STATCOM單個子模塊旁路失敗跳閘原因分析及改進方法

羅佼，周麗花，鄧躍祥

（云南電網有限責任公司文山供電局，云南 文山 663000）

0 前言

STATCOM在運行過程因單個子模塊旁路失敗導致跳閘的原因一般為SMC（子模塊控制單元）發送至VBC（閥基控制單元）的故障子模塊電壓接收延時較大，VBC判定旁路的子模塊旁路失敗，同時因子模塊故障判別邏輯較為簡單，最終導致設備跳閘。本文將對STATCOM及其控制保護系統進行簡要介紹，同時對跳閘過程及跳閘原因進行分析。最后結合STATCOM子模塊故障特性提出有效的跳閘判別邏輯。以避免因VBC誤判子模塊旁路故障導致設備跳閘的風險。

1 STATCOM基本情況

某±500 kV換流站配有三套STATCOM裝置，STATCOM裝置通過H橋鏈節輸出首尾相連構成換流鏈，每相換流鏈對應一個閥塔，三相換流鏈位于閥廳內，通過室外角內電抗首尾相連，構成角形接法，每相換流鏈上正常情況下，共有50個子模塊在運行，冗余度為4個。如因故障退出的子模塊個數≤4，此時控制系統將對所有電容電壓重新排序并進行均壓控制以維持系統穩定運行，如若退出運行的功率模塊個數＞4，此時子模塊冗余耗盡保護動作，STATCOM閉鎖跳閘以保證設備和系統安全。

STATCOM通常會配置控制保護系統，控保系統一般會設置三層保護，主要是為閥組和系統故障提供有效的保護功能。分別為器件級保護、換流鏈級保護和系統級保護。器件級由SMC（模塊控制單元）板卡完成，由硬件電路檢測閥組內部器件級的故障并將其上送至VBC（閥組控制單元）；換流鏈級主要針對角形接線換流鏈層級的保護；系統級保護主要針對STATCOM系統進行保護，此類故障一般為較嚴重的故障，當發生系統級故障時，STATCOM延時保護跳閘。

2 STATCOM單個子模塊旁路失敗導致跳閘的原因分析

本文以某±500 kV換流站STATCOM單個子模塊旁路失敗導致跳閘的事故為例，通過對事故過程的梳理，總結歸納出該類型事故的常見原因。事故過程如下：18時46分，該站后臺監控報#2STATCOM閥控裝置C相33號子模塊下行通道故障；隨即產生#2STATCOM閥控裝置C相33號子模塊過壓故障；46分44秒766毫秒，#2STATCOM主控裝置VBC監視子模塊旁路失敗，46分44秒767毫秒，#2STATCOM主控裝置子模塊故障保護動作，46分44秒768毫秒；#2STATCOM主控裝置STATCOM閉鎖跳閘。

現場對#2STATCOM CA 相33號子模塊進行測試，功能測試結果為T1、T2、T3、T4能正常開通，各項數據均正常，則說明33號子模塊通過單元測試，測試結果合格。對#2STATCOM閥控裝置至33號子模塊光纖段的上行通道、下行通道進行光纖衰耗檢查，測試結果上行通道及下行通道光纖衰耗正常。由子模塊原理框圖（圖1下）可知，33號子模塊測試合格，且STATCOM閥控裝置至33號子模塊光纖段光纖衰耗滿足要求，初步判斷為33號子模塊SMC（模塊控制單元）檢測到閥控下行光纖通道有瞬時故障，產生下行通道故障信號，并主動啟動33號子模塊旁路，33號子模塊旁路開關輔助接點合位信號未及時上傳，導致33號子模塊SMC板卡判斷旁路開關未合閘旁路失敗，并將采集到旁路失敗信號反饋至VBC（閥組控制單元），VBC將接收到的旁路失敗判據上送主控裝置請求跳閘信號，導致#2STATCOM主控裝置子模塊故障保護動作。從后臺監視到的事件信號可以看出在閥控系統報出33號子模塊旁路失敗7 ms后報出33號子模塊旁路開關合位信號。結合現場停電檢查33號子模塊旁路開關確在合位，初步判斷為33號子模塊旁路后，旁路開關合位信號延時較大，SMC未及時收到合位信號，判斷旁路失敗，并反饋至VBC，導致#2STATCOM主控裝置子模塊故障保護動作。

圖1 換流鏈連接示意圖（上），子模塊接線示意圖（下）

綜上所述，#2STATCOM跳閘原因為SMC板卡監測到旁路開關合位信號的時間延遲較大，導致SMC判斷子模塊旁路失敗，并將旁路失敗信號上送至VBC，VBC將信號轉發主控裝置，該信號滿足主控裝置子模塊故障保護動作邏輯，保護正確動作跳閘。

子模塊旁路及拒動判別邏輯：

1）當子模塊運行電壓不大于2350 V時，SMC正常上送模塊電壓至VBC。相關邏輯如圖2所示。

圖2 子模塊正常運行邏輯

2）當子模塊運行電壓超過2350 V時，經過一定的延時判據，SMC下發子模塊旁路指令；自命令發出10 ms后，進行旁路開關狀態判斷；若此時開關合位未正常返回并接收，則認為旁路失敗，SMC上報VBC旁路失敗信號，VBC將信號轉發給PCP（控制保護），觸發PCP保護動作；若正常返回開關合位信號并接收，則認為旁路成功，SMC將模塊旁路狀態反饋給VBC。相關邏輯如圖3所示。

圖3 子模塊非正常運行邏輯

3 避免STATCOM單個子模塊旁路失敗導致跳閘的改進方法

通過上述故障原因分析,STATCOM裝置子模塊非正常運行邏輯判別條件單一，僅通過旁路命令及延時就判別模塊的狀態導致判別錯誤是STATCOM單個子模塊旁路失敗導致跳閘的常見原因。本文將結合子模塊旁路前后的特征，即子模塊旁路前能采集到至少大于1500 V以上的正常電壓，但子模塊旁路后采集到的電壓將降為零。將電壓的判別條件加到子模塊非正常運行的判別邏輯中，即可效避免上述情況的發生。

具體優化判別邏輯如下：

1）子模塊運行電壓大于2350 V，且旁路開關拒動的邏輯框圖如圖4所示。當子模塊運行電壓大于2350 V時，延時10 ms發出開關旁路命令，若此時發生旁路開關拒動，則增加一個模塊電壓判據，若采樣電壓大于2350 V，認為旁路開關未正常閉合，此時延時5 ms發生跳閘命令。此種情況可有效解決由于采樣單元單一元件故障引起采樣電壓偏大導致跳閘的問題。

圖4 模塊電壓大于2350 V，且旁路開關拒動的邏輯框圖

2）子模塊運行電壓大于2350 V，且旁路開關動作的邏輯框圖如圖5所示。當模塊運行電壓大于2350 V時，延時15 ms發出開關旁路命令，若此時旁路開關正常閉合，此時模塊將成功旁路，模塊運行電壓降低到正常運行電壓之下。

圖5 模塊電壓大于2350 V，且旁路開關動作的邏輯框圖

4 結束語

本文對常見STATCOM子模塊旁路失敗保護動作進行了分析，同時結合閥組控制單元對旁路失敗的判據，以及子模塊旁路后采集到的電壓量變化情況，提出了一種可以有效避免因VBC接收旁路開關狀態信號延時導致VBC誤判子模塊旁路失敗出口跳閘設備的優化方案。即增加對子模塊旁路后的電壓判據。正常情況下，子模塊旁路后電壓應在正常電壓以下，若子模塊旁路失敗則電壓依然存在（＞2350 V），此時可以判定子模塊旁路失敗出口跳閘。增加此判據后可以有效避免因信號延時傳輸問題導致STATCOM跳閘事件的發生。