换流站交流滤波器连续切除导致直流功率回降原因分析_乔小冬.pdf

换流站交流滤波器连续切除导致直流功率回降原因分析乔小冬（国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司伊敏换流站，内蒙古 呼伦贝尔 ）摘要：无功控制是换流站直流控制保护的重要组成部分，主要用来控制交流母线电压与交流系统交换的无功，可实时对直流功率进行相应的控制。重点描述一起无功控制连续切除滤波器导致直流功率回降的事故，并对排查过程、暴露问题进行分析，提出相应反措及建议。关键词：交流滤波器；无功控制；功率回降中图分类号：（，）：，：；收稿日期：作者简介：乔小冬（），高级工程师，从事特高压直流控制保护及交流继电保护工作。引言交流滤波器是直流输电系统不可缺少的设备，由电容、电抗和电阻串并联组成。无功控制是换流站直流控制保护的重要组成部分，主要用来控制交流母线电压与交流系统交换的无功，可实时对直流功率进行相应控制。在直流输电系统中，为了滤除直流控制系统产生的谐波以避免对交流输电系统产生不良影响，同时补偿直流控制系统消耗的无功功率，在直流系统运行过程中必须投入一定数量的交流滤波器（必须满足交流滤波器组数最小运行方式），如果绝对最小滤波器的需求不满足，就会在预设时间之后引起功率回降或者直流系统断开。故障现象 年 月 日，站在降功率过程中无功 （功率控制）正确切除滤波器电容器组，时 分秒 毫秒，开关分位产生；时 分秒 毫秒，无功 站控 系统（主系统）异常切除滤波器电容器组；时 分秒 毫秒，开关分位产生。连续切除的 、均为同类型的 型交流滤波器，切除后受放电时间限制无法立即投入（放电时间为 ）。年 月 日 时 分 秒 毫秒，最小滤波器不满足；时 分 秒 毫秒，绝对最小滤波器不满足，正确回降功率 万（从 万 降至 万）。故障发生后，运维人员立即暂停了直流功率升降并及时汇报国调。一次设备检查情况故障发生后，现场对切除的 （）交流滤波器、（）交流滤波器一次设备进行全面检查，断路器、电容器、电抗器及电流互感器外观均未发现明显异常情况。故障录波检查情况检查 （）、（）交流滤波器切除时刻的故障录波，波形均为正常分闸波形，电流、电压、开关位置均未见明显异常。直流站控系统检查情况现场检查 （）、（）交流滤波器就地测控装置至直流站控系统的传输路径，直流站控主电工技术系统解决方案机及相关测量控制系统未见异常，现场链路传输环节如、直流站控 板卡等未见明显异常。故障原因分析过程 无功控制控逻辑控根据当前的无功交换值来投切滤波器，将无功交换值控 制 在 设 定 的 目 标 值 范 围 内，其 目 标 值 范 围 为 （参考值）（补偿值）（死区值），（参考值）（补偿值）（死区值）。其中，（参考值）为运行人员手动整定的无功参考值，站设定为 ；（补 偿 值）为 交 流 系 统 提 供 的 无 功 值；为死区值，站设定为 。当实际无功交换值大于 （参考值）（补偿值）（死区值）时，切除滤波器；当实际无功交换值小于 （参考值）（补偿值）（死区）时投入滤波器。（）交流滤波器切除原因分析后台执行 （：）降至 （：）过程中，无功控制中的 控作用，当无功交换值大于设定上限值时切除滤波器，双系统在 年 月 日 时 分秒 毫秒（功率 ）附近下发“无功 切除滤波器电容器组”命令，现场执行命令切除 （）交流滤波器。（）交流滤波器异常切除原因分析后台下发切除 （）交流滤波器命令后 ，站控 系统（主系统）再次异常下发“无功 切除滤波器电容器组”命令，现场执行命令切除 （）交流滤波器。根据程序可知，在直流站控下发切除滤波器命令后，若 内未收到分位信号，则继续下发切除同类型交流滤波器命令。现场情况与程序逻辑基本一致，如图所示。直流站控在 内未收到 （）交流滤波器分位信号。图补发切除交流滤波器命令逻辑“绝对最小滤波器不满足降功率”报文分析在“开关分位”出现约 后，报出“绝对最小滤波器不满足降功率”，软件逻辑如图所示。当 （）交流滤波器断路器分开后，绝对最小滤波器不满足要求，延时 报出该报文，并执行功率回降命令，与现场现象一致。图“绝对最小滤波器不满足降功率”程序页面 （）交流滤波器投入分析根据软件逻辑，（）交流滤波器自上次分闸后，需满足放电条件后才可继续投入，站放电时间设置为 ，如图所示。结束后，功率运行水平约为 ，根据最小滤波器投切策略（表），需满足 运行要求（实际为 ），因此执行投入 交流滤波器操作。交流滤波器最后投入时间距上次分闸约为 ，与程序吻合。图小组滤波器放电时间逻辑图表 站双极全压最小滤波器要求直流功率水平绝对最小滤波器组数 注：为 型交流滤波器；为 型交流滤波器；为 型交流滤波器；为 型交流滤波器。功率回降原因分析切除 （）、（）交流滤波器后，现场可用滤波器为，此时功率运行水平约为 ，结合绝对最小滤波器策略表（表），滤波器系统解决方案电工技术 需求至少应为 。由于不满足绝对最小滤波器要求，执行功率回降命令，参考值为 ，程序中设置 裕度，因此实际降低至 （如图所示）。实际情况与程序逻辑一致。表 站双极全压绝对最小滤波器要求直流功率水平绝对最小滤波器组数解锁前 图“绝对最小滤波器不满足降功率”回降功率参考值 连续切除 （）、（）交流滤波器原因初步分析结合上述交流滤波器投切现象，初步怀疑控在切除 （）交流滤波器后，由于 与直流站控主系统的 总线通信链路瞬时堵塞，因此直流站 控系 统（主 系 统）未 在 内 收 到 （）分 位 信 号，进 而 继 续 切 除 同 类 型 （）交流滤波器，造成绝对最小滤波器不满足执行功率回降。直流站控与交流滤波器场就地测控装置 通信链路传输阻塞分析 开关由 第继电器小室 滤波器就地接口屏 装置（该装置的站号为 号站）控制。直流站控到 装置的通信路径（以系统为例）如下。（）主控楼计算机室 屏直流站控 现场总线插件通过紫色电缆连接至本屏 。（）主控楼计算机室 屏 通过光纤连接至 第继电器小室 屏 。（）第 继 电 器 小 室 屏 连接 至 第 继 电 器 小 室 屏 ，然后通过紫色电缆连接至 装置。（）第 继 电 器 小 室 屏 通过光纤连接至主控楼计算机室 屏 构成 光纤环网。现对传输路径各环节进行具体分析。装置通过开出插件控制 开关切除，通过开入插件采集 开关状态反馈信号，然后通过现场总线将反馈状态返回直流站控，如图所示。图 开关控制传输环网示意图（）根据站内监控的命令发出时间和 的状态返回时间，可判断 命令发出时间到状态返回时间的差值在 ，符合实际运行状况。初步判断 开入和开出插件运行正常，但 总线通信板卡可能存在瞬时异常导致通信延时。（）是 光电转换模块，主要作用是光电转换，构成光纤环网，任意一个 设备的根光纤都有数据。其内部有优先级的侦测机制，采用先到达该设备的合法数据，其作用类似以太网交换机。结合 环网结 构，直 流 站 控 主 机 处、第继 电 器 小 室 处 模块有可能存在瞬时异常情况。（）主站板卡通过紫色电缆和 连接，然后通过光纤和各个小室的 通信。主站板卡采用依次轮询的通信方式与各个 从站通信。从第个从站设备轮询至最后个从站设备所需的时间为单次通信的最小时间。当 的连接状况不良或者 运行状况不正常时本次轮询某个从站设备可能收不到最新的数据，从而导致 设备的状态返回延时，因此 板卡异常可能导致整个通信链路异常。综合上述分析过程得出如下结论：直流站控系统 主站板卡或交流滤波器测量控制装置 套（号站）总线通信板卡存在短瞬异常导致 总线通信链路瞬时堵塞，致使直流站控 系统（主系统）未在 内收到 （）分位信号，进而继续切除同类型 （）交流滤波器。处理办法及暴露的问题 现场处理（）现场对直流站控系统 套 板卡、交流滤波器测量控制装置 套（号站）板卡更换后，运行无异常。换流站将加强对直流站控 系统及 号站测控装置持续关注，出现异常及时汇报、处理。（）对此次事件反映出的交流滤波器投切控制逻辑问题、延时问题进行进一步研究、分析，并协调许继公司开电工技术系统解决方案展厂内测试、验证，必要时在 年综检期间进行修改优化。（）对现场长期高负载率运行的二次设备开展性能分析评估工作，结合年度检修开展针对性的更换工作。暴露的问题（）基于早期许继技术路线的交流滤波器投切相关逻辑回路及通信链路无监视手段，造成设备板卡插件、二次回路、通信链路等环节发生偶发性、瞬时性故障时故障原因分析难度大、故障点位确认困难。（）早期工程的无功控制策略中若判断交流滤波器投切未成功则会延时 继续投入或切除，但是这缺少相关设计依据标准，因此 的投切延时时间是否合理仍待验证。（）测量控制装置至各站控主机间运行链路短时阻塞，会严重影响对时间精度要求较高的直流系统控制策略。防范措施（）在运行期间，现场加强对交流滤波器投切情况的持续关注，每次投切时及时核对后台报文并计算、分析发出投切命令至分合位报文出现的时间，一旦发现异常，及时分析、处理。（）在直流站控系统增加小组交流滤波器位置信号的时间校核机制并上送软报文事件，以掌握站控系统实际收到开关变位的准确时间。（）站无功控制策略中，若投切执行未成功则延时 继续投入或切除，对此建议适当增加延时定值。（）总线物理层采用的是 电平标准，受电磁环境、接线工艺、总线速度、主站板卡老化等因素影响，主站接收到合法报文的概率降低，通信延时也可能变长，因此有必要增加策略对现场总线的延时时间和直流站控主机 板卡的运行状况进行监视，及时掌握异常情况。建议许继公司尽快制定回路监视功能完善的相关技术方案，并开展验证工作，在 年换流站综检期间进行现场优化。（）分析许继公司的测试报告认为“现场发生的情况应属于硬件运行时间过长，部分器件老化导致的偶发现象”，建议许继公司协助对站现场控保设备运行情况开展分析评估，对控保设备、板卡插件的老化范围予以明确，提出板卡、元器件更换、整改措施。站利用年度检修停电机会，对控制、保护设备开展全面的检查、测试，并有针对性地更换设备板卡或元件，以保障设备运行安全稳定性。结语无功功率控制对于直流系统的运行非常重要，主要是控制交流母线电压和与交流系统交换的无功，还可以通过投入滤波器来防止过多的谐波进入交流系统，并调节母线电压。无功控制的种控制策略不仅有先后优先级也需相互配合。本文可为换流站运行人员的无功控制操作提供一定的指导意见，对同类故障排查处理有一定帮助。参考文献 梁天明，李建勋，李志龙一起交流滤波器电容器非典型故障分析电力电容器与无功补偿，（）：孙殿庆，李曼，王安全换流站无功投切及运行情况分析电力与能源，（）：文继锋交流滤波器保护配置和实现北京：中国电力出版社，肖磊磊广州换流站无功控制及两种特殊工况下的交流滤波器操作北京：首届直流输电与电力电子专委会学术年会，时鑫 直流输电系统换流站无功补偿方案优化设计与仿真哈尔滨：哈尔滨理工大学，王绍明 换流站交流滤波器的故障探究 电力系统装备，（）：史磊，蒋超伟，刘青杨，等灵州换流站交流滤波器跳闸导致直流功率回降原因分析电力电容器与无功补偿，（）：（上接第 页）田丰勋基于信息结构关联矩阵的电网故障诊断方法研究 成都：电子科技大学，刘艳玲 基于信息安全的信息设备管控系统设计与实现成都：电子科技大学，孟凡锋供电公司安全作业管控系统设计与实现成都：电子科技大学，张松，赵玉顺，李登云，等 高压直流电压互感器用精密电阻器的自主化研发现状高电压技术，（）：王阳光，张孝军，徐宇新，等 基于断路器动作时序的双极性直流微电网保护方案电力系统保护与控制，（）：丁卫东，张丽全，许剑冰，等电网安全稳定控制系统标准体系研究评述 电力工程技术，（）：邱进，冯宇，汪洋，等特高压直流电流测量装置阶跃响应特性校验系统研究电力系统保护与控制，（）：周长李，胡汉董特高压直流电流对埋地管道的干扰及防护措施分析 中国石油和化工标准与质量，（）：系统解决方案电工技术