一、成果背景
跨区直流输电系统作为国家电网主网架的重要组成部分，是在更大范围内实施电力资源优化配置的重要战略通道，具有输送容量大、输电距离长、技术先进、设备复杂的特点，其安全可靠性要求很高。据统计，公司系统自2003年以来发生137次直流强迫停运故障，其中由于非电量元件接点误动导致直流强迫停运13次，约占总闭锁次数的10%，由此可见，非电量保护误动已成为直流系统单双极闭锁的重要成因之一。
国内换流站非电量保护设计一般采用二取一出口方式，存在由于单一元件故障导致直流闭锁的隐患。以银川东换流站为例，站内非电量保护众多，共计203个非电量信号作用于跳闸，非电量保护误动的概率进一步增大，且非电量保护动作后无法迅速准确进行故障定位。
二、创新点
1.首次提出非电量保护三取二逻辑和非电量双重化配置概念，打破了传统的非电量保护设计思路，提出了新的非电量保护设计理念，为以后典型设计提供依据。
2.有效防止单一接点故障导致的非电量保护误动，极大降低了非电量保护误动和拒动的概率，提高了可靠性。
3.对于非电量保护元件无法提供三副跳闸接点的情况，将告警接点引入非电量保护逻辑，采用告警&跳闸的方式实现三取二逻辑。
4.实现所有非电量保护元件接点状态实时监测，采用大功率重动继电器，提高抗干扰能力。
5.非电量保护动作后，能快速准确地进行故障定位，节省事故处理时间。
6.非电量保护采用双重化配置，任一保护装置故障不影响非电量保护运行，整体可靠性高，方便运行维护。
三、实施情况
目前，国内换流变非电量保护大体采用两种实现方式，一是由独立的非电量保护装置实现，跳闸出口回路为直跳回路；二是采用ABB技术的直流工程中，非电量接点经开关量板卡采集，通过CAN总线送至控制保护系统，由控制保护系统实现跳闸出口。以上两种方式均采用二取一出口方式非电量继电器提供两副独立的跳闸接点，分别接入两套独立的保护装置或冗余的控制保护系统，只要有一副非电量保护跳闸接点闭合，保护就会动作出口。经深入调研比较，以上两种实现方式存在以下问题：
1.采用二取一出口方式，非电量保护误动概率较大。一副非电量保护跳闸接点闭合，保护就会动作出口，存在单一跳闸接点故障导致的保护误动情况，不利于直流系统长期安全稳定运行。
2.ABB技术直流工程中，非电量动作接点经开关量板卡采集，通过CAN总线送至控制保护系统，抗干扰性能差，可靠性低。由于ABB技术直流工程整体设计思路，所有非电量信号经I/O板卡采集后通过CAN总线送至控制保护系统，由控制保护完成跳闸出口。此设计方案中，总线的可靠性将是制约非电量保护可靠性的瓶颈因素。
3.ABB技术直流工程中，没有设计硬压板，不便对单个非电量保护进行投退。很多专业技术规程中明确要求在一些特殊情况下应临时将重瓦斯保护由跳闸改投信号或退出，如换流变、平抗运行中滤油、补油、更换潜油泵；本体重瓦斯二次回路上的工作；瓦斯继电器采集气样或油样等等，ABB技术直流工程中，没有设计硬压板，不便对单个非电量保护进行投退，只能采取断开硬连线或临时修改控制保护软件的非常规手段，在运行管理及具体操作上均存在障碍。
银川东换流站换流变非电气量保护配置有8个瓦斯保护，分别为本体油枕瓦斯1.1，进线套管瓦斯1.2、1.3，出线套管瓦斯1.4、1.5，分接头瓦斯1.6、1.7、1.8；3个温度保护，分别为顶部油温4.1，进线绕组温度5.1，出线绕组温度5.2；压力释放5个，分别为8.1、8.2、8.3、8.4、8.5；压力继电器3个，分别为分接头压力继电器12.1、12.2、12.3；SF6压力监视继电器4个，分别为15.1、15.2、15.3、15.4，安装于换流变出线套管。其中除压力释放作用于信号外，其他非电气量保护均会作用于跳闸，一台换流变共有16个作用于跳闸的非电量保护。
银川东换流站每极有6台换流变，双极共12台，总计共有192个非电量保护，再加上直流穿墙套管、直流分压器、光电流互感器、水冷系统非电量保护，总计有203个非电量保护，远远大于变电站非电量保护数量，从而导致换流站非电量保护误动概率也远高于变电站。
针对银川东换流站非电量保护最初设计采用二取一出口方式，存在由于单一元件故障导致直流闭锁的隐患，银川东换流站技术人员积极与国家电网公司运维检修部、许继日立公司联系沟通，提出了非电保护三取二改造方案，方案得到了国家电网公司运维检修部的高度认同和大力技持，列为2012年度大修重点隐患治理项目。银川东换流站作为试点于2012年4月完成改造，成为首批实施非电量保护三取二改造的换流站。
换流变非电量保护共配置3面屏柜，分别为TFPA屏、TFPB屏、TFPC屏，实现换流变A、B、C三相非电量保护三取二功能。
TFPA屏、TFPB屏、TFPC屏各配置一台DCD-101重动装置，DCD-101装置专门用于接点的扩展，装置最多可对84个接点进行扩展至168个，用于配合SBH-106A装置来完成非电量双重保护。三台重动装置分别对换流变本体继电器的第一、二、三副接点进行扩展，由1副扩展为2副，分别送至两套SBH-106A非电量保护装置。
TFPA屏、TFPB屏各配置3台SHB-106A非电量保护装置，分别对应换流变A、B、C三相的非电量跳闸接点。SBH-106A是新型微机非电量装置，适用于各种类型、各种电压等级的长距离直流输电工程和背靠背直流工程，可用于各种保护信号的上传、扩展、延时、重动等功能，该装置也能直接与换流站综合自动化系统通信。SBH-106A型非电量保护装置的CPU对每个非电量保护进行独立的三取二逻辑判断（例如换流变Y/YA相“重瓦斯”），满足条件后跳闸出口，实现换流变非电量保护的三取二功能。
四、效果及应用前景
本成果所提出的非电量保护三取二逻辑已获得实用新型专利，并写入《国家电网公司防止直流换流站单、双极强迫停运二十一项反事故措施》第一项，反措中明确要求作用于跳闸的非电量元件都应设置三副独立的跳闸接点，按照“三取二”原则出口。
银川东换流站作为首批实施非电量保护三取二改造的换流站，于2012年4月年度检修期间顺利完成改造，胶东换流站、高岭换流站、灵宝背靠背换流站、团林换流站、枫泾换流站非电量保护三取二改造也已相继完成，大大降低了换流站非电量保护误动概率，增加了直流系统运行可靠性，确保了跨区电网安全稳定运行。采用ABB技术的直流工程，如三广、三常、葛南等直流工程均纷纷借鉴三取二成功改造经验，研究制定改造方案，将非电量保护三取二改造列入技改计划。
三取二逻辑能有效防止单一接点故障导致的非电量保护误动，大大降低非电量保护误动的概率，提高保护可靠性；非电量保护动作后，能快速准确地进行故障定位，节省事故处理时间；非电量保护采用双重化配置，任一保护装置故障不影响非电量保护运行，整体可靠性高，方便运行维护。非电量保护三取二逻辑作为一种新型的非电量保护，处于国内领先水平，改造成果得到了国网公司及业内的一致认可，在同行中起到了积极的示范作用，推动了非电量保护的健全和发展，不但在后续直流工程中具有极大的推广应用价值，在整个电网、发电企业、电解铝行业、冶炼行业、热工行业中都有着广阔的应用前景。