1、800kV云廣特高壓工程直流保護雙重化配置可靠性分析李揚中國南方電網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雙重化冗 余配置的特點，從可靠性角度與南方電網現有的超 高壓直流工程直流保護三重化配置進行了對比分 析，通過對兩種保護配置的防誤動性和防拒動性的 比較，指出了特高壓直流輸電直流保護系統雙重化 配置的合理性， 以期對今后特高壓工程的建設有所 借鑒。關鍵詞： 特高壓 ； 直流保護 ；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脈動閥組串聯接線方式， 雙極輸電容量達5000MW1-3。由于輸送能量巨大， 電力系統 的穩定運行對特高壓直流系統的可靠性提 出了更高的要求。 從目前已有的超高壓直流 輸電系統運行經驗來看， 直流控制保護系統 是影響系統可靠性的重要因素。其中，直流 保護系統的可靠性是導致事故的主要原因 之一。衡量可靠性的指標主要有兩個： 一是拒 動的可能性，二是誤動的可能性4。這兩個 可能性越低，則可靠性就越高。因此，對直 流保護系統總的設計要求就是既要有效地 防止拒動，又要有效地防止

5、誤動。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 一步予以加強。目前，南方電網已投運的超 高壓直流 （天廣直流、 高肇直流、 興安直流） 工程中，直流保護均采用三重化的配置原則5-7，而建設中的云廣特高壓工程，直流保 護則采用雙重化配置原則8。本文結合云廣 800 kV直流輸電工程 的實際條件， 介紹了云廣特高壓工程直流保 護雙重化冗余配置的特點， 從可靠性角度與 南方電網其他超高壓直流工程直流保護三 重化配置進行了對比分析， 通過對兩種保護 配置防誤動性和防拒動性的比較， 指出了特 高壓直流輸電直流保護系統采用雙重化配 置的合理性。1 直流保護配置

6、原則1.1雙重化配置保護原理在云廣特高壓直流輸電工程中， 直流保 護系統采用雙重化冗余配置， 兩套保護同時 運行，任意一套動作均可出口。每一套直流 保護系統具有其獨立的、 完整的硬件配置和 軟件配置， 與另一套保護之間在物理上和電 氣上完全獨立，任意一套保護因故障、 檢修 或其他原因而完全退出時， 不影響另一套保護，并對整個系統的正常運行沒有影響。雙 重化配置的特點是每套保護的防誤不依賴 于另一套保護，使設備之間關系簡單，易于維護，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，由于該邏

7、輯中與門”部分實現非常簡單可靠，因此將其忽略；3)對三重化保護本身，設其誤動率為S1,拒動率為SO。而三取二邏輯由于有獨立的裝 置來完成功能，具有一定的復雜性，故將其 看為一個處理環節，設其誤動率為m,拒動率為n。2.1雙重化配置可靠性分析對雙重化配置誤動可能性分析可用圖2-1表示，即當P1、P2同時誤動，或者P3、P4同時誤動時，保護系統誤動。根據可靠性 分析的基本理論，系統誤動的可能性為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原理南方電網現已投運的直流輸電工程中，直流保護系統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 配置中三套保護各自獨立，每套保護自身采取措施保證單一元件損壞時本套保護不誤 動。由于極控系統、站控、交流系統保護均 采用雙重化配置，所以三重化直流保護與雙 重化外部系統的信號交換通道也采用雙重 化配置。因此只在直流保護系統1/2上配置 三取二邏輯功能， 三重化直流保護系統到外部系統的信號按三取二邏輯進行出口表決 輸出到外部信號，至

9、少兩個通道起動保護跳 閘，直流保護系統的跳閘信號才能最終執 行。三重化配置的特點是每套保護需要依靠 其他套保護來進行防誤，各套保護之間相互 依存，不易于維護。2 可靠性分析為簡化分析，現作如下假定：1)不考慮保護自檢等措施，假定每個元件 發生誤動的概率為M,發生拒動的概率為N;Fig 2-2 possibility of Dual Con figurati onresist-operatio n在分析雙重化配置拒動可能性時，其處理流程如圖2-2,即P1、P2有一個環節拒動， 同時P3、P4也有一個環節拒動，保護系統拒動。根據可靠性分析基本理論，系統拒動的 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 論誤動還是拒動，只要系統存在多于兩重發 生誤動或拒動，整個系統出錯的可能性為t1圖 2-2 雙重化配置拒動可能性分析圖Fig 2-4 possibility of Two-out-of-threemisoperati onFig 2-5 possibility of Two-out-of-threeresist-operati on在分析誤動可能性時，其處理流程如圖2-4，即三取二方法誤動，或兩個三取二邏 輯模塊之一誤動，則保護系統誤動。系統誤 動的可能性為T1=1 _ (1 _tj(1 _

11、 m)2。 在分析拒動可能性時，其處理流程如圖2-5,即三取二方法拒動，或兩個三取二邏輯模塊 均拒動，則保護系統拒動。系統拒動的可能 性為TO=1一(1一t)(1一n)。2.3誤動可能性比較比較誤動的可能性大小，就是比較D1與的大小。假設m=0,即忽略三取二邏輯 部分的誤動可能性，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 分的誤動可能性，雙重化的保護配置誤動可 能性也低與三重化的配置方式。2.4拒動可能性比較比較DO-TO的大小，由于難以在數學 上直接推導出結論，采用數值分析的方法。由DO的表達式可知，雙重化配置防拒動 能力只取決于

12、N，隨著每個保護元件拒動可 能性的增加，整個系統的拒動可能性增加。三取二方案防拒動的能力既取決于N,也取決于n。隨著每重保護拒動可能性的增 加，整個系統的拒動可能性增加；隨著三取二邏輯拒動可能性的增加，整個系統拒動可 能性也會增加。圖2-6為兩種保護配置方式 拒動性比較曲線。町n. Oi仇*aJ機*ci巾CLT。事o inN/ii圖 2-6 雙重化配置與三重化配置拒動可能性比較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 性決定了整個三取二方案

13、防拒動的能力是 否優于雙重化方案。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。而實際工程中三取二邏輯由電子回路構 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 動的能力會低于完全雙重化方案很多。相關的文獻10也指出，如果考慮單個元件拒動可 能性的因素，雙重化設計要明顯優于三取二 設計。此外，從控制保護系統的總體結構來 看，云廣特高壓工程在設計上取消了超高壓 直流工程中將現場數據采集量通過光纖配 線屏直接連接控制保護裝置的做法，獨立配置了直流測量系統，雙重化配置的保護系統 分別與兩套極測量系統、閥組測量

14、系統交叉 冗余，并通過各自的兩套TDM總線選擇切換 功能進一步增加了動作的可靠性2。直觀來看，由于三取二邏輯更為復雜，環節更多， 再考慮到易于維護等因素，雙重化的保護配 置比三重化保護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 考慮，還是從防誤動考慮，云廣特高壓工程 直流保護采用雙重化配置原則是比較合理 的。3 結語冗余配置是現代控制保護常用的策略。 本文通過對云廣直流工程與南方電網現已PT1PS1PS1圖 2-4 三取二配置誤動可能性分析圖. 誤動圖 2-5 三取二配置拒動可能性分析圖PLEI投運的超高壓直流工程所采取的直流保護 冗余配置的可靠性加以分析，從理論角度說明了云廣直

15、流保護系統采用雙重化配置的 合理性。同時云廣 乂00 kV直流輸電工程作 為世界上第一個特高壓直流工程，由于經驗尚缺，其控制保護系統配置的可靠性仍需在 今后的實際運行中去驗證并不斷地改進完 善。參考文獻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.電力設備，2006 , 7(5) : 27 30 .2中國南方電網公司.+800kV 直流輸電技術研究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計J.電網技術，2006，30(1): 1-8.4潘仲立.可靠性分析的理論基礎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