继续有差流，一般是由于测量系统引起，若合NBGS在一极闭锁后双极中性线差动保护动作或站内接地过流保护会动作，闭锁双极，因此取消双极中性线差动保护动作合站内临时接地极开关，可以避免站内临时接地开关分流不合理导致的站内临时接地开关测量CT饱和，使健全极中性母线差动保护算出错误差流。
4结束语
文中通过分析差动保护CT暂态特性不一致，差流计算无设备运行状态判据，差流计算采用开关、刀闸辅助接点误动，保护报警及站内临时接地极运行时差流有效值等典型隐患治理措施，提出的直流差动保护优化改进措施，消除正常或特殊情况下直流差动保护导致的直流闭锁隐患，对提高其他直流系统安全稳定运行有着重要意义。
参考文献：
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