±800kV云广特高压工程直流保护（精）

±800kV云广特高压工程直流保护

双重化配置可靠性分析

李 扬

（中国南方电网超高压输电公司广州局，广州市，510405）

Reliability Analysis of the Dual Configuration of DC Protection

for Yun-Guang ±800 kV UHVDC Transmission Project

LI Yang

（Guangzhou Bureau, CSG EHV Power Transmission Company, Guangzhou, 510405, China）

ABSTRACT: The dual configuration of DC

protection for Yun-Guang ±800 kV UHVDC

transmission project is introduced and

compared with the triple configuration of DC protection of the existing HVDC transmission project in Southern Power Grid. Through the reliability analysis with the protection configuration of anti-misoperation and anti-resist-operation, pointing out that dual system of UHVDC project is reasonablethe.。

KEY WORD: UHVDC；DC protection；redundant configuration；reliability

摘要： 介绍了云广特高压工程直流保护双重化冗余配置的特点，从可靠性角度与南方电网现有的超高压直流工程直流保护三重化配置进行了对比分析，通过对两种保护配置的防误动性和防拒动性的比较，指出了特高压直流输电直流保护系统双重化配置的合理性，以期对今后特高压工程的建设有所借鉴。

关键词：特高压；直流保护；冗余配置；可靠性

0 引言

±800 kV云广直流输电工程是世界上第一个特高压直流输电工程。与±500kV超高压直流工程相比，云广特高压工程采用了双12脉动阀组串联接线方式，双极输电容量达5000MW[1-3]。由于输送能量巨大，电力系统的稳定运行对特高压直流系统的可靠性提出了更高的要求。从目前已有的超高压直流输电系统运行经验来看，直流控制保护系统是影响系统可靠性的重要因素。其中，直流

保护系统的可靠性是导致事故的主要原因之一。

衡量可靠性的指标主要有两个：一是拒动的可能性，二是误动的可能性[4]。这两个可能性越低，则可靠性就越高。因此，对直流保护系统总的设计要求就是既要有效地防止拒动，又要有效地防止误动。所有提高超高压直流输电可靠性的措施对于提高特高压直流输电的可靠性依然有效，并且要进一步予以加强。目前，南方电网已投运的超高压直流（天广直流、高肇直流、兴安直流）工程中，直流保护均采用三重化的配置原则[5-7]

，而建设中的云广特高压工程，直流保护则采用双重化配置原则[8]。

本文结合云广±800 kV 直流输电工程的实际条件，介绍了云广特高压工程直流保护双重化冗余配置的特点，从可靠性角度与南方电网其他超高压直流工程直流保护三重化配置进行了对比分析，通过对两种保护配置防误动性和防拒动性的比较，指出了特高压直流输电直流保护系统采用双重化配置的合理性。

1 直流保护配置原则

1.1 双重化配置保护原理

在云广特高压直流输电工程中，直流保护系统采用双重化冗余配置，两套保护同时运行，任意一套动作均可出口。每一套直流保护系统具有其独立的、完整的硬件配置和软件配置，与另一套保护之间在物理上和电气上完全独立，任意一套保护因故障、检修或其他原因而完全退出时，不影响另一套保

护，并对整个系统的正常运行没有影响。双重化配置的特点是每套保护的防误不依赖于另一套保护，使设备之间关系简单，易于维护，其逻辑图如图1-1所示。

保护1输入P1000&输入P20输出＞＝10输入P3保护2000&0输入P4

图1-1 双重化配置逻辑图

Fig1-1 logic diagram of Dual Configuration

保护1&输入P1&＞＝1P2保护2&输出输入＞＝1&P3保护3&＞＝1输入&图1-2 三重化配置逻辑图

Fig1-2 logic diagram of triple configuration

1.2 三重化配置保护原理

南方电网现已投运的直流输电工程中，直流保护系统均采用三重化冗余配置[9]，并采用三取二逻辑选择出口的概念，其逻辑图如图1-2所示。与双重化相同的是，三重化配置中三套保护各自独立，每套保护自身采取措施保证单一元件损坏时本套保护不误动。由于极控系统、站控、交流系统保护均采用双重化配置，所以三重化直流保护与双重化外部系统的信号交换通道也采用双重化配置。因此只在直流保护系统1／2上配置三取二逻辑功能，三重化直流保护系统到外部系统的信号按三取二逻辑进行出口表决输出到外部信号，至少两个通道起动保护跳闸，直流保护系统的跳闸信号才能最终执行。三重化配置的特点是每套保护需要依靠其他套保护来进行防误，各套保护之间相互依存，不易于维护。

2 可靠性分析

为简化分析，现作如下假定：

1）不考虑保护自检等措施，假定每个元件发生误动的概率为M，发生拒动的概率为N；

2）对双重化保护，由于该逻辑中“与门”部分实现非常简单可靠，因此将其忽略； 3）对三重化保护本身，设其误动率为S1，拒动率为S0。而三取二逻辑由于有独立的装置来完成功能，具有一定的复杂性，故将其看为一个处理环节，设其误动率为m，拒动率为n。

2.1 双重化配置可靠性分析

对双重化配置误动可能性分析可用图2-1表示，即当P1、P2同时误动，或者P3、P4同时误动时，保护系统误动。根据可靠性分析的基本理论[4]，系统误动的可能性为

D1?M2(2?M2)

P1P2误动P3P4 图2-1 双重化配置误动可能性分析图

Fig2-1 possibility of Dual Configuration

misoperation P1P2拒动P3P4 图2-2 双重化配置拒动可能性分析图

Fig2-2 possibility of Dual Configuration

resist-operation

在分析双重化配置拒动可能性时，其处理流程如图2-2，即P1、P2有一个环节拒动，同时P3、P4也有一个环节拒动，保护系统拒动。根据可靠性分析基本理论，系统拒动的可能性为D20?N2(2?N)。

2.2 三重化配置可靠性分析

对于图1-2所示的三重化配置逻辑，可用图2-3来简化分析。对于三重化配置，不论误动还是拒动，只要系统存在多于两重发生误动或拒动，整个系统出错的可能性为

t21?3M?2M3或t0?3N2?2N3。

P1输入P22/3输出P3

图2-3 三取二方法分析图

Fig2-3 Two-out-of-three analysis chart

PT1误动PS1PS1 图2-4 三取二配置误动可能性分析图

Fig2-4 possibility of Two-out-of-three

misoperation PT0拒动PS0PS0 图2-5 三取二配置拒动可能性分析图

Fig2-5 possibility of Two-out-of-three

resist-operation

在分析误动可能性时，其处理流程如图2-4，即三取二方法误动，或两个三取二逻辑模块之一误动，则保护系统误动。系统误动的可能性为T1?1?(1?t1)(1?m)2。 在分析拒动可能性时，其处理流程如图2-5，即三取二方法拒动，或两个三取二逻辑模块均拒动，则保护系统拒动。系统拒动的可能性为T0?1?(1?t0)(1?n2)。

2.3 误动可能性比较

比较误动的可能性大小，就是比较D1

与T1的大小。假设m=0，即忽略三取二逻辑部分的误动可能性，则：

D1?T1?M2(2?M2)?[1?(1?t1)]??M2(1?M2)?0即D

1

比较D0?T0的大小，由于难以在数学上直接推导出结论，采用数值分析的方法。由D0的表达式可知，双重化配置防拒动能力只取决于N，随着每个保护元件拒动可能性的增加，整个系统的拒动可能性增加。三取二方案防拒动的能力既取决于N，也取决于n。随着每重保护拒动可能性的增加，整个系统的拒动可能性增加；随着三取二逻辑拒动可能性的增加，整个系统拒动可能性也会增加。图2-6为两种保护配置方式拒动性比较曲线。

图2-6 双重化配置与三重化配置拒动可能性比较

Fig2-6 reliability analysis with dual configuration and triple configuration

由图2-6可知，三取二逻辑部分的可靠性决定了整个三取二方案防拒动的能力是否优于双重化方案。图2-6中，D0T0的值范围小，由0到0.1；D0

此外，从控制保护系统的总体结构来看，云广特高压工程在设计上取消了超高压直流工程中将现场数据采集量通过光纤配线屏直接连接控制保护装置的做法，独立配置了直流测量系统，双重化配置的保护系统分别与两套极测量系统、阀组测量系统交叉冗余，并通过各自的两套TDM总线选择切换功能进一步增加了动作的可靠性[2]。直观来看，由于三取二逻辑更为复杂，环节更多，再考虑到易于维护等因素，双重化的保护配置比三重化保护配置的整体可靠性更高。

通过上述比较可以看出，不论从防拒动考虑，还是从防误动考虑，云广特高压工程直流保护采用双重化配置原则是比较合理的。

3 结语

冗余配置是现代控制保护常用的策略。本文通过对云广直流工程与南方电网现已

投运的超高压直流工程所采取的直流保护冗余配置的可靠性加以分析，从理论角度说明了云广直流保护系统采用双重化配置的合理性。同时云广±800 kV直流输电工程作为世界上第一个特高压直流工程，由于经验尚缺，其控制保护系统配置的可靠性仍需在今后的实际运行中去验证并不断地改进完善。

参 考 文 献

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李扬（1982-）男，广东揭阳，工学学士，助理工程师，从事高压直流输电运行维护工作。Email：epliyang@126.com，电话：13602402248. 通讯地址：广东省广州市白云区金钟横路98号中国南方电网超高压输电公司广州局（510405）.