±800kV云廣特高壓工程直流保護(hù)(精)

1、800kV云廣特高壓工程直流保護(hù)雙重化配置可靠性分析李揚(yáng)中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州市，510405）Reliability Analysis of the Dual Configuration of DC Protectionfor Yun-Guang 800 kV UHVDC Transmission ProjectLI YangGuangzhou Bureau, CSG EHV Power Transmission Company, Guangzhou, 510405, China)ABSTRACT: The dual configuration of DCprotection

2、 for Yun-Guang 800 kVUHVDCtransmission project is introduced and comparedwith the triple configuration of DC protection ofthe existing HVDC transmission project inSouthern Power Grid. Through the reliabilityanalysis with the protection configuration ofanti-misoperation and anti-resist-operation,poin

3、ting out that dual system of UHVDC project isreasonablethe.。KEY WORD: UHVDC ； DCprotection ； redundant configuration ； reliability 摘要：介紹了云廣特高壓工程直流保護(hù)雙重化冗 余配置的特點(diǎn)，從可靠性角度與南方電網(wǎng)現(xiàn)有的超 高壓直流工程直流保護(hù)三重化配置進(jìn)行了對比分 析，通過對兩種保護(hù)配置的防誤動(dòng)性和防拒動(dòng)性的 比較，指出了特高壓直流輸電直流保護(hù)系統(tǒng)雙重化 配置的合理性， 以期對今后特高壓工程的建設(shè)有所 借鑒。關(guān)鍵詞： 特高壓 ； 直流保護(hù) ；冗余配置 ；可靠性0 引

4、言800 kV云廣直流輸電工程是世界上第 一個(gè)特高壓直流輸電工程。與500kV超高壓直流工程相比， 云廣特高壓工程采用了雙12脈動(dòng)閥組串聯(lián)接線方式， 雙極輸電容量達(dá)5000MW1-3。由于輸送能量巨大， 電力系統(tǒng) 的穩(wěn)定運(yùn)行對特高壓直流系統(tǒng)的可靠性提 出了更高的要求。 從目前已有的超高壓直流 輸電系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看， 直流控制保護(hù)系統(tǒng) 是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。其中，直流 保護(hù)系統(tǒng)的可靠性是導(dǎo)致事故的主要原因 之一。衡量可靠性的指標(biāo)主要有兩個(gè)： 一是拒 動(dòng)的可能性，二是誤動(dòng)的可能性4。這兩個(gè) 可能性越低，則可靠性就越高。因此，對直 流保護(hù)系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)要求就是既要有效地 防止拒動(dòng)，又要有效地防止

5、誤動(dòng)。所有提高 超高壓直流輸電可靠性的措施對于提高特高壓直流輸電的可靠性依然有效， 并且要進(jìn) 一步予以加強(qiáng)。目前，南方電網(wǎng)已投運(yùn)的超 高壓直流 （天廣直流、 高肇直流、 興安直流） 工程中，直流保護(hù)均采用三重化的配置原則5-7，而建設(shè)中的云廣特高壓工程，直流保 護(hù)則采用雙重化配置原則8。本文結(jié)合云廣 800 kV直流輸電工程 的實(shí)際條件， 介紹了云廣特高壓工程直流保 護(hù)雙重化冗余配置的特點(diǎn)， 從可靠性角度與 南方電網(wǎng)其他超高壓直流工程直流保護(hù)三 重化配置進(jìn)行了對比分析， 通過對兩種保護(hù) 配置防誤動(dòng)性和防拒動(dòng)性的比較， 指出了特 高壓直流輸電直流保護(hù)系統(tǒng)采用雙重化配 置的合理性。1 直流保護(hù)配置

6、原則1.1雙重化配置保護(hù)原理在云廣特高壓直流輸電工程中， 直流保 護(hù)系統(tǒng)采用雙重化冗余配置， 兩套保護(hù)同時(shí) 運(yùn)行，任意一套動(dòng)作均可出口。每一套直流 保護(hù)系統(tǒng)具有其獨(dú)立的、 完整的硬件配置和 軟件配置， 與另一套保護(hù)之間在物理上和電 氣上完全獨(dú)立，任意一套保護(hù)因故障、 檢修 或其他原因而完全退出時(shí)， 不影響另一套保護(hù)，并對整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行沒有影響。雙 重化配置的特點(diǎn)是每套保護(hù)的防誤不依賴 于另一套保護(hù)，使設(shè)備之間關(guān)系簡單，易于維護(hù)，其邏輯圖如圖1-1所示。圖 1-1 雙重化配置邏輯圖Fig 1-1 logic diagram of Dual Configuration2)對雙重化保護(hù)，由于該邏

7、輯中與門”部分實(shí)現(xiàn)非常簡單可靠，因此將其忽略；3)對三重化保護(hù)本身，設(shè)其誤動(dòng)率為S1,拒動(dòng)率為SO。而三取二邏輯由于有獨(dú)立的裝 置來完成功能，具有一定的復(fù)雜性，故將其 看為一個(gè)處理環(huán)節(jié)，設(shè)其誤動(dòng)率為m,拒動(dòng)率為n。2.1雙重化配置可靠性分析對雙重化配置誤動(dòng)可能性分析可用圖2-1表示，即當(dāng)P1、P2同時(shí)誤動(dòng)，或者P3、P4同時(shí)誤動(dòng)時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)。根據(jù)可靠性 分析的基本理論，系統(tǒng)誤動(dòng)的可能性為D1= M2(2 -M2)Fig 2-1 possibility of Dual Con figurati onmisoperati on圖 2-1 雙重化配置誤動(dòng)可能性分析圖圖 1-2 三重化配置邏輯圖F

8、ig 1-2 logic diagram of triple con figurati on1.2三重化配置保護(hù)原理南方電網(wǎng)現(xiàn)已投運(yùn)的直流輸電工程中，直流保護(hù)系統(tǒng)均采用三重化冗余配置9，并采用三取二邏輯選擇出口的概念，其邏輯圖如圖1-2所示。與雙重化相同的是，三重化 配置中三套保護(hù)各自獨(dú)立，每套保護(hù)自身采取措施保證單一元件損壞時(shí)本套保護(hù)不誤 動(dòng)。由于極控系統(tǒng)、站控、交流系統(tǒng)保護(hù)均 采用雙重化配置，所以三重化直流保護(hù)與雙 重化外部系統(tǒng)的信號交換通道也采用雙重 化配置。因此只在直流保護(hù)系統(tǒng)1/2上配置 三取二邏輯功能， 三重化直流保護(hù)系統(tǒng)到外部系統(tǒng)的信號按三取二邏輯進(jìn)行出口表決 輸出到外部信號，至

9、少兩個(gè)通道起動(dòng)保護(hù)跳 閘，直流保護(hù)系統(tǒng)的跳閘信號才能最終執(zhí) 行。三重化配置的特點(diǎn)是每套保護(hù)需要依靠 其他套保護(hù)來進(jìn)行防誤，各套保護(hù)之間相互 依存，不易于維護(hù)。2 可靠性分析為簡化分析，現(xiàn)作如下假定：1)不考慮保護(hù)自檢等措施，假定每個(gè)元件 發(fā)生誤動(dòng)的概率為M,發(fā)生拒動(dòng)的概率為N;Fig 2-2 possibility of Dual Con figurati onresist-operatio n在分析雙重化配置拒動(dòng)可能性時(shí)，其處理流程如圖2-2,即P1、P2有一個(gè)環(huán)節(jié)拒動(dòng)， 同時(shí)P3、P4也有一個(gè)環(huán)節(jié)拒動(dòng)，保護(hù)系統(tǒng)拒動(dòng)。根據(jù)可靠性分析基本理論，系統(tǒng)拒動(dòng)的 可能性為D0= N2(2- N)2。2

10、.2三重化配置可靠性分析對于圖1-2所示的三重化配置邏輯，可 用圖2-3來簡化分析。對于三重化配置，不 論誤動(dòng)還是拒動(dòng)，只要系統(tǒng)存在多于兩重發(fā) 生誤動(dòng)或拒動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)出錯(cuò)的可能性為t1圖 2-2 雙重化配置拒動(dòng)可能性分析圖Fig 2-4 possibility of Two-out-of-threemisoperati onFig 2-5 possibility of Two-out-of-threeresist-operati on在分析誤動(dòng)可能性時(shí)，其處理流程如圖2-4，即三取二方法誤動(dòng)，或兩個(gè)三取二邏 輯模塊之一誤動(dòng)，則保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)。系統(tǒng)誤 動(dòng)的可能性為T1=1 _ (1 _tj(1 _

11、 m)2。 在分析拒動(dòng)可能性時(shí)，其處理流程如圖2-5,即三取二方法拒動(dòng)，或兩個(gè)三取二邏輯模塊 均拒動(dòng)，則保護(hù)系統(tǒng)拒動(dòng)。系統(tǒng)拒動(dòng)的可能 性為TO=1一(1一t)(1一n)。2.3誤動(dòng)可能性比較比較誤動(dòng)的可能性大小，就是比較D1與的大小。假設(shè)m=0,即忽略三取二邏輯 部分的誤動(dòng)可能性，則：DTM2(2 M2) -1一(1一切=M2(1 M2)：0即DKT1，所以，即使忽略了三取二邏輯部 分的誤動(dòng)可能性，雙重化的保護(hù)配置誤動(dòng)可 能性也低與三重化的配置方式。2.4拒動(dòng)可能性比較比較DO-TO的大小，由于難以在數(shù)學(xué) 上直接推導(dǎo)出結(jié)論，采用數(shù)值分析的方法。由DO的表達(dá)式可知，雙重化配置防拒動(dòng) 能力只取決于

12、N，隨著每個(gè)保護(hù)元件拒動(dòng)可 能性的增加，整個(gè)系統(tǒng)的拒動(dòng)可能性增加。三取二方案防拒動(dòng)的能力既取決于N,也取決于n。隨著每重保護(hù)拒動(dòng)可能性的增 加，整個(gè)系統(tǒng)的拒動(dòng)可能性增加；隨著三取二邏輯拒動(dòng)可能性的增加，整個(gè)系統(tǒng)拒動(dòng)可 能性也會增加。圖2-6為兩種保護(hù)配置方式 拒動(dòng)性比較曲線。町n. Oi仇*aJ機(jī)*ci巾CLT。事o inN/ii圖 2-6 雙重化配置與三重化配置拒動(dòng)可能性比較Fig 2-6 reliability an alysis with dual configurati on andtriple con figuratio n由圖2-6可知，三取二邏輯部分的可靠 性決定了整個(gè)三取二方案

13、防拒動(dòng)的能力是 否優(yōu)于雙重化方案。圖2-6中，DOT0的面積 大，說明DOTO的值 范圍小，由0到0.1；DOTO的范圍大，由0至U 1。而實(shí)際工程中三取二邏輯由電子回路構(gòu) 成，每一路輸出都是單重化的回路，可靠性 相對較低，即n較大，造成三取二邏輯防拒 動(dòng)的能力會低于完全雙重化方案很多。相關(guān)的文獻(xiàn)10也指出，如果考慮單個(gè)元件拒動(dòng)可 能性的因素，雙重化設(shè)計(jì)要明顯優(yōu)于三取二 設(shè)計(jì)。此外，從控制保護(hù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)來 看，云廣特高壓工程在設(shè)計(jì)上取消了超高壓 直流工程中將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集量通過光纖配 線屏直接連接控制保護(hù)裝置的做法，獨(dú)立配置了直流測量系統(tǒng)，雙重化配置的保護(hù)系統(tǒng) 分別與兩套極測量系統(tǒng)、閥組測量

14、系統(tǒng)交叉 冗余，并通過各自的兩套TDM總線選擇切換 功能進(jìn)一步增加了動(dòng)作的可靠性2。直觀來看，由于三取二邏輯更為復(fù)雜，環(huán)節(jié)更多， 再考慮到易于維護(hù)等因素，雙重化的保護(hù)配 置比三重化保護(hù)配置的整體可靠性更高。通過上述比較可以看出，不論從防拒動(dòng) 考慮，還是從防誤動(dòng)考慮，云廣特高壓工程 直流保護(hù)采用雙重化配置原則是比較合理 的。3 結(jié)語冗余配置是現(xiàn)代控制保護(hù)常用的策略。 本文通過對云廣直流工程與南方電網(wǎng)現(xiàn)已PT1PS1PS1圖 2-4 三取二配置誤動(dòng)可能性分析圖. 誤動(dòng)圖 2-5 三取二配置拒動(dòng)可能性分析圖PLEI投運(yùn)的超高壓直流工程所采取的直流保護(hù) 冗余配置的可靠性加以分析，從理論角度說明了云廣直

15、流保護(hù)系統(tǒng)采用雙重化配置的 合理性。同時(shí)云廣 乂00 kV直流輸電工程作 為世界上第一個(gè)特高壓直流工程，由于經(jīng)驗(yàn)尚缺，其控制保護(hù)系統(tǒng)配置的可靠性仍需在 今后的實(shí)際運(yùn)行中去驗(yàn)證并不斷地改進(jìn)完 善。參考文獻(xiàn)1伍文城，李新，丁君，等.云廣+800kV 直流輸電工程輸電容量探討J.電力設(shè)備，2006 , 7(5) : 27 30 .2中國南方電網(wǎng)公司.+800kV 直流輸電技術(shù)研究M.北京：中國電力出版社，2006 . 2-60.3舒印彪，劉澤洪，高理迎，等.+800kV 6400MW 特高壓直流輸電工程設(shè)計(jì)J.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(1): 1-8.4潘仲立.可靠性分析的理論基礎(chǔ)M.北京：水利電力

16、出版社，1988.5Tian-Guang 500kV DC Transmission Project : DCProtection System Maintenance ManualZ . GermanySiemens， 2001 .6Guizhou-Guangdong I Line 500kV DC TransmissionProject : DC Protection System Maintenance ManualZ1 .Germany: Siemens， 2004.7Guizhou-Guangdong II Line 500kV DC TransmissionProject : DC Protection System Maintenance ManualZ .Germany : Siemens， 2007.8Yunnan-Guangdong Line 300kV DC Transmi ssionProject: DC Protection and DC Filter Protection C/PDes