±800kV特高壓換流站換流閥BOD動作導致閥組閉鎖故障分析處理及優化

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動作導致閥組閉鎖故障分析處理及優化

周繼紅，王同云，劉 文，張 勇

（國家電網公司運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CCPB切至主用狀態時，由于極Ⅱ高端閥組換流閥控制單元VBE的B系統滿足單晶閘管冗余跳閘條件（保護性觸發大于3個跳閘），造成極Ⅱ高端閥組閉鎖及功率轉帶成功，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性觸發（BOD）動作原理。其次詳細說明該換流站發生換流閥BOD動作事件以及通過現場檢查及試驗排查的方法對故障進行分析處理方法，發現換流閥BOD動作邏輯和控保軟件切換邏輯不合理。最后針對這兩種不合理問題，提出相應的優化建議，避免后續工程出現類似問題。

BOD 閥組閉鎖故障分析處理及優化

0引言

特高壓直流輸電（HVDC）作為一種大容量遠距離輸電技術，在我國省間、區域間聯網工程中的應用日益廣泛。目前，我國已有數10項正式投入運行或在建的±800kV 直流輸電工程和數項±1100 kV特高壓直流輸電的開工建設。特高壓直流輸電可能成為我國未來實現全球能源互聯網的手段之一。在HVDC中，換流閥承擔著交、直流轉換功能，是換流站的核心設備，由數量眾多的多種元器件組成，結構復雜，因此必須具有完備、可靠的閥控保護系統。鑒此，本文介紹了換流閥閥控系統的保護方式，并針對換流站發生換流閥正常運行時閥控設備單元（VBE）滿足晶閘管冗余跳閘條件而使換流閥保護性觸發（BOD）動作事件展開分析。通過現場檢查及試驗排查的方式，找出事件發生的原因，并就這些原因給出解決辦法，最后根據這一重大隱患提出相應的優化建議。本文目的是對后續工程換流閥穩定運行起到預防作用。

1 換流閥閥控系統

1.1 換流閥控保系統

CCP（閥組控制保護主機）發出的觸發控制信號送到VBE柜通過CLC接口板送至主控板，主控板將這些信號轉換成觸發晶閘管的控制脈沖送至光發射板，光發射板將其轉換為光脈沖送至多模接口柜（MMV），再經MMV的MSC（光分配器）送至閥組件的MSC，閥組件的MSC將激光分配到各個晶閘管級的TFM板（晶閘管觸發與監測板），TFM將接收到的光信號轉換為電信號觸發與之對應的晶閘管，同時接收晶閘管觸發之后的回報信號，經回報光纖送回光接收板，供VBE判斷晶閘管觸發情況。

換流閥控制框如圖1所示，VBE保護配置如表1所示。

1.2 換流閥BOD檢測原理

1.2.1 閥觸發信號

1)深藍線代表FCS觸發信號，高電平為6.67ms（120°，1/3周期，=20 ms）

2)紅線代表光發射板下發的觸發脈沖（下行信號）

a）第一個脈沖為FCS上升沿雙脈沖（唯一的雙脈沖），此圖中顯示只有一個，由于以5ms為間距，放的太大無法完全顯示。FCS下升沿單脈沖（EOC），EOC主要用于發給閥控保護（CCP）系統，CCP用于投旁通對（BPS）。b）第一個脈沖為FCS截止時下發的脈沖。c）反向恢復期保護開始單脈沖：檢測反向電壓，當反向電壓上升太快du/dt>100 v/us時，若一個閥段動作數大于等于3個，整個單閥導通。d）反向恢復期保護結束單脈沖，表示反向恢復期保護結束，從開始到結束大概920ms，超過這個時間段，反向恢復期保護不起作用。e）自檢信號單脈沖：由于單閥的光發射板觸發通道有四個，自檢時設計邏輯是輪流下發自檢單脈沖，不同于觸發脈沖，他是四個通道一起下發的。

3)綠線代表光VBE回報脈沖

a）第一個脈沖為VBE在FCS上升沿雙窄脈沖下發后回報的單脈沖。b）第二個脈沖為FCS截止回報單脈沖。c）第三個脈沖為電壓上升率du/dt回報檢測脈沖。d）第四個脈沖為反向恢復期保護結束單脈沖。e）第五個脈沖為自檢回報脈沖。

4)淺藍線代表FCS下降沿電流過零回報脈沖（EOC）。

1.2.2 BOD動作邏輯

CCP的控制脈沖（FCS）上升沿有效時，值班VBE系統下發觸發雙窄脈沖信號，自值班VBE系統下發觸發雙脈沖后5.3 μs內收到回報單脈沖信號，則認為該可控硅正常觸發；若值班VBE系統下發觸發雙窄脈沖信號10 μs后收到回報單脈沖信號，則認為該可控硅BOD動作。VBE對晶閘管BOD檢測為60周波檢測3次。在第20個周期、40個周期、60個周期檢測，一共連續采3個點都檢測到單脈沖就認為BOD動作，BOD定值7.7 kV。BOD動作邏輯示意圖如圖2所示。

2 BOD動作故障原因分析與處理

2014年4月8日01:11:45.129,后臺OWS報P1PCP1B裝置異常，主機嚴重故障退出備用，02:46:12現場人員發現P2CCP1B報極2高端閥組大量BOD動作，閥組閉鎖。事件列表如下。

2.1 現場檢查分析

2.1.1 事件列表排查分析

VBE對晶閘管BOD檢測60周波抽檢3次，完成BOD檢測至少需要1.2 s，而事件列表顯示從P2CCP1B切換至值班到檢測到單閥晶閘管 01-49 BOD動作只有0.997 s，說明備用系統在切換到值班前就已經進行的BOD自檢，與閥控公司相關文件規定的備用系統不自檢相悖。

2.1.2現場設備檢查

現場人員在閥組轉檢修后，對報出BOD動作的D2、D5、Y5共計14個單閥進行觸發性試驗，同時對閥塔外觀進行檢查，未發現異常；然后對極II高端VBE二次接線進行檢查，重點檢查CCP至VBE的37芯線，未發現存在松動。

2.1.3 極II高端閥組故障排查試驗

1)FCS回報信號排查試驗;

2)CCP切換期間VBE雙系統Active同為有效的時間排查試驗;

3）VBE雙系統FCS信號一致性排查試驗。

2.2事件原因分析

通過現場檢查和試驗分析認為南瑞控制保護系統監視與切換邏輯不合理；主備系統觸發脈沖FCS不同步以及閥控系統BOD機理存在缺陷，備用系統自檢。當VBE主備系統觸發脈沖存在10ms以上差異時，備用系統對晶閘管自檢出現錯誤產生大量BOD誤報警，當系統切換時跳閘直接出口導致閥組誤閉鎖。從上面的分析中可以看出，系統切換時VBE雙系統的FCS信號不一致導致備用系統誤判BOD動作。VBE值班系統在接收到CCP下發的FCS信號上升沿時立即下發觸發雙窄脈沖信號，如果在觸發雙脈沖之間收到回報單脈沖信號（距雙脈沖的第一個脈沖上升沿約為5.3ms），則VBE系統判斷可控硅正常觸發；VBE值班系統在接收到CCP下發的FCS信號上升沿10ms后收到回報單脈沖信號，則VBE系統判斷晶閘管BOD動作。

現場錄波顯示：CCP備用系統下發FCS信號超前值班系統，VBE備用系統和值班系統接收CCP下發的FCS相位偏差不穩定，最小為15ms，最大為72ms甚至以上。由于備用系統一直自檢，和值班系統同時接收回報單脈沖信號，但備用系統BOD判據是以自身接收到的CCP下發的FCS上升沿為基準，當VBE備用系統接收到的FCS信號超前值班系統50ms以上時，容易誤判BOD動作，在單閥內檢測到的BOD動作數目達4個時，滿足跳閘條件。由于備用系統跳閘不出口，當系統切換時跳閘出口，閥組閉鎖。BOD機理如圖7所示。

4 優化建議

目前VBE軟件已經進行升級，解決了備用系統自檢問題，但控保系統監視與切換邏輯和主備系統下發的FCS信號不一致，需要進一步優化。軟件升級過程中提出以下幾點優化建議：

1)加強軟件管理，每次試驗時都必須統計所有軟件版本，確保軟件版本不合適對系統造成損失。

2)軟件升級必須將VBE備用系統從“standby”狀態退至“test”狀態，備用系統軟件升級完成后進行檢測，確保備用系統無誤后將其從從“test”狀態打至“standby”狀態，此時再將值班系統退至“test”狀態進行軟件升級，備用系統值班。待值班系統軟件升級完成并檢測無誤后投入運行。此舉主要是防止VBE雙系統同時進行軟件升級時導致切換混亂，避免出現BOD誤動作。

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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：換流閥及相關設備運維研究。