換流站交流濾波器的控制邏輯優化分析

周曉宇

摘要：直流輸電系統中，為了消除直流控制系統產生的諧波對交流輸電系統帶來的不良影響，并補償直流系統消耗的無功功率，在直流輸電系統的運行過程中必須投入一定數量的交流濾波器。投切交流濾波器一般是由直流站控系統根據直流系統當前輸送的功率大小來自動完成的。交流濾波器測控裝置內部程序對各個交流濾波器小組的設計有“選擇”與“非選擇”狀態。本文就換流站內交流濾波器的控制邏輯存在的安全隱患進行了分析，并提出可改進的措施。

1、前言

高壓直流輸電系統換流器在電能的交流/直流轉換的過程中會吸收大量的無功功率，因此需要投切交流濾波器來補償交流系統的無功功率。交流濾波器的作用為：濾除由換流器產生的交流側諧波、提供換流器所需的無功功率、維持交流母線電壓在設定范圍內。而投切交流濾波器一般是由直流站控系統根據直流系統當前輸送的功率大小來自動完成的。交流濾波器測控裝置AFC內部程序對各個交流濾波器小組的設計有“選擇”與“非選擇”狀態，當某交流濾波器小組為“選擇”狀態時，交流濾波器測控裝置AFC會給直流站控DCC一個該交流濾波器小組“可用”的信號，直流站控DCC根據當前的直流輸送功率水平對當前全站處于“可用”狀態的交流濾波器小組按照無功自動控制原則進行自動投切操作。相反，當某交流濾波器小組處于“非選擇”狀態時，直流站控DCC不會對該交流濾波器小組進行自動投切操作，只能由運行人員進行手動投切操作。交流濾波器小組自動投切遵循以下原則：

（1）解鎖時按照最小濾波器配置，投A+B型交流濾波器各一組;

（2）接下來根據系統需要再投入第二個A+B組交流濾波器;

（3）所有A型的交流濾波器投入后，C型交流濾波器才根據系統需要投入;

（4）如果某一型號的交流濾波器不可用，則取代的交流濾波器按照A→B→C36→C48的順序代替;

（5）同種型號的交流濾波器按“先投先退”的原則進行自動投切。

2、交流濾波器控制邏輯分析

交流濾波器保護動作后，一般會發命令直接跳開相關濾波器的開關從而使相應交流濾波器退出運行，并通過硬接線方式發保護動作信號至監控系統。為了避免由于故障跳閘退出的交流濾波器小組重新被直流站控DCC自動投入運行，擴大事故后果，交流濾波器測控裝置AFC需要將跳閘退出的交流濾波器小組置為“非選擇”狀態。

從上圖可以看出，交流濾波器的測控裝置AFC內交流濾波器小組“非選擇”的程序判據為：只要有交流濾波器保護動作或小組開關操作出口跳閘（小組開關操作箱手跳出口除外），就會把相應小組交流濾波器轉為“非選擇”狀態。即：

（1）某小組交流濾波器保護1或2動作跳閘，或小組開關保護動作跳閘，或小組開關操作箱保護跳閘出口，均會將該小組交流濾波器轉換為“非選擇”狀態;

（2）某小組交流濾波器大組保護1或2動作跳閘，將會使該大組交流濾波器的所有小組交流濾波器轉為“非選擇”狀態。

3、交流濾波器控制邏輯設計安全隱患分析

綜上所述，測控系統在控制邏輯的設計上存在不合理的地方，即使交流濾波器各小組處于“選擇”狀態時，不管交流濾保護裝置是否退出，只要交流濾波器小組保護或大組保護裝置動作，相應的交流濾波器小組或相應的交流濾波器大組下的各小組都會轉到“非選擇”狀態而退出系統無功自動控制的選擇范圍。這對直流系統的正常穩定運行及交流濾波器保護裝置的檢修維護工作存在重大安全隱患。表現在：

（1）檢修過程誤改變運行設備的狀態。按照220kV及以上電壓等級繼電保護裝置配置的要求，必須配置兩套以上相互獨立的保護裝置，當其中一套保護因故退出運行時，另一套保護能正常為系統工作。也就是說，退出狀態的保護裝置，其檢修維護的過程中的任何動作行為應該不能影響到一次設備的工作狀態。按照目前交流濾波器測控系統的控制邏輯的設計，盡管保護已經完全退出，但還能使交流濾波器退出到“非選擇”狀態。在檢修人員不熟悉交流濾波器測控裝置的控制邏輯時，按照正常的保護試驗辦法對保護裝置進行檢驗時，容易使正常運行的交流濾波器退出到“非選擇”狀態。

（2）使直流系統限功率。當直流系統輸送的功率上升到一定水平時，系統無功自動控制便要求投入相應數量及型號的交流濾波器小組。倘若在功率提升過程中，正在檢修的交流濾波器保護裝置動作而使相應的交流濾波器退出選擇狀態，出現可用交流濾波器小組數量不足，導致直流功率限制而不能繼續提升直流功率。

4、交流濾波器控制邏輯優化建議

上面提到，現有的交流濾波器控制邏輯設計存在安全隱患，為了消除上述安全隱患，提出以下三種方法進行優化改進：

（1）修改升級交流濾波器測控裝置AFC程序。AFC程序的修改有下面兩種方法：

1）保留操作箱出口跳閘的判據，把保護1和保護2動作信號由“相或”改為“相與”，并取消小組開關保護動作的條件。一般情況下，交流濾波器在投入運行時至少有一套保護為正常運行狀態，通過保護1與保護2“相與”后作為是否為交流濾波器發生了故障的判據較為妥當;由于小組開關保護只有一套，只能取消該條件，因為還有一個操作箱保護出口跳閘的判據可確保護小組開關保護出口也能判別。

2）直接取消保護1、保護2、小組開關保護動作信號的判據，僅保留操作箱出口跳閘的判據。該方法簡單可靠，因為任何保護動作跳閘都必須經過操作箱出口，而當交流濾波器正常投運時，檢修保護裝置也不可能對小組開關操作箱進行傳動試驗。

（2）增加保護裝置至交流濾波器測控裝置AFC保護動作信號回路的出口壓板。該方法可在保護退出時將該信號回路切斷，保護退出的保護裝置不向測控裝置發送保護動作信號。但在保護檢修時不方便進行信號核對;另外，測控裝置也是雙套配置的，在退出測控裝置上進行信號檢查工作時同樣會導致交流濾波器小組退出。

（3）在保護裝置和交流濾波器測控裝置AFC之間增加一個保護動作信號回路專門作為該保護動作的判據，并在保護屏內設置該回路的出口壓板。

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