在中國,±800kV特高壓直流輸電技術(shù)采用雙極雙12脈動(dòng)換流器串聯(lián)運(yùn)行的主接線形式。考慮到單閥組運(yùn)行、雙閥組運(yùn)行、三閥組運(yùn)行等多種組合形式,特高壓直流輸電共計(jì)有45種正常運(yùn)行方式。為了有效提高直流輸電的可靠性,特高壓直流配置了單12脈動(dòng)換流器在線投退控制策略,用以對(duì)故障退出運(yùn)行的單12脈動(dòng)換流器進(jìn)行隔離檢修,以最大可能地避免極/雙極強(qiáng)迫停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn),利用極間功率補(bǔ)償功能最大限度地減少功率損失。
然而,現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)卻表明,特高壓直流輸電單閥組在線投退功能存在著部分缺陷,導(dǎo)致投退失敗,甚至導(dǎo)致正常運(yùn)行閥組誤退出等情況,引發(fā)業(yè)界廣泛關(guān)注。2016年2月28日,某特高壓換流站極Ⅱ低端閥組隔離開關(guān)正常操作過程中,極Ⅱ閥組連接線差動(dòng)保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作,極Ⅱ高端閥組閉鎖。此次事件雖未造成直流功率損失,但對(duì)特高壓直流安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了極大的威脅。
在此背景下,基于特高壓直流在線投退策略,對(duì)“2·28”事故進(jìn)行詳細(xì)分析,查找出故障的根源,對(duì)其他換流站今后的運(yùn)維工作具有極大的借鑒意義。
1、特高壓直流在線投退原理
特高壓直流工程閥組的投入與退出,應(yīng)以不中斷另一閥組的正常運(yùn)行;同時(shí)對(duì)直流功率輸送帶來的擾動(dòng)應(yīng)盡量小為原則,以避免對(duì)整個(gè)電網(wǎng)帶來過大的沖擊。站間通訊正常時(shí),閥組投入退出命令由主控站發(fā)出,兩端換流站之間通過相互協(xié)調(diào)的控制時(shí)序?qū)崿F(xiàn)閥組平穩(wěn)投退。
1.1在線投入原理及時(shí)序
有站間通訊時(shí),換流器允許投入的前提是極單閥組運(yùn)行,且兩站本極另一閥組均處于熱備用狀態(tài)(readyforoperation,RFO)。投入順序如下:
1)主控站發(fā)出換流器投入命令,投入的換流器立即解鎖,解除移相,定電流調(diào)節(jié)器的電流定值為IDNC實(shí)測(cè)值。在定電流調(diào)節(jié)器作用下,觸發(fā)角逐漸下降,通過換流器的電流逐漸增大;當(dāng)通過換流器的電流與IDNC相等時(shí),觸發(fā)角約為90°左右,此時(shí)拉開換流器旁通開關(guān),直流電流完全轉(zhuǎn)移至換流器。
2)非主控站通過站間通訊收到主控站投入換流器命令信號(hào)后,與主控站同樣操作,解鎖閥組,調(diào)節(jié)換流器電流,拉開旁通開關(guān)。
3)逆變側(cè)投入的換流器在電壓調(diào)節(jié)器的作用下提升直流電壓,整流側(cè)維持直流電流為極控制電流指令值。
4)直流電壓和直流電流都達(dá)到指令值,換流器投入完成。
其投入過程的邏輯框圖,如圖1所示。
圖1 在線投入邏輯框圖
無站間通訊時(shí),兩站運(yùn)行人員通過電話溝通,整流側(cè)先發(fā)換流器解鎖命令,解除移相,升換流器直流電流達(dá)到IDNC后,拉開旁通開關(guān);整流側(cè)兩換流器均進(jìn)入定電流控制,等待逆變側(cè)換流器投入;逆變站運(yùn)行人員發(fā)出換流器解鎖命令后,解除移相,升換流器直流電流達(dá)到IDNC后,拉開旁通開關(guān);隨后逆變側(cè)提升直流電壓,整流側(cè)維持直流電流,換流器投入完成。整流、逆變兩站解鎖的時(shí)間間隔不能大于5s。
1.2在線退出原理及時(shí)序
有站間通訊時(shí),換流器允許退出的前提是極雙閥組運(yùn)行。退出順序如下:
1)主控站的換流器退出命令后立即執(zhí)行觸發(fā)角調(diào)整到90°(ALPHA90)操作,ALPHA90后執(zhí)行投旁通對(duì)操作,合換流器的旁通開關(guān),然后閉鎖該換流器;
2)非主控站通過站間通訊收到主控站退出換流器命令信號(hào)后,與主控站同樣操作,立即執(zhí)行AL-PHA90操作,ALPHA90后執(zhí)行投旁通對(duì)操作,合換流器的旁通開關(guān),然后閉鎖該換流器;
3)本極另一換流器繼續(xù)運(yùn)行,兩站協(xié)調(diào)維持電流電壓在指令值附近,換流器退出完成。
其退出過程的邏輯框圖,如圖2所示。
圖2 在線退出邏輯框圖
無站間通訊時(shí),某站單換流器故障退出,對(duì)站通過換流器不平衡保護(hù)功能自動(dòng)退出本極低壓換流器。當(dāng)本站雙閥組運(yùn)行,且直流電壓在0.35~0.65p.u.之間,換流器不平衡保護(hù)判別對(duì)站換流器已退出時(shí),將延時(shí)退出本站的低壓換流器。
2、事件記錄及故障錄波分析
2.1事故概述
故障前,某特高壓直流雙極四閥組大地回線方式運(yùn)行,輸送功率4000MW。故障后,極Ⅰ單極大地方式運(yùn)行,輸送功率保持4000MW。11:17:10:576運(yùn)行人員操作,發(fā)出極Ⅱ低端換流器隔離指令,但在11:17:31:795閥組連接線差動(dòng)保護(hù)2段動(dòng)作“三取二”判斷后發(fā)出Z閉鎖命令,極Ⅱ高端閥組閉鎖。由于直流半功率運(yùn)行,極Ⅰ成功轉(zhuǎn)帶極Ⅱ功率,未導(dǎo)致直流功率損失。
事后檢查,極Ⅱ高端閥組未發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn),此次事件應(yīng)該是由于控制保護(hù)系統(tǒng)缺陷導(dǎo)致的誤動(dòng)事件。
2.2主要事件記錄
事件具體記錄如表1所示。
表1 事件記錄梳理
2.3故障錄波分析
閥組連接線差動(dòng)保護(hù)的基本原理如下:
報(bào)警段:|IDC2P-IDC1N|>ID_NOM×0.0375,延時(shí)2s報(bào)警。
跳閘Ⅰ段:
|IDC2P-IDC1N|>|IDC2P+IDC1N|×0.5×0.1,延時(shí)150ms跳閘。
跳閘Ⅱ段:
|IDC2P-IDC1N|>|IDC2P+IDC1N|×0.5×0.2,延時(shí)6ms跳閘。
事件發(fā)生期間,保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流波形如圖3所示。
圖3 故障發(fā)生時(shí)刻差動(dòng)電流波形圖
從故障錄波圖分析,故障發(fā)生時(shí),特高壓換流站極Ⅱ閥組連接線差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)電流ICCBDP_DIFF由0瞬間變?yōu)?362A,大于差動(dòng)Ⅱ段制動(dòng)電流1750A,滿足保護(hù)動(dòng)作條件。
從圖4看出,當(dāng)雙閥組運(yùn)行時(shí),差動(dòng)電流取高端閥組低壓側(cè)TA和低端閥組高壓側(cè)TA之差;當(dāng)任一閥組退出后,差動(dòng)電流取0A,該保護(hù)退出運(yùn)行。
圖4 閥組連接線差動(dòng)電流取樣邏輯
3、直流控保軟件檢查分析
此特高壓換流站使用南瑞集團(tuán)提供的直流控制保護(hù)軟件,這也是特高壓直流工程首次使用南瑞集團(tuán)的直流控保軟件。
保護(hù)動(dòng)作、極Ⅱ高端閥組閉鎖后,檢查發(fā)現(xiàn)該保護(hù)邏輯中CONV1_ON=0、CONV2_ON=1(如圖5所示),與實(shí)際狀態(tài)不符,正常狀態(tài)應(yīng)為CONV1_ON=0、CONV2_ON=O。
圖5 閥組運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別邏輯
由此推斷,BPD2(P2.WP.Q15)合上后,閥組連接線差動(dòng)保護(hù)仍判該刀閘為分位,誤判低端閥組在運(yùn)行狀態(tài)(CONV2_ON=1),同時(shí)高端閥組處于運(yùn)行狀態(tài)(CONV1_ON=1),導(dǎo)致該保護(hù)選擇IDC2P和IDC1N進(jìn)行差動(dòng)電流的計(jì)算,此時(shí)IDC2P電流為0,IDC1N為運(yùn)行電流(3362A),造成閥組連接線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。
圖6 低端閥組旁路刀閘運(yùn)行狀態(tài)輸入
進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)軟件信號(hào)異常如圖6所示。正常情況下,賦值模塊(即圖6中→1←)輸出與輸入應(yīng)一致,但圖中顯示輸入信號(hào)PWPQ15_OP_IND=0,輸出信號(hào)BPD2_OPEN_IND=1,輸出信號(hào)與輸入信號(hào)不一致?,F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)3套極保護(hù)中均存在該情況。
經(jīng)分析,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致BPD2分位信號(hào)錯(cuò)誤的原因是BPD2_OPEN_IND輸入信號(hào)的底層代碼錯(cuò)誤,誤將BPD2分位信號(hào)(PWPQ15_OP_IND)定義為BPD2合位信號(hào)(PWPQ15_CL_IND),如圖7所示。
圖7 信號(hào)內(nèi)部定義錯(cuò)誤
根據(jù)上述現(xiàn)象分析,故障原因?yàn)檐浖讓哟a錯(cuò)誤,引起閥組連接線保護(hù)差動(dòng)電流選擇錯(cuò)誤,導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作。
4、故障處理及建議
1)經(jīng)檢查,此特高壓直流閥組連接線差動(dòng)保護(hù)均存在BPD2_OPEN_IND信號(hào)與實(shí)際狀態(tài)不符的情況,如現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)為分位,但軟件中信號(hào)為合位。建議直流控制保護(hù)供貨廠家開發(fā)編譯軟件自檢功能,當(dāng)信號(hào)實(shí)際輸入與自定義輸入出現(xiàn)差異時(shí),軟件能夠自動(dòng)報(bào)警,確保其余信號(hào)無類似問題。
2)經(jīng)南瑞集團(tuán)檢查確認(rèn),現(xiàn)場(chǎng)軟件中僅BPD2_OPEN_IND信號(hào)存在底層代碼錯(cuò)誤問題,其他極控、閥控、極保護(hù)、閥保護(hù)等軟件中均無類似錯(cuò)誤。建議廠家在編寫軟件和自行監(jiān)測(cè)過程中切實(shí)提高檢查力度,同時(shí)在出廠試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中能夠?qū)浖M(jìn)行全面的試驗(yàn)和檢查。
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