普僑直流閥組旁路開關(guān)位置異常對控制系統(tǒng)的影響

沈龍　楊學(xué)廣　余海翔

摘要：文章針對普僑特高壓直流運(yùn)行期間一起直流功率異常波動事件，通過分析特高壓直流輸電系統(tǒng)控制系統(tǒng)基本策略及閥組旁路開關(guān)狀態(tài)采集回路，找出功率波動的原因，并對特高壓直流輸電系統(tǒng)的低電壓限流（VDCL）控制策略進(jìn)行了研究，結(jié)合極控組控控制程序，給出了出現(xiàn)異常情況時的現(xiàn)場處理措施建議以及長期的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：普僑特高壓直流輸電；閥組旁路開關(guān)；功率波動；低電壓限流策略；直流功率異常波動 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM721 文章編號：1009-2374（2015）35-0123-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.061

普僑直流輸電工程是世界上±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)西起云南省普洱市、東至廣東省江門市，額定功率5000MW，是南方電網(wǎng)西電東送主動脈之一。相比常規(guī)的直流輸電系統(tǒng)，其一次主回路采用雙十二脈動閥組串聯(lián)結(jié)構(gòu)，為了增加系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性和可靠性，每個閥組均配置有一個閥組旁路開關(guān)、一個陰極刀閘、一個陽極刀閘和一個旁路刀閘。通過對上述一次設(shè)備的順序操作，實(shí)現(xiàn)解鎖和閉鎖同極任何一個閥組時，不影響本極串聯(lián)的另一個閥組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文針對普僑特高壓直流運(yùn)行期間一起直流功率異常波動事件，通過分析特高壓直流輸電系統(tǒng)控制系統(tǒng)基本策略及閥組旁路開關(guān)狀態(tài)采集回路，找出功率波動的原因。對特高壓直流輸電系統(tǒng)的低電壓限流（VDCL）控制策略進(jìn)行了研究，結(jié)合普僑直流實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算出了不同工況下出現(xiàn)相同異常情況時的功率波動幅度。這些分析和結(jié)論不僅有助于提高特高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)水平，而且還對后續(xù)工程設(shè)計(jì)有一定的參考價值。

1 特高壓直流輸電系統(tǒng)閥組旁路開關(guān)位置采集回路

特高壓直流工程存在兩種閥組旁路開關(guān)位置狀態(tài)采集方式。不同方式下采集的閥組旁路開關(guān)位置狀態(tài)參與直流控制系統(tǒng)不同的控制功能。

如圖1所示，方式一通過閥組旁路開關(guān)本體裝設(shè)的位置檢測單元實(shí)現(xiàn)對開關(guān)位置狀態(tài)的采集，隨著開關(guān)實(shí)際位置的變化，該檢測單元能夠輸出4～20mA的電流模擬量，再經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，最終變成電壓信號傳遞給閥組控制系統(tǒng)，根據(jù)電壓信號的大小來表征開關(guān)的位置狀態(tài)。該位置狀態(tài)將與觸發(fā)脈沖相互配合，參與閥組解閉鎖功能。

如圖2所示，方式二通過安裝在閥組旁路開關(guān)本體的合閘行程開關(guān)與分閘行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)開關(guān)合閘（分閘）到位后，將觸發(fā)（釋放）其合閘行程開關(guān)，釋放（觸發(fā)）分閘行程開關(guān)，并分別轉(zhuǎn)換為正負(fù)電位信號量輸入到6MD66間隔就地控制裝置。6MD66間隔就地控制裝置將電位信號量解析為二進(jìn)制信號量后，再通過現(xiàn)場總線通信將開關(guān)位置狀態(tài)信號量傳遞給閥組控制系統(tǒng)，閥組控制系統(tǒng)再將其通過現(xiàn)場總線傳遞給極控系統(tǒng)。該位置狀態(tài)在極控系統(tǒng)中將參與閥組狀態(tài)的判別邏輯。

2 普僑直流功率波動情況

異常發(fā)生前，普僑直流極2全壓金屬回線方式運(yùn)行，負(fù)荷1250MW，極2高端組控系統(tǒng)2為主用系統(tǒng)。隨后極2高端組控系統(tǒng)2發(fā)生現(xiàn)場總線故障告警，因故障等級較輕，組控系統(tǒng)未進(jìn)行切換，匯報調(diào)度后手動對極2高端閥組進(jìn)行閉鎖。閉鎖過程中出現(xiàn)系統(tǒng)順控操作失敗，極2高端閥組點(diǎn)火脈沖未閉鎖，普僑直流出現(xiàn)功率波動。

特高壓輸電系統(tǒng)閥組控制閥組控制程序中，閥組閉鎖時，必須收到BPS合位信號，才能閉鎖閥組點(diǎn)火脈沖。故障發(fā)生時，極2高端閥組控制系統(tǒng)2（主系統(tǒng)）現(xiàn)場總線通訊故障，6MD66間隔就地控制裝置采集到的閥組旁路開關(guān)狀態(tài)變位信息無法通過現(xiàn)場總線上送組控系統(tǒng)2，一直保持分位，導(dǎo)致閥組點(diǎn)火脈沖一直保持，極2極控系統(tǒng)啟動VDCL（低電壓電流限制功能），導(dǎo)致功率降低至408MW。

3 低電壓限流（VDCL）控制策略

為了避免電壓降低時運(yùn)行特性的惡化，特高壓直流輸電系統(tǒng)在極控系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了低電壓限流VDCL控制功能，當(dāng)電壓降低到設(shè)定值后，系統(tǒng)將按一定斜率降低直流電流，減少發(fā)生連續(xù)換相失敗的幾率，避免由于換流器長時間換相失敗造成直流場設(shè)備諧振過電壓。

以普僑特高壓工程為例，其低電壓限流（VDCL）控制策略實(shí)現(xiàn)方法如下：

將極電壓實(shí)際值Uact除以極電壓參考值Uref，其值作為橫坐標(biāo)，再根據(jù)如圖4所示的曲線得出對應(yīng)的低電壓限流（VDCL）功能模塊的輸出參考電流IdrefVDCL，然后和正常運(yùn)行情況下極控系統(tǒng)計(jì)算出的直流電流參考值以及其他一次設(shè)備運(yùn)行情況所允許的最大直流電流進(jìn)行比較，通過最小選擇器MIN選擇其中的最小電流值作為最終的極電流參考值Idref來進(jìn)行電流控制。同時，為了保證系統(tǒng)控制策略正常，兩側(cè)的低電壓限流（VDCL）功能曲線不同，整流側(cè)和逆變側(cè)之間留有一定的電流裕度。

圖4中極電壓參考值Uref是根據(jù)不同的閥組運(yùn)行工況來取值的，正常全壓運(yùn)行下，若單閥組解鎖則該值為400kV，若雙閥組解鎖則該值為800kV。

普僑直流本次功率波動事件中，由于極控收到高、低端閥組的點(diǎn)火脈沖使能信號，極控判斷極二雙閥組均在解鎖運(yùn)行，錯誤地將電壓參數(shù)1.0（對應(yīng)800kV）送到VDCL功能模塊，用于VDCL實(shí)際直流電壓的計(jì)算。

而故障時刻實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的直流電壓為400kV，通過VDCL功能模塊計(jì)算輸出極直流電流參考值為0.325pu，而正常單閥組運(yùn)行時該輸出應(yīng)該為2.0pu，可見故障時VDCL功能模塊輸出的IdrefVDCL（低電壓電流限制功能參考電流）大幅減小。IdrefVDCL與實(shí)際運(yùn)行電流參考值進(jìn)行比較，經(jīng)過邏輯判斷，極2極控系統(tǒng)啟動VDCL功能，將實(shí)際運(yùn)行電流限制到0.325pu，實(shí)際功率從參考值1250WM下降到408WM。

4 現(xiàn)場處理措施建議及改進(jìn)措施

普僑直流本次功率波動事件暴露出單一控制系統(tǒng)的單一故障將導(dǎo)致系統(tǒng)控制功能異常的缺陷和不足，可采取以下兩種措施對其進(jìn)行改進(jìn)：

第一，閥組控制系統(tǒng)采集閥組旁路開關(guān)位置狀態(tài)的方式有兩種：（1）通過位置檢測單元上送的模擬量信號；（2）通過6MD66間隔就地控制裝置上送的現(xiàn)場總線數(shù)字量信號（見文中第一節(jié)）。實(shí)際參與極控系統(tǒng)閥組解閉鎖狀態(tài)判斷邏輯的只是第二種?？蓪M控程序邏輯進(jìn)行修改，將兩種信號在程序里取或邏輯，其輸出作為閥組旁路開關(guān)位置狀態(tài)，避免現(xiàn)場總線單一故障引起直流控制系統(tǒng)異常。

第二，目前組控系統(tǒng)冗余切換邏輯不完善，當(dāng)單套組控系統(tǒng)發(fā)生現(xiàn)場總線故障時，組控系統(tǒng)只認(rèn)定為輕度故障，只有告警邏輯，未設(shè)計(jì)切換邏輯，不能及時有效地切換至無故障系統(tǒng)，避免故障范圍擴(kuò)大。因此，可以修改組控相關(guān)故障切換邏輯，將現(xiàn)場總線故障加入到切換條件里，當(dāng)發(fā)生類似現(xiàn)場總線故障時，系統(tǒng)將自動切換到無故障系統(tǒng)，保證直流控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

5 結(jié)語

通過上述分析，可得出以下結(jié)論：

第一，普僑特高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種閥組旁路開關(guān)位置狀態(tài)的采集方式，不同方式下采集的閥組旁路開關(guān)位置狀態(tài)參與直流控制系統(tǒng)不同的控制功能。

第二，本次普僑直流功率波動原因?yàn)殚y組旁路開關(guān)上送錯誤，閥組解閉鎖狀態(tài)判定錯誤，直流控制系統(tǒng)誤啟動低電壓限流（VDCL）控制功能。

第三，通過按下閥組緊急停運(yùn)按鈕，啟動強(qiáng)制ESOF流程可退出異常的VDCL控制模式；對閥組旁路開關(guān)狀態(tài)判斷邏輯及冗余控制系統(tǒng)自動切換邏輯進(jìn)行優(yōu)化改善，可避免類似故障的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 浙江大學(xué)直流輸電科研組.直流輸電[M].北京：水利電力出版社，1985.

[2] 趙婉君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2004.

[3] 張志朝，王海軍.云廣工程閥組旁路開關(guān)控制策略研究[J].電力系統(tǒng)控制與保護(hù)，2010，38（14）.

[4] 張志朝，劉茂濤，徐攀騰，等.云廣直流工程閥組旁路開關(guān)位置檢測回路設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2011，5（6）.

[5] 張愛玲，劉濤，李少華.云廣特高壓工程緊急停運(yùn)及旁路開關(guān)操作控制策略研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（13）.

作者簡介：沈龍（1988-），男，南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局助理工程師，研究方向：高壓直流輸電及檢修維護(hù)；楊學(xué)廣（1989-），男，南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局助理工程師，研究方向：高壓直流輸電及檢修維護(hù)；余海翔（1986-），男，南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局工程師，研究方向：高壓直流輸電及檢修維護(hù)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）