特高壓直流系統(tǒng)解鎖異常故障分析

特高壓直流系統(tǒng)解鎖異常故障分析

Summary：從一起特高壓直流輸電解鎖異常的故障著手分析，得出了該故障的根本原因是雙極解鎖命令的不同步。根據(jù)故障原因，提出了改變解鎖命令傳輸方式的改進(jìn)措施，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該措施的有效性，保證了直流系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，對(duì)后續(xù)的新建工程有一定的指導(dǎo)意義。Keys：特高壓直流系統(tǒng)；解鎖異常故障；解鎖命令1特高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理特高壓直流輸電技術(shù)是以直流電的方式實(shí)現(xiàn)電能傳輸?shù)募夹g(shù)。直流電必須經(jīng)過(guò)換流實(shí)現(xiàn)直流電變交流電，然后與交流系統(tǒng)連接。圖1是特高壓直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的三相交流電先在A端升為高壓交流電，隨即高壓交流電經(jīng)整流器H1與H2作用轉(zhuǎn)為高壓直流電流。然后高壓直流電流流過(guò)直流輸電線路L1、L2到達(dá)逆變側(cè)。接著通過(guò)逆變器H3與H4轉(zhuǎn)為交流電流。最后通過(guò)T3與T4降低電壓到達(dá)交流系統(tǒng)。在特高壓直流輸電系統(tǒng)中，整流器與逆變器的結(jié)構(gòu)相同，但作用恰好相反。整流器的作用是把直流電轉(zhuǎn)換成交流電。而逆變器則將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。圖1特高壓直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2故障過(guò)程故障前某換流站的運(yùn)行方式為雙極高端閥組熱備用，雙極低端閥組隔離，如圖2所示。對(duì)端B換流站與某換流站運(yùn)行方式相同，直流計(jì)劃采用雙極典型方式二（雙極高端閥組解鎖，雙極低端閥組保持隔離）進(jìn)行啟動(dòng)。以運(yùn)行人員工作站（OperatorWorkStation，OWS）操作下令的絕對(duì)時(shí)間00∶14∶32.000為此次事件的相對(duì)起始時(shí)間t0=0，故障時(shí)間序列為：1）t=0，運(yùn)行人員同時(shí)下發(fā)極1單閥組解鎖命令、極2單閥組解鎖命令；2）t=1.386s，極1控制系統(tǒng)收到解鎖單閥組命令；3）t=1.397s，極1高端執(zhí)行解鎖命令；4）t=1.464s，交流濾波器投入命令產(chǎn)生；5）t=1.885s，5642交流濾波器（HP12／24型）投入；6）t=2.350s，極1高端閥組解鎖完成；7）t=2.436s，極2控制系統(tǒng)收到解鎖單閥組命令；8）后續(xù)時(shí)間內(nèi)極2高端閥組未執(zhí)行解鎖命令。后臺(tái)詳細(xì)的順序事件記錄（SequenceofEvent，SOE）如表1所示。圖2故障前某換流站的運(yùn)行方式表1故障過(guò)程的SOE3故障原因分析3.1未執(zhí)行解鎖命令原因分析現(xiàn)場(chǎng)檢查某換流站一、二次設(shè)備狀態(tài)，均無(wú)異常。隨即對(duì)SOE進(jìn)行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)在極2控制系統(tǒng)收到解鎖命令前，極2高端閥組的熱備用狀態(tài)已經(jīng)消失。閥組熱備用狀態(tài)共有15個(gè)條件須滿足：閥廳門已鎖、閥廳連鎖已完成、換流變壓器分接頭擋位就緒、閥廳接地開關(guān)處于分開狀態(tài)、換流變壓器冷卻系統(tǒng)已投入、交流濾波器可用、閥冷卻系統(tǒng)就緒、閥組已連接、閥控系統(tǒng)正常、直流場(chǎng)配置就緒、換流變壓器進(jìn)線開關(guān)處于合上狀態(tài)、換流變壓器進(jìn)線開關(guān)處于合上狀態(tài)、觸發(fā)脈沖處于閉鎖狀態(tài)、無(wú)保護(hù)跳閘信號(hào)、手動(dòng)模式或者順控自動(dòng)熱備用狀態(tài)。綜合SOE中的換流變壓器分接頭擋位調(diào)整可以得出，極2高端閥組熱備用狀態(tài)消失的原因?yàn)椋簱Q流變壓器分接頭擋位就緒不滿足?，F(xiàn)場(chǎng)檢查極1高端閥組解鎖時(shí)的錄波發(fā)現(xiàn)，5642交流濾波器投入前的t1時(shí)刻極2高端換流變壓器網(wǎng)側(cè)電壓為517.03kV，t2時(shí)刻5642交流濾波器投入，5642交流濾波器投入后的t3時(shí)刻極2高端換流變壓器網(wǎng)側(cè)電壓為520.25kV，提高了約3kV。將換流變壓器網(wǎng)側(cè)電壓與擋位變化情況代入式（1）可以得到極2高端閥組的空載電壓變化情況，如表2所示。表2極2高端閥組的空載電壓變化情況綜上所述，在解鎖前極2高端閥組空載電壓滿足條件，極2高端閥組處于熱備用狀態(tài)。但由于極1、極2控制系統(tǒng)收到解鎖命令不同步（相差1.050s），極1高端閥組先解鎖后投入的交流濾波器抬升了交流側(cè)電壓使得此時(shí)空載電壓不滿足條件，極2高端閥組退出熱備用狀態(tài)。當(dāng)極2高端換流變壓器擋位自動(dòng)調(diào)整后，極2高端閥組才重新進(jìn)入熱備用狀態(tài)，而此時(shí)距極2控制系統(tǒng)收到單閥組解鎖命令已經(jīng)過(guò)去了15.755s，導(dǎo)致解鎖失敗。3.2解鎖命令不同步原因分析某換流站LAN網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括運(yùn)行人員控制層的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SupervisoryControlandDataAcquisition，SCADA）系統(tǒng)LAN和控制保護(hù)設(shè)備層的控制系統(tǒng)LAN兩部分，兩者之間通過(guò)高速級(jí)聯(lián)口連接在一起。運(yùn)行人員在OWS上同時(shí)下發(fā)極1單閥組解鎖命令、極2單閥組解鎖命令后，基于客戶機(jī)/服務(wù)器的分布式結(jié)構(gòu)，該命令首先通過(guò)SCADALAN傳輸至服務(wù)器預(yù)處理，然后由服務(wù)器通過(guò)SCADALAN、高速級(jí)聯(lián)口（兩級(jí)路由器）、控制系統(tǒng)LAN傳輸至直流站控系統(tǒng)，直流站控系統(tǒng)再通過(guò)IFC快速控制總線（光纖）將解鎖命令分別傳輸至極1、極2的控制系統(tǒng)。某換流站LAN網(wǎng)采用的是千兆網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率為1Gbit/s，命令發(fā)送時(shí)延和傳輸時(shí)延理論上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1ms。但由于兩條命令從OWS到直流站控系統(tǒng)之間一直采用獨(dú)立傳輸，經(jīng)過(guò)了服務(wù)器和高速級(jí)聯(lián)口（兩級(jí)路由器），一共3個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延。并且前一個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的時(shí)延在經(jīng)過(guò)后一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)會(huì)被放大，產(chǎn)生更大的時(shí)延。因此造成了極1單閥組解鎖命令、極2單閥組解鎖命令出現(xiàn)了較大的不同步。4改進(jìn)措施考慮到服務(wù)器處理命令的不同步以及LAN網(wǎng)可能造成的網(wǎng)絡(luò)堵塞，本次改進(jìn)通過(guò)改變解鎖命令傳輸結(jié)構(gòu)，讓各種解鎖方式用一條命令就可以直接傳輸?shù)街绷髡究叵到y(tǒng)，避免了服務(wù)器處理過(guò)程和LAN網(wǎng)堵塞造成的不同步。直流站控系統(tǒng)處理后臺(tái)命令的執(zhí)行周期采用的是T3周期（128ms），理論上節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延最大為128ms，直流站控系統(tǒng)與極控系統(tǒng)采用的是IFC快速控制總線（光纖），理論上傳輸時(shí)延遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1ms，因此總的不同步時(shí)間不超過(guò)129ms。新增后的解鎖命令為：極1解鎖單閥組命令（原有）；極1解鎖雙閥組命令（原有）；極2解鎖單閥組命令（原有）；極2解鎖雙閥組命令（原有）；極1、極2解鎖單閥組命令（新增）；極1、極2解鎖雙閥組命令（新增）；極1解鎖單閥組、極2解鎖雙發(fā)組命令（新增）；極1解鎖雙閥組、極2解鎖單閥組命令（新增）。解鎖命令進(jìn)行改進(jìn)后，對(duì)新增的4條解鎖命令各進(jìn)行5次解鎖試驗(yàn)，均成功解鎖。Reference：［1］禹佳