周繼紅，王同云，劉 文，張 勇

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±800kV特高壓換流站換流閥BOD動(dòng)作導(dǎo)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(guó)家電網(wǎng)公司運(yùn)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(jī)CCPB切至主用狀態(tài)時(shí)，由于極Ⅱ高端閥組換流閥控制單元VBE的B系統(tǒng)滿(mǎn)足單晶閘管冗余跳閘條件（保護(hù)性觸發(fā)大于3個(gè)跳閘），造成極Ⅱ高端閥組閉鎖及功率轉(zhuǎn)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(hù)性觸發(fā)（BOD）動(dòng)作原理。其次詳細(xì)說(shuō)明該換流站發(fā)生換流閥BOD動(dòng)作事件以及通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查及試驗(yàn)排查的方法對(duì)故障進(jìn)行分析處理方法，發(fā)現(xiàn)換流閥BOD動(dòng)作邏輯和控保軟件切換邏輯不合理。最后針對(duì)這兩種不合理問(wèn)題，提出相應(yīng)的優(yōu)化建議，避免后續(xù)工程出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題。

BOD 閥組閉鎖故障分析處理及優(yōu)化

0引言

特高壓直流輸電（HVDC）作為一種大容量遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)，在我國(guó)省間、區(qū)域間聯(lián)網(wǎng)工程中的應(yīng)用日益廣泛。目前，我國(guó)已有數(shù)10項(xiàng)正式投入運(yùn)行或在建的±800kV 直流輸電工程和數(shù)項(xiàng)±1100 kV特高壓直流輸電的開(kāi)工建設(shè)。特高壓直流輸電可能成為我國(guó)未來(lái)實(shí)現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的手段之一。在HVDC中，換流閥承擔(dān)著交、直流轉(zhuǎn)換功能，是換流站的核心設(shè)備，由數(shù)量眾多的多種元器件組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此必須具有完備、可靠的閥控保護(hù)系統(tǒng)。鑒此，本文介紹了換流閥閥控系統(tǒng)的保護(hù)方式，并針對(duì)換流站發(fā)生換流閥正常運(yùn)行時(shí)閥控設(shè)備單元（VBE）滿(mǎn)足晶閘管冗余跳閘條件而使換流閥保護(hù)性觸發(fā)（BOD）動(dòng)作事件展開(kāi)分析。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查及試驗(yàn)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(yīng)的優(yōu)化建議。本文目的是對(duì)后續(xù)工程換流閥穩(wěn)定運(yùn)行起到預(yù)防作用。

1 換流閥閥控系統(tǒng)

1.1 換流閥控保系統(tǒng)

CCP（閥組控制保護(hù)主機(jī)）發(fā)出的觸發(fā)控制信號(hào)送到VBE柜通過(guò)CLC接口板送至主控板，主控板將這些信號(hào)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(gè)晶閘管級(jí)的TFM板（晶閘管觸發(fā)與監(jiān)測(cè)板），TFM將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)觸發(fā)與之對(duì)應(yīng)的晶閘管，同時(shí)接收晶閘管觸發(fā)之后的回報(bào)信號(hào)，經(jīng)回報(bào)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(hù)配置如表1所示。

1.2 換流閥BOD檢測(cè)原理

1.2.1 閥觸發(fā)信號(hào)

1)深藍(lán)線代表FCS觸發(fā)信號(hào)，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(hào)）

a）第一個(gè)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(gè)，由于以5ms為間距，放的太大無(wú)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(hù)（CCP）系統(tǒng)，CCP用于投旁通對(duì)（BPS）。b）第一個(gè)脈沖為FCS截止時(shí)下發(fā)的脈沖。c）反向恢復(fù)期保護(hù)開(kāi)始單脈沖：檢測(cè)反向電壓，當(dāng)反向電壓上升太快du/dt>100 v/us時(shí)，若一個(gè)閥段動(dòng)作數(shù)大于等于3個(gè)，整個(gè)單閥導(dǎo)通。d）反向恢復(fù)期保護(hù)結(jié)束單脈沖，表示反向恢復(fù)期保護(hù)結(jié)束，從開(kāi)始到結(jié)束大概920ms，超過(guò)這個(gè)時(shí)間段，反向恢復(fù)期保護(hù)不起作用。e）自檢信號(hào)單脈沖：由于單閥的光發(fā)射板觸發(fā)通道有四個(gè)，自檢時(shí)設(shè)計(jì)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(gè)通道一起下發(fā)的。

3)綠線代表光VBE回報(bào)脈沖

a）第一個(gè)脈沖為VBE在FCS上升沿雙窄脈沖下發(fā)后回報(bào)的單脈沖。b）第二個(gè)脈沖為FCS截止回報(bào)單脈沖。c）第三個(gè)脈沖為電壓上升率du/dt回報(bào)檢測(cè)脈沖。d）第四個(gè)脈沖為反向恢復(fù)期保護(hù)結(jié)束單脈沖。e）第五個(gè)脈沖為自檢回報(bào)脈沖。

4)淺藍(lán)線代表FCS下降沿電流過(guò)零回報(bào)脈沖（EOC）。

1.2.2 BOD動(dòng)作邏輯

CCP的控制脈沖（FCS）上升沿有效時(shí)，值班VBE系統(tǒng)下發(fā)觸發(fā)雙窄脈沖信號(hào)，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(bào)單脈沖信號(hào)，則認(rèn)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(hào)10 μs后收到回報(bào)單脈沖信號(hào)，則認(rèn)為該可控硅BOD動(dòng)作。VBE對(duì)晶閘管BOD檢測(cè)為60周波檢測(cè)3次。在第20個(gè)周期、40個(gè)周期、60個(gè)周期檢測(cè)，一共連續(xù)采3個(gè)點(diǎn)都檢測(cè)到單脈沖就認(rèn)為BOD動(dòng)作，BOD定值7.7 kV。BOD動(dòng)作邏輯示意圖如圖2所示。

2 BOD動(dòng)作故障原因分析與處理

2014年4月8日01:11:45.129,后臺(tái)OWS報(bào)P1PCP1B裝置異常，主機(jī)嚴(yán)重故障退出備用，02:46:12現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)P2CCP1B報(bào)極2高端閥組大量BOD動(dòng)作，閥組閉鎖。事件列表如下。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查分析

2.1.1 事件列表排查分析

VBE對(duì)晶閘管BOD檢測(cè)60周波抽檢3次，完成BOD檢測(cè)至少需要1.2 s，而事件列表顯示從P2CCP1B切換至值班到檢測(cè)到單閥晶閘管 01-49 BOD動(dòng)作只有0.997 s，說(shuō)明備用系統(tǒng)在切換到值班前就已經(jīng)進(jìn)行的BOD自檢，與閥控公司相關(guān)文件規(guī)定的備用系統(tǒng)不自檢相悖。

2.1.2現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢查

現(xiàn)場(chǎng)人員在閥組轉(zhuǎn)檢修后，對(duì)報(bào)出BOD動(dòng)作的D2、D5、Y5共計(jì)14個(gè)單閥進(jìn)行觸發(fā)性試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)閥塔外觀進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常；然后對(duì)極II高端VBE二次接線進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查CCP至VBE的37芯線，未發(fā)現(xiàn)存在松動(dòng)。

2.1.3 極II高端閥組故障排查試驗(yàn)

1)FCS回報(bào)信號(hào)排查試驗(yàn);

2)CCP切換期間VBE雙系統(tǒng)Active同為有效的時(shí)間排查試驗(yàn);

3）VBE雙系統(tǒng)FCS信號(hào)一致性排查試驗(yàn)。

2.2事件原因分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查和試驗(yàn)分析認(rèn)為南瑞控制保護(hù)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(jī)理存在缺陷，備用系統(tǒng)自檢。當(dāng)VBE主備系統(tǒng)觸發(fā)脈沖存在10ms以上差異時(shí)，備用系統(tǒng)對(duì)晶閘管自檢出現(xiàn)錯(cuò)誤產(chǎn)生大量BOD誤報(bào)警，當(dāng)系統(tǒng)切換時(shí)跳閘直接出口導(dǎo)致閥組誤閉鎖。從上面的分析中可以看出，系統(tǒng)切換時(shí)VBE雙系統(tǒng)的FCS信號(hào)不一致導(dǎo)致備用系統(tǒng)誤判BOD動(dòng)作。VBE值班系統(tǒng)在接收到CCP下發(fā)的FCS信號(hào)上升沿時(shí)立即下發(fā)觸發(fā)雙窄脈沖信號(hào)，如果在觸發(fā)雙脈沖之間收到回報(bào)單脈沖信號(hào)（距雙脈沖的第一個(gè)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(hào)上升沿10ms后收到回報(bào)單脈沖信號(hào)，則VBE系統(tǒng)判斷晶閘管BOD動(dòng)作。

現(xiàn)場(chǎng)錄波顯示：CCP備用系統(tǒng)下發(fā)FCS信號(hào)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(shí)接收回報(bào)單脈沖信號(hào)，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(zhǔn)，當(dāng)VBE備用系統(tǒng)接收到的FCS信號(hào)超前值班系統(tǒng)50ms以上時(shí)，容易誤判BOD動(dòng)作，在單閥內(nèi)檢測(cè)到的BOD動(dòng)作數(shù)目達(dá)4個(gè)時(shí)，滿(mǎn)足跳閘條件。由于備用系統(tǒng)跳閘不出口，當(dāng)系統(tǒng)切換時(shí)跳閘出口，閥組閉鎖。BOD機(jī)理如圖7所示。

4 優(yōu)化建議

目前VBE軟件已經(jīng)進(jìn)行升級(jí)，解決了備用系統(tǒng)自檢問(wèn)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(hào)不一致，需要進(jìn)一步優(yōu)化。軟件升級(jí)過(guò)程中提出以下幾點(diǎn)優(yōu)化建議：

1)加強(qiáng)軟件管理，每次試驗(yàn)時(shí)都必須統(tǒng)計(jì)所有軟件版本，確保軟件版本不合適對(duì)系統(tǒng)造成損失。

2)軟件升級(jí)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(jí)完成后進(jìn)行檢測(cè)，確保備用系統(tǒng)無(wú)誤后將其從從“test”狀態(tài)打至“standby”狀態(tài)，此時(shí)再將值班系統(tǒng)退至“test”狀態(tài)進(jìn)行軟件升級(jí)，備用系統(tǒng)值班。待值班系統(tǒng)軟件升級(jí)完成并檢測(cè)無(wú)誤后投入運(yùn)行。此舉主要是防止VBE雙系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行軟件升級(jí)時(shí)導(dǎo)致切換混亂，避免出現(xiàn)BOD誤動(dòng)作。

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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(guān)設(shè)備運(yùn)維研究。