南方电网直流输电工程的交流滤波器保护

朱韬析，郭卫明，何杰

（南方电网超高压输电公司广州局，广州市，510405）

0 引言

直流输电具有传送功率大、线路造价低、控制性能好等优点，是目前发达国家作为高电压、大容量、长距离送电和异步联网的重要手段[1-2]，而我国要实现大规模的西电东送，高压直流输电的大规模应用是必然选择。1996年以前我国直流输电工程技术基本上完全依赖国外，三峡工程建设及“西电东送”战略部署实施后，我国直流输电工程规模不断扩大，为了迅速提升包括直流输电设备制造业在内的国内装备制造业技术水平，我国采取了引进技术、不断消化吸收、逐步实现国产化的发展战略[3]。

本文以我国南方电网直流输电系统交流滤波器保护系统为例，从最初的天广直流输电系统中由外方设计、制造，到现在的±800 kV云广直流输电系统中完全实现了国产化，概述了我国南方电网直流输电系统交流滤波器保护系统不断完善和发展的历程。

1 交流滤波器的常见接线方式及保护的构成

交流滤波器是直流输电系统中的重要设备之一，不仅提供换流所需的无功，还可以滤除谐波[1-2]。因此，为交流滤波器配置合理的保护系统，不但可以保证设备的安全，对交直流系统的稳定运行也有很大的益处。换流站内往往有多组交流滤波器，如图1所示，一般分为若干大组，分别连接在交流母线上；每大组交流滤波器又由若干小组交流滤波器组成。

因此，交流滤波器的保护系统主要由2部分组成，即各小组交流滤波器的保护以及各大组交流滤波器母线的保护[4]。

2 天广直流输电系统采用的交流滤波器保护

2.1 天广直流输电系统交流滤波器大组母线保护

天广直流输电系统于2001年6月双极投入运行，工程设计和设备制造基本由德国SIMENSE公司承担。

天广直流输电系统交流滤波器大组母线保护采用冗余配置，各母线保护配置相同，保护系统1中设置的保护功能、采用装置及动作如表1所示。

保护系统2中设置的保护功能、采用装置及动作如表2所示。

2.2 天广直流输电系统交流滤波器小组保护

天广直流输电系统内交流滤波器小组主保护通过SIMADYN D高速数字式控制系统[5-6]实现，同类型的交流滤波器组小组主保护配置相同，保护功能如表3所示。

各小组交流滤波器还设有后备保护，保护配置均相同，每1大组交流滤波器的各小组后备保护安装在同一保护屏内，保护功能如表4所示。

表1 天广直流输电系统交流滤波器大组母线保护系统Tab.1 The protection system 11 of AC filterbususe din Tian-Guang HVDC system

表2 天广直流输电系统交流滤波器大组母线保护系统Tab.2 The protection systemof AC filterbusus sedin Tian-Guang HVDC system

表3 天广直流输电系统交流滤波器小组主保护Tab.3 Themain protectionsofAC filterus sedin Tian-Guang HVDC system

表4 天广直流输电系统交流滤波器小组后备保护Tab.4 The backup protection of AC filterus sedin Tian-Guang HVDC system

2.3 天广直流输电系统采用的交流滤波器保护存在的主要问题

运行中，天广直流输电系统交流滤波器保护系统暴露出了一些设计上的问题，主要包括：

（1）交流滤波器小组保护无冗余配置，增加了小组保护误动和拒动的风险。

（2）交流滤波器小组主保护组屏方式存在较大问题。以逆变侧广州换流站为例，站内共有11小组交流滤波器，分为3大组，每1大组各有2面小组主保护屏，即除了1面屏外，其他各屏内均安装了2小组交流滤波器主保护。显然，这给运行维护带来了更多的困难。

2010年3月，对天广直流输电系统的控制保护进行了改造，采用SDZ-100A、SDR-100A微机型成套保护装置实现交流滤波器保护功能。

3 贵广I、II回直流输电系统采用的交流滤波器保护

3.1 贵广I、II回直流输电系统交流滤波器大组母线保护

贵广I、II回直流输电系统分别于2004年和2007年双极投入运行，其交流滤波器保护配置基本相同。

贵广I、II回直流输电系统大组母线保护采用冗余配置，各母线保护配置相同，保护系统1内的保护功能、采用装置及动作如表5所示。

保护系统2内的保护功能、采用装置及动作如表6所示。

对比贵广I、II回和天广直流输电系统交流滤波器大组母线保护，可知贵广I、II回直流输电系统采用交流滤波器大组母线保护，不仅保护装置有所更新，而且保护功能更加完善。

表5 贵广i、i i回直流输电系统交流滤波器大组母线保护系统Tab.5 The protection systyem 11 ofAC filterbusus sedin Gui-Guang Iand IIHVDC systyem

表6 贵广i、i i回直流输电系统交流滤波器大组母线保护系统Tab.6 The protection systyem of AC filterbusus sedin Gui-Guang Iand IIHVDC systyem

3.2 贵广I、II回直流输电系统交流滤波器小组保护

贵广I回直流输电系统交流滤波器小组保护功能通过SIMADYN D和CPR97继电装置实现，贵广II回直流输电系统交流滤波器小组保护功能通过SIMADYN D和CPR04继电装置实现，每种类型的交流滤波器小组保护配置相同，每1小组各有2套保护系统构成冗余配置。

贵广I、II回直流输电系统交流滤波器小组保护的功能基本相同，如表7所示。

表7 贵广I 、Ⅱ 回直流输电系统交流滤波器小组保护Tab.7 The protection of AC filterusedin Gui-Guang Iand IIHVDC systyem

对比贵广I、II回和天广直流输电系统交流滤波器小组保护，可知其保护功能基本相同，只是在贵广I、II回直流输电系统中，交流滤波器小组保护实现了冗余配置，提高了保护的可靠性。

但是，贵广I、II回直流输电系统交流滤波器小组保护的冗余配置仍存在这样的问题：每1大组交流滤波器的各小组交流滤波器保护系统1的SIMADYN D装置统一安装在同一屏内，CPR97（CPR04）装置统一安装在另一面屏内；保护系统2的SIMADYN D装置再统一安装在同一屏内，CPR97（CPR04）装置统一安装在另一面屏内。这同样给运行维护带来了一定的困难。

4 ±800 kV云广直流输电系统采用的交流滤波器保护

4.1 ±800kV云广直流输电系统穗东换流站交流滤波器大组母线保护

±800 kV云广直流输电系统交流滤波器及相关保护已于2009年6月调试完毕并投入运行。以逆变侧穗东换流站为例，其交流滤波器保护均采用了微机型保护装置。

±800 kV云广直流输电系统穗东换流站交流滤波器大组母线保护采用完全冗余的配置方案，每大组母线保护均配有2套保护系统，各大组母线保护配置相同，使用了许继电气股份有限公司研制生产的SDZ-101A微机型交流滤波器大组成套保护装置。交流滤波器大组母线保护功能及动作后果如表8所示。

表8 云广直流输电系统交流滤波器大组母线保护系统Tab.8 The protection system of AC filterbusus sedin Yun-Guang HVDC systyem

4.2 ±800kV云广直流输电系统穗东换流站交流滤波器小组保护

±800 kV云广直流输电系统穗东换流站交流滤波器小组保护均通过许继电气股份有限公司研制生产的SDR-101A微机型交流滤波器成套保护装置实现，同类型的交流滤波器小组保护配置相同，每1小组交流滤波器保护均由2套保护系统构成冗余配置，2套保护系统在物理和电气上完全独立。交流滤波器小组保护功能及动作后果如表9所示。

表9 云广直流输电系统交流滤波器小组主保护Tab.9 Themain protection of AC filterus sedin Yun-Guang HVDC systyem

显然，±800 kV云广直流输电系统穗东换流站采用的交流滤波器大组母线保护及小组保护功能，相对贵广I、II回并无实质性改进，但是存在以下优越性：

（1）全部采用了微机型保护装置，不仅使用方便，还有助于改善保护的动作特性和性能，提高可靠性。

（2）完全实现了国产化，采用全汉化技术，调试、打印报告全汉化输出，同时还提供了调试分析软件，便于调试和事故分析，相对其他直流输电系统采用的全外文保护系统，这给运行维护提供了相当的便利。

（3）交流滤波器小组保护实现了真正的冗余配置，这不仅有助于运行维护人员开展工作，还大大提高了保护的可靠性。

5 结语

天广、贵广I、II回、云广直流输电系统所采用的交流滤波器保护系统中，保护原理并没有大的变化，但是，早期由外方总承包的天广直流输电系统中，交流滤波器保护不仅没有冗余配置，组屏方式也存在较大缺陷；随后仍由外方负责的贵广I、II回直流输电系统所采用的交流滤波器保护，只是对天广直流输电系统采用的交流滤波器保护进行了一定的改进；而近期投产的云广直流输电系统，则完全实现了交流滤波器保护国产化、微机化，这不仅提高了保护的可靠性，也更有利于运行维护工作。

根据我国南方电网直流输电系统交流滤波器保护的发展历程中可以看出，从外方总承包的天广直流输电工程，到“中外合作、外方负责、中方为主工作”的贵广I回直流工程，再到贵广II回直流输电工程和±800 kV云广直流输电工程，我国直流输电技术走了一条“引进技术—消化吸收—国产化”的发展道路，这促使我国直流输电技术在短短10年间得到了突飞猛进的发展，同时还有效降低了工程造价、摆脱了技术依赖、促进了我国民族工业快速发展[7-10]。

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