交流濾波器開關三相不一致保護動作分析及改進

姜海波，羅朝華，劉天祥，薛 飛，張 偉

（國網河南省電力公司檢修公司, 河南 鄭州 450000)

交流濾波器開關三相不一致保護動作分析及改進

姜海波，羅朝華，劉天祥，薛 飛，張 偉

（國網河南省電力公司檢修公司, 河南 鄭州 450000)

針對某直流換流站升降無功功率過程中出現的500 kV交流濾波器開關本體三相不一致保護動作情況，分析了其動作原因，指出了開關合閘回路存在重大設計缺陷，并提供了改進措施。改進結果表明：該方案簡單易行，消除了因設計缺陷而產生的開關拒動隱患，提高了開關運行的可靠性。

交流濾波器；開關；三相不一致保護；設計缺陷

0 引言

某直流換流站連接西北與華中電網，額定功率為750 MW，傳輸方向為西北送華中。換流站在運行過程中，換流閥需要消耗大量無功，因此需要在換流站交流場設置多組交流濾波器以提供無功(交流濾波器也可以濾除和減少換流過程中產生的諧波)。交流濾波器通常采用無源器件組成，即電阻、電感、電容串并聯設計結構。交流濾波器保護采用北京四方繼電自動化股份有限公司CSC-330F系列保護裝置，保護功能涵蓋差動保護、過流保護、零序電流保護、高壓電容器不平衡保護、電阻/電感諧波過負荷保護、開關失靈保護等。為了保持系統無功平衡或者電壓在一定范圍，換流站無功控制采用2種方式：定電壓控制和定無功控制。定電壓方式為設置電壓控制范圍，當實時電壓值大于控制電壓范圍上限值時，切除交流濾波器直至滿足要求；當實時電壓值小于控制電壓范圍下限值時，投入交流濾波器直至滿足要求。定無功控制采用就地無功平衡方式，即換流閥消耗的無功等于交流濾波器提供的無功，同時系統設置無功死區以防交流濾波器頻繁投切，提升交流濾波器的可靠性。通常情況下，上級調度下令執行換流站定無功控制方式。

本文針對某換流站升降無功功率過程中出現500 kV開關(型號為LW10B-550/CYT、氮氣穩壓、液壓操作機構)本體三相不一致保護動作的情況，分析動作原因，發現其開關合閘回路存在重大設計缺陷，造成“控制回路斷線”未及時報出，進而引起開關一相拒合故障。結合現場實際情況，改進開關合閘監視回路，消除因設計缺陷而產生的開關拒合隱患，提高了開關運行的可靠性。

1 故障情況

1.1 故障前的運行工況

(1) 直流控制系統：極控PCP B系統處于“ACTIVE”(值班)狀態，極控PCP A系統處于“STANDBY”(備用)狀態；站控AFC11 A處于“ACTIVE”(值班)狀態，站控AFC11 B處于“STANDBY”(備用)狀態。

(2) 直流功率方向：西北送華中。

(3) 傳輸功率：580 MW。

(4) 控制模式：極功率控制。

(5) 無功控制方式：自動定無功控制。

1.2 主要報警事件

2014-11-09T22：38：47：375，無功功率控制；PCP B；西北側U或Q控制拉開濾波器；正常。

2014-11-09T22：38：47：375，無功功率控制；PCP B；西北側切除濾波器指令收到；正常。

2014-11-09T22：38：47：496，交流濾波器開關3621；AFC22 B；斷開；正常。

2014-11-09T22：40：51：725，交流濾波器開關5654；AFC11 A；電動機打壓運行；正常。

2014-11-09T22：40：51：877，交流濾波器開關5654；AFC11 A；故障；嚴重。

2014-11-09T22：40：52：247，無功功率控制；PCP B；華中側U或Q控制拉開濾波器；正常。

2014-11-09T22：40：52：247，無功功率控制；PCP B；華中側切除濾波器指令收到；正常。

2014-11-09T22：40：52：317，交流濾波器開關5652；AFC11 A；斷開；正常。

2014-11-09T22：40：54：174，交流濾波器開關5654；AFC11 A；三相不一致動作；緊急。

2014-11-09T22：40：54：207，交流濾波器開關5654；AFC11 A；斷開；正常。

2014-11-09T22：41：16：246，交流濾波器開關5654；AFC11 A；電動機打壓停止；正常。

1.3 故障錄波

根據故障錄波圖，在換流站升降功率期間，無功控制實際發出投入“5654交流濾波器”命令，開關5654只有A，B相正常投入，而C相未投入。

1.4 故障檢查

監控后臺僅報“5654開關三相不一致動作”“5654開關故障”“5654開關斷開”等信號，未報“5654開關合閘”信號。運維人員立即去現場，檢查開關本體、匯控柜、操作箱無異常，5654DK電抗器保護啟動，但未出口。

向調度人員申請5654開關由熱備用轉冷備用后，運維人員發現5654開關C相防跳繼電器KF3常閉接點21，23接觸不良，造成合閘失敗；更換繼電器后，現場及遠方分別分、合閘3次，均正常。

2 故障分析

2.1 無功投切情況分析

2014-11-09T22：30，換流站按計劃降功率前，華中側無功投入組數分別有：5641ACF交流濾波器、5652ACF交流濾波器及5653ACF交流濾波器。

此后，換流站開始降功率。當功率降到約270 MW時，應投入5654交流濾波器(根據華中側無功軟件的投切順序)，由于5654開關三相不一致保護動作，交流場提供較多無功，所以PCP B發出切除無功指令，切除5641ACF交流濾波器、5652ACF交流濾波器，只剩下5653ACF交流濾波器運行。當功率降到約160 MW時，在正常情況下應投入2組交流濾波器和1組電抗器，但其提供的無功功率僅為90 Mvar，僅相當于1組交流濾波器提供的功率。出現“5654開關三相不一致動作”情況時，華中側僅投1組交流濾波器，同時500 kV系統電壓、021B換流變檔位及華中側關斷角γ均未出現異常。

2.2 5654開關非全相回路分析

500 kV交流濾波器開關本體三相位置不一致保護回路如圖1所示，由開關常閉接點、常開接點及非全相保護延時繼電器KT4、中間繼電器K5組成。當開關本體三相不一致時，KT4勵磁，2.5 s后KT4接點67，68閉合，K5勵磁，開關跳閘。

圖1 5654開關非全相保護回路

無功控制下令投入5654開關時，僅A，B兩相合閘，C相未合閘，開關本體三相不一致保護正確動作，動作時間約為2.484 s，與非全相保護延時繼電器KT4定值2.5 s相吻合。

2.3 交流濾波器保護情況分析

根據5654交流濾波器保護定值單及其說明書，零序電流保護電流定值為0.315 A，保護延時1.5 s，零序電流引自5654交流濾波器首端CT0自產零序值。當5654開關三相不一致時，5654交流濾波器保護正常啟動，但由于3I0僅為0.16 A，小于交流濾波器零序電流保護電流定值0.315 A，因此5654交流濾波器保護未動作跳閘。

3 改進措施

3.1 合閘回路存在的問題

5654開關合閘回路如圖2所示。105C(端子417)接入操作箱的跳位監視回路，107C(端子107)接入操作箱合閘回路。該跳位監視回路只能監視合閘線圈K3及以下回路，若防跳常閉接點KF3(端子21/22)接觸不良或Q1的9/11接點與13/15接點同時接觸不良，合閘回路將不通，也不能報“控制回路斷線”，存在監視“死區”。因此，當5654開關處于分閘狀態而C相合閘回路發生斷線時，未報出“控制回路斷線”信號。這一重大安全隱患，導致開關C相發生拒合故障。

3.2 合閘回路改進

為了完整地監視操作箱至開關的合閘回路，現對5654開關合閘回路進行改進，如圖3所示。在圖2的基礎上，增加1個二極管，在二極管下面引入105C(端子416)，再接入操作箱跳位監視回路，這樣就可完整地監視合閘回路，而不用改變其他合閘回路(原105C接線保留不用)。此改進具有簡單、有效的優點。

3.3 監控后臺事件優化

換流站升降功率時，無功自動控制投切5654交流濾波器，監控后臺未報“華中側U或Q控制拉開/合上5654開關”，建議增加相關后臺事件，便于運行人員及時發現異常問題。

圖2 5654開關合閘回路

圖3 5654開關的改進合閘回路

4 結束語

本文對某直流換流站升降功率過程中出現的500 kV開關本體三相不一致保護動作情況進行分析，發現開關合閘回路存在重大設計缺陷，相應改進措施實施后，有效消除了因設計缺陷而產生的開關拒動隱患，提高了開關運行的可靠性，為直流換流站的正常運作提供保障。

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6 常鳳然，張 洪.高壓斷路器的非全相保護[J].電力系統自動化，2000，24(11)：62-64.

作者介紹：

姜海波(1981-)，男，工程師，主要研究高壓直流輸電技術及換流站運行維護，email：15039812363@139.com。

羅朝華(1981-)，男，工程師，主要研究高壓直流輸電技術及換流站運行維護。

劉天祥(1981-)，男，工程師，主要研究高壓直流輸電技術及換流站運行維護。

薛 飛(1986-)，男，工程師，主要研究高壓直流輸電技術及換流站運行維護。

張 偉(1989-)，男，工程師，主要研究高壓直流輸電技術及換流站運行維護。

2015-06-08。