直流系统异常停运致保护拒动处理与预控措施分析

摘要：直流系统异常停运可能导致保护装置失去工作电源，进而引发保护拒动等严重后果。随着特高压直流工程大规模投运，交直流混联电网的复杂性显著增加，直流系统故障可能引发连锁反应。分析直流系统异常停运与保护拒动的关联机制，研究有效的处理与预控措施，对保障电网安全稳定运行具有重要意义。

关键词：直流系统；异常停运致保护拒动处理；预控；措施

引言

在新型电力系统建设背景下，直流输电系统承担着越来越重要的电力输送任务。然而，直流系统异常停运事件仍时有发生，其引发的保护拒动问题直接威胁电网安全。深入研究直流系统异常停运的故障特征，制定针对性的预防控制策略，是当前电力系统安全防护领域亟待解决的关键技术问题。

1保护拒动的机理及危害

保护拒动是指电力系统发生故障时，保护装置未能正确动作切除故障的异常现象，其发生机理主要涉及四个方面：一是保护装置硬件故障，包括继电器触点粘连、电子元件老化等；二是二次回路异常，如CT/PT回路开路、绝缘下降导致的信号失真；三是定值整定不当，包括灵敏度不足或与系统运行方式不匹配；四是直流电源系统失效，导致保护装置失去工作电源。保护拒动会引发严重的连锁危害：首先导致故障持续时间延长，可能引发设备绝缘击穿等二次故障；其次可能破坏系统稳定性，诱发电压崩溃或频率失稳等大范围停电事故；还会扩大故障影响范围，造成更多设备损坏和经济损失。在新能源高占比系统中，保护拒动还可能引发新能源机组大规模脱网，进一步加剧系统功率失衡风险。

2直流系统异常停运的常见原因

2.1换流阀及关键设备故障

换流阀作为直流系统的核心设备，其故障是导致系统停运的主要原因。晶闸管元件长期运行易出现触发失效、反向恢复失败等特性劣化问题，特别是高电压应力下的动态均压特性恶化。阀冷却系统的腐蚀、泄漏或泵组故障会导致散热能力下降，引发换流阀过热保护动作。此外，换流变压器绝缘老化、有载分接开关卡涩等缺陷，以及直流场平波电抗器、避雷器等设备绝缘性能下降，都可能直接导致直流系统非计划停运。这些关键设备的可靠性问题在系统满负荷运行时表现尤为突出。

2.2控制系统及保护误动作

直流控制保护系统的软件缺陷或硬件故障常引发异常停运，极控系统在交流系统故障期间可能因控制策略不适应而产生误调节，导致换相失败或直流功率振荡。保护定值设置不合理会放大暂态过程中的测量误差，造成过电压、过电流等保护误动作。此外，二次回路接地不良、电磁干扰等问题会导致采样信号畸变，引发控制系统误判。站用交直流电源系统故障也会导致控制保护装置失电，造成系统无序退出运行。

2.3交流系统耦合影响

交流电网故障对直流系统运行产生显著耦合影响，交流母线电压跌落可能引发连续换相失败，特别是在弱交流系统联网情况下。系统振荡期间产生的谐波会干扰换流阀触发时序，导致直流电压异常。交流滤波器投切过程中的暂态过电压可能触发直流保护动作。此外，交流系统短路容量不足时，换流站消耗的无功功率会导致电压稳定性问题，这种相互作用在新能源高渗透区域尤为明显，常常成为直流系统非计划停运的诱因。

3保护拒动的处理措施

3.1设备状态监测与预防性维护

建立完善的保护装置全生命周期管理体系，通过在线监测技术实时采集保护装置的运行参数和状态信息。采用红外测温技术定期检测二次回路连接状况，及时发现接触不良或过热隐患。对继电器触点、电子元器件等关键部件建立老化评估模型，预测其剩余使用寿命。定期开展保护装置的功能测试和特性校验，重点验证启动元件、逻辑回路和出口继电器的动作可靠性。对运行年限较长的保护装置实施预防性更换，避免因设备老化导致的拒动风险。同时建立保护设备缺陷数据库，通过大数据分析识别共性故障模式，指导设备选型和运维策略优化。

3.2二次回路可靠性提升

优化CT/PT二次回路设计，采用双重化配置提高测量可靠性。在重要回路中加装断线监测装置，实时检测回路完整性。对电缆沟道实施防火防潮改造，提高二次电缆的绝缘性能和环境适应性。定期开展二次回路绝缘测试和接地电阻检测，消除寄生回路和接地不良隐患。在关键节点设置测试端子，便于故障排查和回路校验。采用数字化采样技术逐步替代传统模拟量传输，减少中间环节对信号质量的影响。同时规范二次回路的施工工艺和标识管理，避免人为接线错误导致的保护功能异常。

3.3保护定值动态管理

建立适应系统运行方式变化的动态定值管理体系，开发基于实时数据的定值校核系统。针对新能源接入带来的系统特性变化，重新评估保护灵敏度并优化整定原则。建立保护定值风险评估模型，量化分析不同运行方式下的拒动概率。开发定值在线校核工具，当系统结构发生重大变化时自动提示定值调整需求。建立保护定值版本管理系统，确保现场装置参数与调度端数据的一致性。定期开展保护定值专项核查，重点检查与系统运行方式密切相关的启动值和时限配合。同时研究基于广域信息的自适应保护算法，提升保护系统对电网拓扑变化的适应能力。

3.4应急处理与后备保护优化

完善保护拒动应急预案，明确各级人员的处置流程和技术措施。在重要厂站配置快速后备保护，缩短故障切除的延时。优化失灵保护配置方案，确保在主保护拒动时能够可靠启动后备切除。开发基于暂态量的新型保护原理，作为传统稳态保护的补充。建立保护动作信息实时分析系统，快速识别拒动事件并启动应急响应。定期开展保护拒动反事故演习，提高运行人员的应急处置能力。同时研究基于多源信息融合的智能诊断技术，实现保护拒动原因的快速定位和分析。在系统规划阶段考虑保护拒动风险，合理布置解列点和低频低压减载方案，降低拒动可能引发的系统风险。

3.5智能诊断与数字化技术应用

深度推进人工智能技术在保护拒动分析领域的应用，构建基于机器学习的保护装置健康状态评估系统。通过采集历史动作记录、在线监测数据等多元信息，建立保护装置可靠性预测模型，实现故障早期预警。开发保护系统数字孪生平台，在虚拟环境中模拟各种故障场景下的保护行为，提前发现潜在的拒动隐患。利用大数据分析技术挖掘保护装置异常动作的关联特征，建立典型拒动模式的识别算法。推进保护装置远程运维技术应用，实现关键参数的在线监测和远程修改，提高故障处理效率。同时探索区块链技术在保护动作记录存证方面的应用，确保动作信息的真实性和不可篡改性，为拒动分析提供可靠数据基础。通过数字化技术转型，构建更加智能、可靠的保护系统运维体系。

结束语

直流系统异常停运致保护拒动的处理与预控是一个系统工程，需要从设备可靠性提升、保护电源冗余配置、智能监测预警等多个维度协同推进。通过完善技术标准、优化运行策略、强化应急处置能力，可有效降低此类风险的发生概率和影响程度，为构建安全可靠的新型电力系统提供坚实保障。未来还应加强交直流协同保护技术研究，不断提升电网抵御复杂故障的能力。

参考文献

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