普僑直流閥組旁路開關位置異常對控制系統的影響

沈龍　楊學廣　余海翔

摘要：文章針對普僑特高壓直流運行期間一起直流功率異常波動事件，通過分析特高壓直流輸電系統控制系統基本策略及閥組旁路開關狀態采集回路，找出功率波動的原因，并對特高壓直流輸電系統的低電壓限流（VDCL）控制策略進行了研究，結合極控組控控制程序，給出了出現異常情況時的現場處理措施建議以及長期的改進措施。

關鍵詞：普僑特高壓直流輸電；閥組旁路開關；功率波動；低電壓限流策略；直流功率異常波動 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM721 文章編號：1009-2374（2015）35-0123-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.061

普僑直流輸電工程是世界上±800kV特高壓直流輸電系統之一，該系統西起云南省普洱市、東至廣東省江門市，額定功率5000MW，是南方電網西電東送主動脈之一。相比常規的直流輸電系統，其一次主回路采用雙十二脈動閥組串聯結構，為了增加系統運行的靈活性和可靠性，每個閥組均配置有一個閥組旁路開關、一個陰極刀閘、一個陽極刀閘和一個旁路刀閘。通過對上述一次設備的順序操作，實現解鎖和閉鎖同極任何一個閥組時，不影響本極串聯的另一個閥組的安全穩定運行。本文針對普僑特高壓直流運行期間一起直流功率異常波動事件，通過分析特高壓直流輸電系統控制系統基本策略及閥組旁路開關狀態采集回路，找出功率波動的原因。對特高壓直流輸電系統的低電壓限流（VDCL）控制策略進行了研究，結合普僑直流實際運行參數，計算出了不同工況下出現相同異常情況時的功率波動幅度。這些分析和結論不僅有助于提高特高壓直流輸電系統的運行維護水平，而且還對后續工程設計有一定的參考價值。

1 特高壓直流輸電系統閥組旁路開關位置采集回路

特高壓直流工程存在兩種閥組旁路開關位置狀態采集方式。不同方式下采集的閥組旁路開關位置狀態參與直流控制系統不同的控制功能。

如圖1所示，方式一通過閥組旁路開關本體裝設的位置檢測單元實現對開關位置狀態的采集，隨著開關實際位置的變化，該檢測單元能夠輸出4～20mA的電流模擬量，再經過電流電壓轉換模塊，最終變成電壓信號傳遞給閥組控制系統，根據電壓信號的大小來表征開關的位置狀態。該位置狀態將與觸發脈沖相互配合，參與閥組解閉鎖功能。

如圖2所示，方式二通過安裝在閥組旁路開關本體的合閘行程開關與分閘行程開關實現。當開關合閘（分閘）到位后，將觸發（釋放）其合閘行程開關，釋放（觸發）分閘行程開關，并分別轉換為正負電位信號量輸入到6MD66間隔就地控制裝置。6MD66間隔就地控制裝置將電位信號量解析為二進制信號量后，再通過現場總線通信將開關位置狀態信號量傳遞給閥組控制系統，閥組控制系統再將其通過現場總線傳遞給極控系統。該位置狀態在極控系統中將參與閥組狀態的判別邏輯。

2 普僑直流功率波動情況

異常發生前，普僑直流極2全壓金屬回線方式運行，負荷1250MW，極2高端組控系統2為主用系統。隨后極2高端組控系統2發生現場總線故障告警，因故障等級較輕，組控系統未進行切換，匯報調度后手動對極2高端閥組進行閉鎖。閉鎖過程中出現系統順控操作失敗，極2高端閥組點火脈沖未閉鎖，普僑直流出現功率波動。

特高壓輸電系統閥組控制閥組控制程序中，閥組閉鎖時，必須收到BPS合位信號，才能閉鎖閥組點火脈沖。故障發生時，極2高端閥組控制系統2（主系統）現場總線通訊故障，6MD66間隔就地控制裝置采集到的閥組旁路開關狀態變位信息無法通過現場總線上送組控系統2，一直保持分位，導致閥組點火脈沖一直保持，極2極控系統啟動VDCL（低電壓電流限制功能），導致功率降低至408MW。

3 低電壓限流（VDCL）控制策略

為了避免電壓降低時運行特性的惡化，特高壓直流輸電系統在極控系統中設計了低電壓限流VDCL控制功能，當電壓降低到設定值后，系統將按一定斜率降低直流電流，減少發生連續換相失敗的幾率，避免由于換流器長時間換相失敗造成直流場設備諧振過電壓。

以普僑特高壓工程為例，其低電壓限流（VDCL）控制策略實現方法如下：

將極電壓實際值Uact除以極電壓參考值Uref，其值作為橫坐標，再根據如圖4所示的曲線得出對應的低電壓限流（VDCL）功能模塊的輸出參考電流IdrefVDCL，然后和正常運行情況下極控系統計算出的直流電流參考值以及其他一次設備運行情況所允許的最大直流電流進行比較，通過最小選擇器MIN選擇其中的最小電流值作為最終的極電流參考值Idref來進行電流控制。同時，為了保證系統控制策略正常，兩側的低電壓限流（VDCL）功能曲線不同，整流側和逆變側之間留有一定的電流裕度。

圖4中極電壓參考值Uref是根據不同的閥組運行工況來取值的，正常全壓運行下，若單閥組解鎖則該值為400kV，若雙閥組解鎖則該值為800kV。

普僑直流本次功率波動事件中，由于極控收到高、低端閥組的點火脈沖使能信號，極控判斷極二雙閥組均在解鎖運行，錯誤地將電壓參數1.0（對應800kV）送到VDCL功能模塊，用于VDCL實際直流電壓的計算。

而故障時刻實際運行狀態下的直流電壓為400kV，通過VDCL功能模塊計算輸出極直流電流參考值為0.325pu，而正常單閥組運行時該輸出應該為2.0pu，可見故障時VDCL功能模塊輸出的IdrefVDCL（低電壓電流限制功能參考電流）大幅減小。IdrefVDCL與實際運行電流參考值進行比較，經過邏輯判斷，極2極控系統啟動VDCL功能，將實際運行電流限制到0.325pu，實際功率從參考值1250WM下降到408WM。

4 現場處理措施建議及改進措施

普僑直流本次功率波動事件暴露出單一控制系統的單一故障將導致系統控制功能異常的缺陷和不足，可采取以下兩種措施對其進行改進：

第一，閥組控制系統采集閥組旁路開關位置狀態的方式有兩種：（1）通過位置檢測單元上送的模擬量信號；（2）通過6MD66間隔就地控制裝置上送的現場總線數字量信號（見文中第一節）。實際參與極控系統閥組解閉鎖狀態判斷邏輯的只是第二種。可對組控程序邏輯進行修改，將兩種信號在程序里取或邏輯，其輸出作為閥組旁路開關位置狀態，避免現場總線單一故障引起直流控制系統異常。

第二，目前組控系統冗余切換邏輯不完善，當單套組控系統發生現場總線故障時，組控系統只認定為輕度故障，只有告警邏輯，未設計切換邏輯，不能及時有效地切換至無故障系統，避免故障范圍擴大。因此，可以修改組控相關故障切換邏輯，將現場總線故障加入到切換條件里，當發生類似現場總線故障時，系統將自動切換到無故障系統，保證直流控制系統的正常運行。

5 結語

通過上述分析，可得出以下結論：

第一，普僑特高壓直流輸電系統設計了兩種閥組旁路開關位置狀態的采集方式，不同方式下采集的閥組旁路開關位置狀態參與直流控制系統不同的控制功能。

第二，本次普僑直流功率波動原因為閥組旁路開關上送錯誤，閥組解閉鎖狀態判定錯誤，直流控制系統誤啟動低電壓限流（VDCL）控制功能。

第三，通過按下閥組緊急停運按鈕，啟動強制ESOF流程可退出異常的VDCL控制模式；對閥組旁路開關狀態判斷邏輯及冗余控制系統自動切換邏輯進行優化改善，可避免類似故障的發生。

參考文獻

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作者簡介：沈龍（1988-），男，南方電網超高壓輸電公司廣州局助理工程師，研究方向：高壓直流輸電及檢修維護；楊學廣（1989-），男，南方電網超高壓輸電公司廣州局助理工程師，研究方向：高壓直流輸電及檢修維護；余海翔（1986-），男，南方電網超高壓輸電公司廣州局工程師，研究方向：高壓直流輸電及檢修維護。

（責任編輯：黃銀芳）