周繼紅,王同云,劉 文,張 勇
?
±800kV特高壓換流站換流閥BOD動作導致閥組閉鎖故障分析處理及優(yōu)化
周繼紅,王同云,劉 文,張 勇
(國家電網(wǎng)公司運行分公司哈密管理處,新疆哈密839122)
2014年4月8日,西北某特高壓換流站極Ⅱ高端換流閥閥控主機CCPB切至主用狀態(tài)時,由于極Ⅱ高端閥組換流閥控制單元VBE的B系統(tǒng)滿足單晶閘管冗余跳閘條件(保護性觸發(fā)大于3個跳閘),造成極Ⅱ高端閥組閉鎖及功率轉帶成功,但未造成功率損失。本文首先介紹了換流閥閥控及流閥保護性觸發(fā)(BOD)動作原理。其次詳細說明該換流站發(fā)生換流閥BOD動作事件以及通過現(xiàn)場檢查及試驗排查的方法對故障進行分析處理方法,發(fā)現(xiàn)換流閥BOD動作邏輯和控保軟件切換邏輯不合理。最后針對這兩種不合理問題,提出相應的優(yōu)化建議,避免后續(xù)工程出現(xiàn)類似問題。
BOD 閥組閉鎖故障分析處理及優(yōu)化
特高壓直流輸電(HVDC)作為一種大容量遠距離輸電技術,在我國省間、區(qū)域間聯(lián)網(wǎng)工程中的應用日益廣泛。目前,我國已有數(shù)10項正式投入運行或在建的±800kV 直流輸電工程和數(shù)項±1100 kV特高壓直流輸電的開工建設。特高壓直流輸電可能成為我國未來實現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的手段之一。在HVDC中,換流閥承擔著交、直流轉換功能,是換流站的核心設備,由數(shù)量眾多的多種元器件組成,結構復雜,因此必須具有完備、可靠的閥控保護系統(tǒng)。鑒此,本文介紹了換流閥閥控系統(tǒng)的保護方式,并針對換流站發(fā)生換流閥正常運行時閥控設備單元(VBE)滿足晶閘管冗余跳閘條件而使換流閥保護性觸發(fā)(BOD)動作事件展開分析。通過現(xiàn)場檢查及試驗排查的方式,找出事件發(fā)生的原因,并就這些原因給出解決辦法,最后根據(jù)這一重大隱患提出相應的優(yōu)化建議。本文目的是對后續(xù)工程換流閥穩(wěn)定運行起到預防作用。
1.1 換流閥控保系統(tǒng)
CCP(閥組控制保護主機)發(fā)出的觸發(fā)控制信號送到VBE柜通過CLC接口板送至主控板,主控板將這些信號轉換成觸發(fā)晶閘管的控制脈沖送至光發(fā)射板,光發(fā)射板將其轉換為光脈沖送至多模接口柜(MMV),再經(jīng)MMV的MSC(光分配器)送至閥組件的MSC,閥組件的MSC將激光分配到各個晶閘管級的TFM板(晶閘管觸發(fā)與監(jiān)測板),TFM將接收到的光信號轉換為電信號觸發(fā)與之對應的晶閘管,同時接收晶閘管觸發(fā)之后的回報信號,經(jīng)回報光纖送回光接收板,供VBE判斷晶閘管觸發(fā)情況。
換流閥控制框如圖1所示,VBE保護配置如表1所示。
1.2 換流閥BOD檢測原理
1.2.1 閥觸發(fā)信號
1)深藍線代表FCS觸發(fā)信號,高電平為6.67ms(120°,1/3周期,=20 ms)
2)紅線代表光發(fā)射板下發(fā)的觸發(fā)脈沖(下行信號)
a)第一個脈沖為FCS上升沿雙脈沖(唯一的雙脈沖),此圖中顯示只有一個,由于以5ms為間距,放的太大無法完全顯示。FCS下升沿單脈沖(EOC),EOC主要用于發(fā)給閥控保護(CCP)系統(tǒng),CCP用于投旁通對(BPS)。b)第一個脈沖為FCS截止時下發(fā)的脈沖。c)反向恢復期保護開始單脈沖:檢測反向電壓,當反向電壓上升太快du/dt>100 v/us時,若一個閥段動作數(shù)大于等于3個,整個單閥導通。d)反向恢復期保護結束單脈沖,表示反向恢復期保護結束,從開始到結束大概920ms,超過這個時間段,反向恢復期保護不起作用。e)自檢信號單脈沖:由于單閥的光發(fā)射板觸發(fā)通道有四個,自檢時設計邏輯是輪流下發(fā)自檢單脈沖,不同于觸發(fā)脈沖,他是四個通道一起下發(fā)的。
3)綠線代表光VBE回報脈沖
a)第一個脈沖為VBE在FCS上升沿雙窄脈沖下發(fā)后回報的單脈沖。b)第二個脈沖為FCS截止回報單脈沖。c)第三個脈沖為電壓上升率du/dt回報檢測脈沖。d)第四個脈沖為反向恢復期保護結束單脈沖。e)第五個脈沖為自檢回報脈沖。
4)淺藍線代表FCS下降沿電流過零回報脈沖(EOC)。
1.2.2 BOD動作邏輯
CCP的控制脈沖(FCS)上升沿有效時,值班VBE系統(tǒng)下發(fā)觸發(fā)雙窄脈沖信號,自值班VBE系統(tǒng)下發(fā)觸發(fā)雙脈沖后5.3 μs內(nèi)收到回報單脈沖信號,則認為該可控硅正常觸發(fā);若值班VBE系統(tǒng)下發(fā)觸發(fā)雙窄脈沖信號10 μs后收到回報單脈沖信號,則認為該可控硅BOD動作。VBE對晶閘管BOD檢測為60周波檢測3次。在第20個周期、40個周期、60個周期檢測,一共連續(xù)采3個點都檢測到單脈沖就認為BOD動作,BOD定值7.7 kV。BOD動作邏輯示意圖如圖2所示。
2014年4月8日01:11:45.129,后臺OWS報P1PCP1B裝置異常,主機嚴重故障退出備用,02:46:12現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)P2CCP1B報極2高端閥組大量BOD動作,閥組閉鎖。事件列表如下。
2.1 現(xiàn)場檢查分析
2.1.1 事件列表排查分析
VBE對晶閘管BOD檢測60周波抽檢3次,完成BOD檢測至少需要1.2 s,而事件列表顯示從P2CCP1B切換至值班到檢測到單閥晶閘管 01-49 BOD動作只有0.997 s,說明備用系統(tǒng)在切換到值班前就已經(jīng)進行的BOD自檢,與閥控公司相關文件規(guī)定的備用系統(tǒng)不自檢相悖。
2.1.2現(xiàn)場設備檢查
現(xiàn)場人員在閥組轉檢修后,對報出BOD動作的D2、D5、Y5共計14個單閥進行觸發(fā)性試驗,同時對閥塔外觀進行檢查,未發(fā)現(xiàn)異常;然后對極II高端VBE二次接線進行檢查,重點檢查CCP至VBE的37芯線,未發(fā)現(xiàn)存在松動。
2.1.3 極II高端閥組故障排查試驗
1)FCS回報信號排查試驗;
2)CCP切換期間VBE雙系統(tǒng)Active同為有效的時間排查試驗;
3)VBE雙系統(tǒng)FCS信號一致性排查試驗。
2.2事件原因分析
通過現(xiàn)場檢查和試驗分析認為南瑞控制保護系統(tǒng)監(jiān)視與切換邏輯不合理;主備系統(tǒng)觸發(fā)脈沖FCS不同步以及閥控系統(tǒng)BOD機理存在缺陷,備用系統(tǒng)自檢。當VBE主備系統(tǒng)觸發(fā)脈沖存在10ms以上差異時,備用系統(tǒng)對晶閘管自檢出現(xiàn)錯誤產(chǎn)生大量BOD誤報警,當系統(tǒng)切換時跳閘直接出口導致閥組誤閉鎖。從上面的分析中可以看出,系統(tǒng)切換時VBE雙系統(tǒng)的FCS信號不一致導致備用系統(tǒng)誤判BOD動作。VBE值班系統(tǒng)在接收到CCP下發(fā)的FCS信號上升沿時立即下發(fā)觸發(fā)雙窄脈沖信號,如果在觸發(fā)雙脈沖之間收到回報單脈沖信號(距雙脈沖的第一個脈沖上升沿約為5.3ms),則VBE系統(tǒng)判斷可控硅正常觸發(fā);VBE值班系統(tǒng)在接收到CCP下發(fā)的FCS信號上升沿10ms后收到回報單脈沖信號,則VBE系統(tǒng)判斷晶閘管BOD動作。
現(xiàn)場錄波顯示:CCP備用系統(tǒng)下發(fā)FCS信號超前值班系統(tǒng),VBE備用系統(tǒng)和值班系統(tǒng)接收CCP下發(fā)的FCS相位偏差不穩(wěn)定,最小為15ms,最大為72ms甚至以上。由于備用系統(tǒng)一直自檢,和值班系統(tǒng)同時接收回報單脈沖信號,但備用系統(tǒng)BOD判據(jù)是以自身接收到的CCP下發(fā)的FCS上升沿為基準,當VBE備用系統(tǒng)接收到的FCS信號超前值班系統(tǒng)50ms以上時,容易誤判BOD動作,在單閥內(nèi)檢測到的BOD動作數(shù)目達4個時,滿足跳閘條件。由于備用系統(tǒng)跳閘不出口,當系統(tǒng)切換時跳閘出口,閥組閉鎖。BOD機理如圖7所示。
目前VBE軟件已經(jīng)進行升級,解決了備用系統(tǒng)自檢問題,但控保系統(tǒng)監(jiān)視與切換邏輯和主備系統(tǒng)下發(fā)的FCS信號不一致,需要進一步優(yōu)化。軟件升級過程中提出以下幾點優(yōu)化建議:
1)加強軟件管理,每次試驗時都必須統(tǒng)計所有軟件版本,確保軟件版本不合適對系統(tǒng)造成損失。
2)軟件升級必須將VBE備用系統(tǒng)從“standby”狀態(tài)退至“test”狀態(tài),備用系統(tǒng)軟件升級完成后進行檢測,確保備用系統(tǒng)無誤后將其從從“test”狀態(tài)打至“standby”狀態(tài),此時再將值班系統(tǒng)退至“test”狀態(tài)進行軟件升級,備用系統(tǒng)值班。待值班系統(tǒng)軟件升級完成并檢測無誤后投入運行。此舉主要是防止VBE雙系統(tǒng)同時進行軟件升級時導致切換混亂,避免出現(xiàn)BOD誤動作。
[1] 劉振亞.特高壓輸電[M].北京:電力工業(yè)出版社,2006.
[2] 趙婉君.高壓直流輸電工程技術[M].北京:中國電力出版社,2004.
[3] 馬振軍.HVDC晶閘管換流閥中晶閘管反向恢復期保護電路幾個問題的探討[J].高壓電器,2002,38(4):8-9.
[4] 周會高,許釩.特高壓直流輸電換流閥運行試驗的預期參數(shù)[J].高電壓技術,2010,36(1):75-80.
[5] 羅玉金.高壓直流輸電系統(tǒng)換流閥保護技術分析[J].水電能源科學,2012,30(10):146-149.
[6] 王華鋒,陳龍龍,林志光,鄭林,湯廣福.± 800 kV 特高壓直流輸電換流閥控制保護系統(tǒng)工作原理及其工程應用[J].輸配電技術,2013,34(4):32-36.
Analysis and Optimization of Failure of Locking Valve Group Resulted from Converter’s BOD Action in ±800 kV HVDC Converter Station
Zhou Jihong,Wang Tongyun,Liu Wen,Zhang Yong
(Hami Management Office of Branch Operation of SGCC,Hami 839122, Xinjiang, China)
TM712
A
1003-4862(2016)09-0006-05
2016-04-15
周繼紅(1987-),男,工程師,碩士研究生。研究方向:換流閥及相關設備運維研究。