交流濾波器最后開關(guān)邏輯

嚴(yán)進(jìn)軍,李揚(yáng),2

(1.中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局,廣州市,510405;2.華南理工大學(xué)電力學(xué)院,廣州市,510640)

0 引言

穗東換流站是±800 kV云南—廣東特高壓直流輸電工程的重要組成部分,也是南方電網(wǎng)西電東送主通道在廣東的重要落點(diǎn)之一。作為交直流合建工程,穗東換流站也承擔(dān)著廣東境內(nèi)廣州、東莞等負(fù)荷中心的電力供應(yīng),在系統(tǒng)中具有重要的地位[1-5]。調(diào)試期間,穗東換流站曾出現(xiàn)交流濾波器最后開關(guān)跳閘后無法復(fù)位,并導(dǎo)致故障切除后開關(guān)無法合上的問題。本文分析了云廣特高壓工程交流濾波器最后開關(guān)的軟件邏輯及硬件回路。

1 調(diào)試中出現(xiàn)的問題

與常規(guī)超高壓換流站一樣,特高壓換流站沿用了交流濾波器大組開關(guān)跳閘、啟動(dòng)聯(lián)線保護(hù)跳開相應(yīng)小組開關(guān)這一邏輯。假設(shè)沒有這一設(shè)計(jì),當(dāng)該大組濾波器下有多組甚至全部小組濾波器在投入狀態(tài)時(shí),開關(guān)跳閘過程中將會(huì)造成流過該濾波器組的電流過大,該電流的大小甚至有可能超過該斷路器的額定開斷電流能力[6]。當(dāng)濾波器大組最后開關(guān)與大組聯(lián)線差動(dòng)跳閘回路同時(shí)啟動(dòng)時(shí),小組濾波器開關(guān)的跳閘接點(diǎn)將優(yōu)先于大組開關(guān)的跳閘接點(diǎn)動(dòng)作,保證了小組開關(guān)優(yōu)先于大組開關(guān)跳開,從而避免了大組開關(guān)由于帶運(yùn)行中的小組濾波器跳閘而流過大電流的風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)一步保證了設(shè)備安全。

穗東換流站500 kV交流開關(guān)場(chǎng)采用3/2接線方式,4個(gè)大組交流濾波器分布于交流場(chǎng)的四回出線上,每個(gè)大組濾波器下又分別設(shè)有4個(gè)小組交流濾波器。為便于本次事故介紹及后續(xù)分析,本文以第 1大組交流濾波器所在的交流場(chǎng)第 1串為例進(jìn)行分析,如圖1所示。

圖1 500 kV交流場(chǎng)第1串開關(guān)設(shè)備簡圖Fig.1 Diagram of No.1 sw itch gear in 500 kV alternating current field

2009年 12月 22日楚穗直流調(diào)試期間,穗東換流站發(fā)生 5012開關(guān)充電保護(hù)動(dòng)作跳閘故障。故障發(fā)生時(shí) 5011開關(guān)一直處于分閘位置,而 5012開關(guān)所帶的第 1大組交流濾波器聯(lián)線差動(dòng)保護(hù)跳閘回路啟動(dòng),切除該大組母線下所有小組濾波器。故障發(fā)生后,運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn),在 5012斷路器保護(hù)屏、第 1大組交流濾波器聯(lián)線保護(hù)屏以及相應(yīng)小組濾波器保護(hù)屏上均無法手動(dòng)復(fù)歸相應(yīng)故障信號(hào)。在退出 5012斷路器保護(hù)屏內(nèi)的“5012開關(guān)跳閘啟動(dòng)第 1大組交流濾波器聯(lián)線保護(hù)最后開關(guān)回路”壓板后,上述所有保護(hù)信號(hào)才最終復(fù)歸。

2 軟件邏輯

采集本串內(nèi)所有開關(guān)及刀閘的狀態(tài),來判定某一開關(guān)是否成為大組濾波器最后開關(guān)。該軟件邏輯在就地間隔控制單元 6MD664中即可實(shí)現(xiàn)[7-8],無需交流站控來參與,這在一定程度上也減少了就地控制單元與交流站控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)交換量[9-11]。

以圖1為例,5011、5012及 5013開關(guān)分別構(gòu)成第1大組交流濾波器最后開關(guān)的條件如 1表所示。

表1 濾波器最后開關(guān)軟件邏輯Tab.1 Software logic of last circuit breaker in AC Filter

從表 1可以看出,判斷開關(guān)是否為大組濾波器的最后開關(guān),須滿足以下任一條件:

(1)當(dāng)某一大組交流濾波器母線只通過一個(gè)邊開關(guān)所在間隔連接于 1號(hào)母線且與 2號(hào)母線無連接時(shí),此邊開關(guān)即為該大組濾波器的最后開關(guān)。

(2)或者當(dāng)某一大組交流濾波器母線只通過另一邊開關(guān)及中開關(guān)所在的間隔連接于 2號(hào)母線而與1號(hào)母線無連接時(shí),則此邊開關(guān)及中開關(guān)均為該大組濾波器的最后開關(guān)。

3 硬件回路

3.1 斷路器跳閘回路

穗東換流站500 kV交流場(chǎng)斷路器保護(hù)采用南瑞繼保RCS-921A型斷路器失靈保護(hù)及自動(dòng)重合閘裝置、CJX-03型重動(dòng)繼電器箱以及CZX-22R2型操作繼電器箱作為組屏方案,其跳閘重動(dòng)回路如圖 2所示。圖中:TJX(X為A、B或C相)為斷路器保護(hù)跳閘動(dòng)作接點(diǎn);FTm為第m號(hào)重動(dòng)繼電器箱插件上的重動(dòng)繼電器;KM 1為電源端。該回路接通后,將通過分相跳閘重動(dòng)出口壓板啟動(dòng)開關(guān)跳閘回路。

圖2 斷路器保護(hù)跳閘重動(dòng)回路Fig.2 Activated circuit of breaker trip

圖3為斷路器外部保護(hù)跳閘重動(dòng)回路簡圖。圖中:TJR為外部保護(hù)(如濾波器大組聯(lián)線差動(dòng)、變壓器差動(dòng)保護(hù)等)三相跳閘動(dòng)作接點(diǎn);FTn為第n號(hào)重動(dòng)繼電器箱插件上的重動(dòng)繼電器。該回路接通后,無需經(jīng)過壓板,直接啟動(dòng)三相跳閘繼電器跳開開關(guān)。

圖3 斷路器外部保護(hù)跳閘重動(dòng)回路Fig.3 Activated circuit of outer protection in breaker trip

3.2 交流濾波器聯(lián)線差動(dòng)跳閘回路

濾波器最后開關(guān)跳閘起動(dòng)聯(lián)線差動(dòng)回路如圖 4所示。

圖4 交流濾波器最后開關(guān)跳閘起動(dòng)聯(lián)線差動(dòng)回路Fig.4 Activation of connection differential protection of last circuit breaker trip in AC Filter

圖4中,虛線框內(nèi)表示就地控制單元6MD664對(duì)于濾波器大組最后開關(guān)的邏輯判定。以 5012開關(guān)作為第 1大組交流濾波器的最后開關(guān)為例進(jìn)行說明,即僅當(dāng)5011開關(guān)在分位時(shí),就地控制單元6MD66判斷5012為最后開關(guān),如圖 5所示。濾波器聯(lián)線差動(dòng)跳閘回路如圖 6所示。

圖6中,跳閘繼電器勵(lì)磁后,將會(huì)通過其輔助接點(diǎn)TJR起動(dòng)濾波器大組開關(guān)的跳閘重動(dòng)回路(圖3)及所有小組開關(guān)的跳閘回路。

圖5 最后開關(guān)軟件邏輯與硬件接口Fig.5 Software logic and related hardw are interface of last circuit breaker

圖6 交流濾波器聯(lián)線差動(dòng)主跳閘回路Fig.6 Main circuit trip of connection differential protection in AC Filter

4 存在問題及改進(jìn)措施

5012開關(guān)充電保護(hù)動(dòng)作以后,圖 2中TJX接點(diǎn)閉合,重動(dòng)繼電器 FTm勵(lì)磁,進(jìn)而通過分相跳閘重動(dòng)出口壓板啟動(dòng) 5012開關(guān)跳閘回路。又由于 5011開關(guān)一直在分位,就地控制單元 6MD664始終判定5012開關(guān)為第 1大組交流濾波器的最后開關(guān)。因此,結(jié)合圖 4、5來看,第 1大組交流濾波器聯(lián)線差動(dòng)主跳閘回路將會(huì)導(dǎo)通,跳閘繼電器將勵(lì)磁;進(jìn)而圖 3中的TJR接點(diǎn)閉合,重動(dòng)繼電器FTn勵(lì)磁,由于此時(shí)6MD 664仍然判定 5012開關(guān)為第 1大組交流濾波器的最后開關(guān),因此,仍將通過圖 4所示回路啟動(dòng)聯(lián)線差動(dòng)保護(hù)跳閘。

由以上分析可知,整個(gè)回路只涉及到6MD664軟件邏輯以及相關(guān)的純硬件回路,不經(jīng)過任何保護(hù)裝置,而復(fù)歸按鈕只能開入到保護(hù)裝置中,因此也就無法通過復(fù)歸按鈕來切斷整個(gè)自保持回路了。

方案Ⅰ:修改 6MD664軟件邏輯。由于無論5012開關(guān)在什么狀態(tài),只要滿足(50111∨5011∨ 50112)的條件,6MD664始終判定 5012開關(guān)為第 1大組交流濾波器的最后開關(guān)。因此,本方案提出修改6MD664軟件邏輯,即將開關(guān)的分合閘位置引入到6MD664的判定條件中,如圖 7所示。延時(shí)△t的設(shè)置是為了保證開關(guān)跳開后該軟件邏輯輸出不會(huì)立即返回,從而保證聯(lián)線差動(dòng)跳閘回路能夠持續(xù)啟動(dòng)直至大組及所有小組開關(guān)跳開。

方案Ⅱ:增設(shè)復(fù)歸按鈕。在圖 3—6中的任一回路上增設(shè)手動(dòng)復(fù)歸按鈕亦可解決無法復(fù)歸的問題。但是,為避免所增設(shè)的復(fù)歸按鈕本身的損壞影響到大組及小組開關(guān)的跳閘回路,因此,本方案認(rèn)為該復(fù)歸按鈕宜設(shè)置在圖 4所示的回路中,如圖 8所示。

圖7 修改后的濾波器大組最后開關(guān)邏輯Fig.7 Im proved last circuit breaker logic of AC filter

圖8 修改后的硬件回路Fig.8 Improved hardware circuit

5 結(jié)語

本文針對(duì)換流站濾波器大組最后開關(guān)跳閘、啟動(dòng)大組聯(lián)線差動(dòng)跳閘回路后無法手動(dòng)復(fù)位的問題,從軟件邏輯以及硬件回路上給出了解釋,同時(shí)提出了進(jìn)一步的軟、硬件解決方案。

[1]中國電力工程顧問集團(tuán)公司,廣東省電力設(shè)計(jì)研究院,中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院,等.云南—廣東±800 kV特高壓直流輸電工程穗東±800kV換流站新建工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].北京:中國電力工程顧問集團(tuán)公司,2007.

[2]李興,陳世元,張鵬,等.高壓直流工程換流站交流開關(guān)場(chǎng)最后開關(guān)/線路保護(hù)運(yùn)行分析[J].繼電器,2005,33(4):66-70.

[3]王華偉,蔣衛(wèi)平,吳婭妮,等.云廣±800 kV特高壓直流工程逆變站最后斷路器跳閘故障研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,32(18):6-9,13.

[4]江一,夏擁.深圳換流站最后斷路器及線路保護(hù)的改進(jìn)建議[J].南方電網(wǎng)技術(shù),2009,3(1):69-71.

[5]劉云,王明新,曾南超.高壓直流輸電系統(tǒng)逆變站最后斷路器跳閘裝置配置原則[J].電網(wǎng)技術(shù),2006,30(6):35-40.

[6]Siemens.AC circuit breakers equipment specification[R].Germany: Siemens,2007.

[7]XJ-Siemens.C/P design specification AC station control[R]. Germany:Siemens,2007.

[8]XJ-Siemens.C/P design specification AC local control interface [R].Germany:Siemens,2007.

[9]XJ-Siemens.C/P design specification field bus communication[R]. Germany:Siemens,2007.

[10]國家電力調(diào)度通訊中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答[M].北京:中國電力出版社,2000:236-246.

[11]江蘇省電力公司.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與實(shí)用技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2006:58-66.