黃晨,鄭映斌
(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司,湖南長沙410004)
換流閥在換流站的作用是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電或者將交流電轉(zhuǎn)化為直流電〔1〕。換流閥的負(fù)載能力與溫度密切相關(guān),隨著閥溫度的變化,設(shè)備允許的負(fù)載能力也相應(yīng)的變化,當(dāng)換流閥溫度過高時,將嚴(yán)重影響閥的正常運行,甚至可能引起直流系統(tǒng)閉鎖〔2-3〕。
為防止換流閥由于溫度過高而造成設(shè)備損壞,在鵝城換流站換流器第2套保護的后備直流過流保護中設(shè)置了可控硅結(jié)溫保護,具體設(shè)置如下:①當(dāng)可控硅結(jié)溫>93.5℃時,延時100 ms切換到備用控制系統(tǒng);②當(dāng)可控硅結(jié)溫>97℃時,延時250 ms換流器Z類閉鎖,跳換流變交流側(cè)斷路器,發(fā)出極隔離指令,啟動斷路器失靈保護并閉鎖換流變交流側(cè)斷路器〔4〕。
以上保護中采用的可控硅結(jié)溫 (T_J)的信號不是直接通過溫度傳感器采樣,而是通過一系列的計算得出的:
式中 PT_MEAN是直流中性母線電流IDNE、換流變閥側(cè)套管電流IVY和IVD的變化量,T_MEAN是換流閥出水溫度RETURN_TEMP和換流閥進水溫度SUPPLY_TEMP的變化量,具體計算如下:
式(2)中 CURR_MAX=MAX{IDNE,IVY,IVD},即CURR_MAX為IDNE,IVY和IVD中3個值當(dāng)中的最大值,而x則是一個階段函數(shù):
由以上計算式可知,后備直流過流保護中的可控硅結(jié)溫 T_J是由 SUPPLY_TEMP,RETURN_TEMP,IDNE,IVY以及IVD這5個模擬量決定。
在鵝城換流站的閥冷卻保護CCP1和CCP2中均設(shè)置了溫度保護,CCP1中的溫度保護通過檢測換流閥進水溫度SUPPLY_TEMP(溫度傳感器BT3和BT4測得),當(dāng)有備用冷卻容量,閥進水溫度超過57.4℃時,延時1 s切換系統(tǒng),延時3 s出口跳閘,閉鎖極。當(dāng)無備用冷卻容量,閥進水溫度超過62.1℃,延時1 s切換系統(tǒng),延時3 s出口跳閘,閉鎖極。
CCP2中的溫度保護通過檢測換流閥出水溫度RETURN_TEMP(溫度傳感器BT1和BT2測得),當(dāng)有備用冷卻容量,若閥出水溫度>63.8℃,延時3 s發(fā)RUN_BACK降功率指令。當(dāng)無備用冷卻容量,若閥出水溫度 >68.5℃,延時3 s發(fā)RUN_BACK降功率指令。
查取鵝城換流站多年運行工況記錄發(fā)現(xiàn),在高溫滿負(fù)荷期間,水冷系統(tǒng)正常運行時極Ⅰ可控硅結(jié)溫一般在70℃左右,極Ⅰ閥出水溫度一般在47℃左右,閥進水溫度一般在41℃左右;極Ⅱ可控硅結(jié)溫一般在71℃左右,極Ⅱ閥出水溫度一般在48℃左右,閥進水溫度一般在40℃左右 (極Ⅰ、極Ⅱ內(nèi)冷水膨脹管水位約為68%,此溫度同內(nèi)冷水系統(tǒng)中水量有關(guān),水量多則溫度低,反之則溫度高)。當(dāng)有備用冷卻容量時,極Ⅰ的閥進水溫度和閥出水溫度的差值約6℃,極Ⅱ外冷水的閥進水溫度和閥出水溫度的差值約8℃。
假定高溫滿負(fù)荷期間,當(dāng)有備用冷卻容量,閥進水溫度超過57.4℃時 (假設(shè)此時變量 PT_MEAN并未出現(xiàn)異常),可推算出此時極Ⅰ閥出水溫度約為63.4℃,極Ⅱ閥出水溫度約為65.4℃,根據(jù)可控硅結(jié)溫T_J的計算公式可推出極Ⅰ可控硅結(jié)溫約為86.4℃,極Ⅱ可控硅結(jié)溫約為87.4℃。同樣可以假設(shè),當(dāng)有備用冷卻容量,若閥出水溫度大于63.8℃時 (假設(shè)此時變量PT_MEAN并未出現(xiàn)異常),可推算出此時極Ⅰ閥進水溫度約為57.8℃,極Ⅱ閥進水溫度約為55.8℃,根據(jù)可控硅結(jié)溫T_J的計算公式可推出極Ⅰ可控硅結(jié)溫約為86.8℃,極Ⅱ可控硅結(jié)溫約為87.8℃。
在高溫滿負(fù)荷期間,當(dāng)無備用冷卻容量時(以1組冷卻塔停運為例),極Ⅰ、極Ⅱ閥進水溫度和閥出水溫度較有備用冷卻容量時均上升了約5℃,但是閥進水溫度和閥出水溫度的差值并沒有明顯變化,因此當(dāng)閥進水溫度超過62.1℃時 (假設(shè)此時變量PT_MEAN并未出現(xiàn)異常),根據(jù)此時可控硅結(jié)溫T_J的計算公式可推出極Ⅰ可控硅結(jié)溫約為91.1℃,極Ⅱ可控硅結(jié)溫約為93.1℃。
因此,無論是有備用冷卻容量還是無備用冷卻容量時,當(dāng)閥進水溫度已達到CCP中溫度保護定值時 (或閥出水溫度已達到CCP中溫度保護定值),可控硅結(jié)溫離保護跳閘定值還有一定的距離。此外,若當(dāng)CCP系統(tǒng)中的溫度傳感器BT1/BT2或BT3/BT4測量存在誤差但為達到故障報警值時,有導(dǎo)致保護誤動的風(fēng)險〔3〕。
在鵝城換流站的其它直流保護中,均有以IDNE,IVY以及IVD為保護采樣的保護,如以IDNE為測量值的極保護中的直流中性母線差動保護(MC1)、后備直流極差動保護 (MC2),以 IVY,IVD為測量值的換流器保護中的閥短路保護(MC1)、后備閥短路保護 (MC2),這些電量保護在快速性和穩(wěn)定性方面均較可控硅結(jié)溫保護強,且都有相應(yīng)的后備保護,由此可見,可控硅結(jié)溫保護的溫度跳閘功能重復(fù)設(shè)置。
換流站運行經(jīng)驗表明,保護裝置誤動是導(dǎo)致直流單、雙極強迫停運的重要原因。以可控硅結(jié)溫保護為例,如果CCP系統(tǒng)中的溫度傳感器BT1/BT4或BT3/BT4測量存在誤差但未達到故障報警值時,將有導(dǎo)致保護誤動的風(fēng)險〔5〕。
通過以上分析可知,后備直流過流保護中的可控硅結(jié)溫保護所測量的5個模擬量在其它的直流保護及CCP保護中均已采用,且這些保護都有相應(yīng)的后備保護,因此可控硅結(jié)溫保護的溫度跳閘功能可取消。
因此,將可控硅結(jié)溫保護2段跳閘功能改為報警方式,這樣既不會降低對設(shè)備的運行監(jiān)控,同時又減少了保護誤動導(dǎo)致的單極強迫停運風(fēng)險,有利于直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
〔1〕趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)〔M〕.北京:中國電力出版社,2002.
〔2〕喻新強.2003年以來國家電網(wǎng)公司直流輸電系統(tǒng)運行情況總結(jié)〔J〕.電網(wǎng)技術(shù),2005,29(20):41-46.
〔3〕羅德彬.汪峰.徐葉玲.國家電網(wǎng)公司直流輸電系統(tǒng)典型故障分析〔J〕.電網(wǎng)技術(shù),2006,30(1):35-39.
〔4〕湖南省電力公司檢修公司.鵝城換流站運行規(guī)程〔S〕.2012.
〔5〕國家電網(wǎng)公司運行分公司.換流站單雙極閉鎖報告匯編〔M〕.北京:中國電力出版社,2009.