換流站交流濾波器的控制邏輯優(yōu)化分析

周曉宇

摘要：直流輸電系統(tǒng)中，為了消除直流控制系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對(duì)交流輸電系統(tǒng)帶來的不良影響，并補(bǔ)償直流系統(tǒng)消耗的無功功率，在直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行過程中必須投入一定數(shù)量的交流濾波器。投切交流濾波器一般是由直流站控系統(tǒng)根據(jù)直流系統(tǒng)當(dāng)前輸送的功率大小來自動(dòng)完成的。交流濾波器測(cè)控裝置內(nèi)部程序?qū)Ω鱾€(gè)交流濾波器小組的設(shè)計(jì)有“選擇”與“非選擇”狀態(tài)。本文就換流站內(nèi)交流濾波器的控制邏輯存在的安全隱患進(jìn)行了分析，并提出可改進(jìn)的措施。

1、前言

高壓直流輸電系統(tǒng)換流器在電能的交流/直流轉(zhuǎn)換的過程中會(huì)吸收大量的無功功率，因此需要投切交流濾波器來補(bǔ)償交流系統(tǒng)的無功功率。交流濾波器的作用為：濾除由換流器產(chǎn)生的交流側(cè)諧波、提供換流器所需的無功功率、維持交流母線電壓在設(shè)定范圍內(nèi)。而投切交流濾波器一般是由直流站控系統(tǒng)根據(jù)直流系統(tǒng)當(dāng)前輸送的功率大小來自動(dòng)完成的。交流濾波器測(cè)控裝置AFC內(nèi)部程序?qū)Ω鱾€(gè)交流濾波器小組的設(shè)計(jì)有“選擇”與“非選擇”狀態(tài)，當(dāng)某交流濾波器小組為“選擇”狀態(tài)時(shí)，交流濾波器測(cè)控裝置AFC會(huì)給直流站控DCC一個(gè)該交流濾波器小組“可用”的信號(hào)，直流站控DCC根據(jù)當(dāng)前的直流輸送功率水平對(duì)當(dāng)前全站處于“可用”狀態(tài)的交流濾波器小組按照無功自動(dòng)控制原則進(jìn)行自動(dòng)投切操作。相反，當(dāng)某交流濾波器小組處于“非選擇”狀態(tài)時(shí)，直流站控DCC不會(huì)對(duì)該交流濾波器小組進(jìn)行自動(dòng)投切操作，只能由運(yùn)行人員進(jìn)行手動(dòng)投切操作。交流濾波器小組自動(dòng)投切遵循以下原則：

（1）解鎖時(shí)按照最小濾波器配置，投A+B型交流濾波器各一組;

（2）接下來根據(jù)系統(tǒng)需要再投入第二個(gè)A+B組交流濾波器;

（3）所有A型的交流濾波器投入后，C型交流濾波器才根據(jù)系統(tǒng)需要投入;

（4）如果某一型號(hào)的交流濾波器不可用，則取代的交流濾波器按照A→B→C36→C48的順序代替;

（5）同種型號(hào)的交流濾波器按“先投先退”的原則進(jìn)行自動(dòng)投切。

2、交流濾波器控制邏輯分析

交流濾波器保護(hù)動(dòng)作后，一般會(huì)發(fā)命令直接跳開相關(guān)濾波器的開關(guān)從而使相應(yīng)交流濾波器退出運(yùn)行，并通過硬接線方式發(fā)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)至監(jiān)控系統(tǒng)。為了避免由于故障跳閘退出的交流濾波器小組重新被直流站控DCC自動(dòng)投入運(yùn)行，擴(kuò)大事故后果，交流濾波器測(cè)控裝置AFC需要將跳閘退出的交流濾波器小組置為“非選擇”狀態(tài)。

從上圖可以看出，交流濾波器的測(cè)控裝置AFC內(nèi)交流濾波器小組“非選擇”的程序判據(jù)為：只要有交流濾波器保護(hù)動(dòng)作或小組開關(guān)操作出口跳閘（小組開關(guān)操作箱手跳出口除外），就會(huì)把相應(yīng)小組交流濾波器轉(zhuǎn)為“非選擇”狀態(tài)。即：

（1）某小組交流濾波器保護(hù)1或2動(dòng)作跳閘，或小組開關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳閘，或小組開關(guān)操作箱保護(hù)跳閘出口，均會(huì)將該小組交流濾波器轉(zhuǎn)換為“非選擇”狀態(tài);

（2）某小組交流濾波器大組保護(hù)1或2動(dòng)作跳閘，將會(huì)使該大組交流濾波器的所有小組交流濾波器轉(zhuǎn)為“非選擇”狀態(tài)。

3、交流濾波器控制邏輯設(shè)計(jì)安全隱患分析

綜上所述，測(cè)控系統(tǒng)在控制邏輯的設(shè)計(jì)上存在不合理的地方，即使交流濾波器各小組處于“選擇”狀態(tài)時(shí)，不管交流濾保護(hù)裝置是否退出，只要交流濾波器小組保護(hù)或大組保護(hù)裝置動(dòng)作，相應(yīng)的交流濾波器小組或相應(yīng)的交流濾波器大組下的各小組都會(huì)轉(zhuǎn)到“非選擇”狀態(tài)而退出系統(tǒng)無功自動(dòng)控制的選擇范圍。這對(duì)直流系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行及交流濾波器保護(hù)裝置的檢修維護(hù)工作存在重大安全隱患。表現(xiàn)在：

（1）檢修過程誤改變運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)。按照220kV及以上電壓等級(jí)繼電保護(hù)裝置配置的要求，必須配置兩套以上相互獨(dú)立的保護(hù)裝置，當(dāng)其中一套保護(hù)因故退出運(yùn)行時(shí)，另一套保護(hù)能正常為系統(tǒng)工作。也就是說，退出狀態(tài)的保護(hù)裝置，其檢修維護(hù)的過程中的任何動(dòng)作行為應(yīng)該不能影響到一次設(shè)備的工作狀態(tài)。按照目前交流濾波器測(cè)控系統(tǒng)的控制邏輯的設(shè)計(jì)，盡管保護(hù)已經(jīng)完全退出，但還能使交流濾波器退出到“非選擇”狀態(tài)。在檢修人員不熟悉交流濾波器測(cè)控裝置的控制邏輯時(shí)，按照正常的保護(hù)試驗(yàn)辦法對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，容易使正常運(yùn)行的交流濾波器退出到“非選擇”狀態(tài)。

（2）使直流系統(tǒng)限功率。當(dāng)直流系統(tǒng)輸送的功率上升到一定水平時(shí)，系統(tǒng)無功自動(dòng)控制便要求投入相應(yīng)數(shù)量及型號(hào)的交流濾波器小組。倘若在功率提升過程中，正在檢修的交流濾波器保護(hù)裝置動(dòng)作而使相應(yīng)的交流濾波器退出選擇狀態(tài)，出現(xiàn)可用交流濾波器小組數(shù)量不足，導(dǎo)致直流功率限制而不能繼續(xù)提升直流功率。

4、交流濾波器控制邏輯優(yōu)化建議

上面提到，現(xiàn)有的交流濾波器控制邏輯設(shè)計(jì)存在安全隱患，為了消除上述安全隱患，提出以下三種方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)：

（1）修改升級(jí)交流濾波器測(cè)控裝置AFC程序。AFC程序的修改有下面兩種方法：

1）保留操作箱出口跳閘的判據(jù)，把保護(hù)1和保護(hù)2動(dòng)作信號(hào)由“相或”改為“相與”，并取消小組開關(guān)保護(hù)動(dòng)作的條件。一般情況下，交流濾波器在投入運(yùn)行時(shí)至少有一套保護(hù)為正常運(yùn)行狀態(tài)，通過保護(hù)1與保護(hù)2“相與”后作為是否為交流濾波器發(fā)生了故障的判據(jù)較為妥當(dāng);由于小組開關(guān)保護(hù)只有一套，只能取消該條件，因?yàn)檫€有一個(gè)操作箱保護(hù)出口跳閘的判據(jù)可確保護(hù)小組開關(guān)保護(hù)出口也能判別。

2）直接取消保護(hù)1、保護(hù)2、小組開關(guān)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)的判據(jù)，僅保留操作箱出口跳閘的判據(jù)。該方法簡(jiǎn)單可靠，因?yàn)槿魏伪Ｗo(hù)動(dòng)作跳閘都必須經(jīng)過操作箱出口，而當(dāng)交流濾波器正常投運(yùn)時(shí)，檢修保護(hù)裝置也不可能對(duì)小組開關(guān)操作箱進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)。

（2）增加保護(hù)裝置至交流濾波器測(cè)控裝置AFC保護(hù)動(dòng)作信號(hào)回路的出口壓板。該方法可在保護(hù)退出時(shí)將該信號(hào)回路切斷，保護(hù)退出的保護(hù)裝置不向測(cè)控裝置發(fā)送保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。但在保護(hù)檢修時(shí)不方便進(jìn)行信號(hào)核對(duì);另外，測(cè)控裝置也是雙套配置的，在退出測(cè)控裝置上進(jìn)行信號(hào)檢查工作時(shí)同樣會(huì)導(dǎo)致交流濾波器小組退出。

（3）在保護(hù)裝置和交流濾波器測(cè)控裝置AFC之間增加一個(gè)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)回路專門作為該保護(hù)動(dòng)作的判據(jù)，并在保護(hù)屏內(nèi)設(shè)置該回路的出口壓板。

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