直流换流站控制保护系统的故障分析

陈国训

国网湖北省电力有限公司直流运检公司 湖北宜昌 443000

摘要：在高压直流输电系统中，直流换流站是其基础组成部分，应保证直流换流站健康平稳进行运作，确保输电安全。直流控制保护系统作为重点系统对直流换流站的健康持续运作起到重大作用，然而在具体运作过程中，会产生许多故障，阻碍实现其相应作用，有效预防与整修保护系统故障十分必要。用某直流换电站举例，对直流换流站与直流控制保护系统展开介绍，对其保护系统的常发故障进行研究，并对故障预防与整修措施进行相关讨论。

关键词：直流换流站；直流控制保护系统；故障

1直流换流站与直流控制保护系统

直流换流站通常指，一类在高压直流输电体系中用于直流电与交流电转换的基础设备，其作用在于保证输电的质量与安全。直流换流站中含有换流阀、平波电抗器等许多基础设备。在具体直流电与交流电转换过程中，应确保换流站健康、平稳、安全的运作，应在利用控制与保护装置的基础之上，使直流控制保护系统平稳运作，该直流换流站选择瑞典ABB公司制作的MACH2体系，这一体系是双重化配置系统，如果其中某个系统出现故障，相关专业人员只需开展系统转换的快速保护操作行为，就可以高效规避直流停运的不良状况，进而确保直流输电的控制与保护得以快速实现。然而这一系统在运作过程中也会出现不同故障，造成该系统的控制与保护作用减弱或难以实现，对电力系统照常运作产生难以估量的危害，应务必制定有效策略对这一问题进行合理规避^[1]。

2针对直流换流站控制与保护系统的相关故障

如果直流换流站采取MACH2系统，导致其系统出现故障的原因很可能是硬件故障，即主机与板卡产生故障，通常是系统功能及逻辑设计存在缺陷等三种缘由引起硬件故障。

2.1主机故障

将该直流换流站控制保护系统的主机故障展开统计分析，发现主机故障通常划分为三类。第一主机死机，这种类型的故障会直接引起单一系统的停止运作，倘若未能及时制定有效对策解决此故障，势必会对全部输电系统的平稳运作产生难以估量的危害。第二为光纤接口板故障，这种故障会对整体系统的通信功能产生巨大影响，进而导致不能统一且协调的进行系统运作，难以保证其运作效果。第三为风扇故障，这种故障不会对其照常运作产生较大影响，然而长时间故障却会降低其散热能力，进而导致严峻的火灾事故。

2.2板卡故障

直流控制保护系统板卡，可以分为IO板卡和PCI板卡，不同板卡还具有不同的功能板，比如电流采集板与电源板等，无论是哪张功能板出现故障，都会导致板卡不能照常运作。由于电源板受热程度较高，十分容易在高温度情况下出现故障，所以受高温影响的IO板卡故障一般出现在电源板，应利用强化散热手段应对并改善此类故障。由于电流采集板的使用年限较长，长期运用会产生老化问题，进而引发测量结果偏差较大的现象，从而不能准确并有效的监测该系统。并且如果测量偏差极大时，会致使内水冷系统的冷却塔停止运作，进而将引起换流阀温度快速上升的不良现象，存在极大安全威胁。PCI板卡出现故障的主要位置大多在PS801卡和PS820卡上。

2.3剖析故障原因

2.3.1系统功能与逻辑设计问题

在有效实现直流控制保护系统作用的基础上，才能保证该系统的正常运作，应科学展开逻辑设计工作，然而MACH2系统在其功能与逻辑设计方面仍然有几个问题，极易造成故障。可以从以下几个方面对此展开问题分析：

1. 该系统的控制和保护功能彼此间独立性较差，应将此二者进行独立划分，进而提高实现其功能的几率，然而由PCPMCI主机掌握MACH2系统的控制作用，由PCPMCI与PCPMC2共同掌控系统的保护功能，可能在进行保护动作时引发故障。第二，直流保护具有较低的可靠性。利用切换模式对MACH2系统的直流进行保护，该模式与“三取二”等模式相比较极易受到影响，进而导致保护误动作的状况出现，难以确保电力系统的安全运行。第三，该系统欠缺局部保护逻辑，会引发失误保护动作。这一直流换流站曾出现双极闭锁故障，主要原因是其保护系统无法正确完成极Ⅰ与极Ⅱ的中性母线差动保护动作，而这一点是由不规范的中性母线差动保护逻辑引起的。

2.3.2系统硬件设计不完善

造成系统产生故障的原因之一是其硬件设计存有问题。如果CPU性能降低，则会在运作过程中引发负载超量的状况，该直流换流站主机CPU具有69%的高负债率，远超规定标准，极易出现主机死机的现象。此外系统设计不合理的点还在于其硬件板卡个数较多，倘若在同一站内具有的板卡个数较多，会极大提高板卡产生故障的几率，不仅如此还会造成极高的主机负载率，造成系统故障。

2.3.3系统硬件板卡退化

长时间运作直流换流站，难以避免相应设施产生的退化现象。这一换流站运作时间过长，造成板卡严重老化，提升了板卡出现故障的几率，对电力系统的照常运作产生极其严重的危害

^[2]。

3针对系统故障的具体情况制定合理、有效的预防与整修策略

3.1完善软件与硬件的更新工作

在硬件产生故障时，应及时进行替换，并确保升级被更换系统，如此可以有效降低系统故障的频率，是一类被广泛使用的办法。然而在实际情况下，软件与硬件的更新成本较大，并且会被外部要素所束缚，应遵照换流站的具体状况决定能否采取更新软件与硬件的方式。在更换硬件过程中，极易受到备品备件的影响，购置这些硬件存在很多问题，比如本国不生产某些零件、国外购置花费时间较长以及备品备件涨价、停产等，对系统的照常运作未能提供有效保障。因此优化软、硬件的更新换代对有效较少系统故障具有重要作用^[3]。

3.2有效实施硬件维保工作

在运作直流换流站时，应有效实施硬件维保工作来降低相关硬件设施老化速率，减少硬件出现故障次数。应根据直流换电站的具体状况拟定完善的硬件设备维保方案，加强测试力度，按照标准开展日常维保工作，优化年度保养规范，为硬件的维保打下坚实的基础，此外，为有效落实维保工作，还应强化维保监管程度，对维保工作人员提出相应的维保要求，比如按实际情况填写维保记录、快速报告并处理相关问题等。倘若出现人员维保工作失误等问题，应进行严格处理。

3.3进行隐患排查整治活动

相关高压输变电公司应开展对直流换流站的隐患整治工作，并针对可能出现的问题进行相应方案的制定。经过排查发现存在接地极刀闸连锁软件错误、交流滤波器投切逻辑设计不规范等安全隐患。针对相关隐患，制定对应策略并和厂家了解修改建议，进而有助于降低由于系统故障导致直流被迫停运的几率。之后深化相关的策略如下：首先针对利用技改方式整治的隐患，对其开展国网技改项目储存库申报工作；其次针对ABB公司有关工作人员的改换，使得整治隐患活动未能及时赶上进度的情况，应及时联系其他能力较强的公司重新制定整治隐患的方案，保证如期解决存在的安全隐患；再次如果存在暂时未治理的隐患，应采取必要的预防策略，并进行相关的演练活动，保证有效把控未治理的隐患；最后应开设对设备的隐患排查，并将这项工作添加到运维管理机制中，依照排查内容优化相关的规章制度^[4]。

4结语

经上述分析发现，直流换流站控制保护系统在运作过程中会产生相应故障，应采取及时且有效的措施对这些故障进行预防与治理，保证系统功能照常运作，从而有效规避由于故障对电力系统造成的重大危害。对出现的故障以及故障原因开展深层剖析，并通过更新换代、维保以及技术保养等手段，有效强化故障预防与治理水平，确保大大降低故障发生的可能性，并保障控制保护系统的安全平稳运作。

参考文献：

[1]陆锐,徐晟,朱志海,黄华.特高压直流输电测量系统故障分析及对策[J].电工技术,2016(02):44-46.

[2]安高翔,尹秋旎,李映雪,王梦玲.±800kV特高压直流控制保护系统后备跳闸保护功能及隐患分析[J].湖北电力,2012,36(06):7-9.DOI:10.19308/j.hep.2012.06.003.

[3]卢力,刘蓓蒂.直流换流站控制保护系统故障分析[J].湖北电力,2011,35(06):54-56.DOI:10.19308/j.hep.2011.06.021.

[4]李凤祁,余克武,佘振球,常乃超.三峡直流输电工程控制保护系统故障及处理[J].电力建设,2010,31(05):38-42.