天廣直流輸電系統(tǒng)廣州換流站“6.5”Idee1直流CT采樣異常分析

嚴(yán)治勇

【摘要】2014年6月5日在天廣直流線路故障降壓重啟過(guò)程中，廣州換流站接地極Idee1測(cè)點(diǎn)CT采樣值出現(xiàn)偏小且反相，從而導(dǎo)致接地極母線差動(dòng)保護(hù)（87EB）極平衡動(dòng)作，將極1直流功率限制在112MW，極2直流功率限制在90MW。本文根據(jù)直流CT現(xiàn)場(chǎng)故障情況及后續(xù)試驗(yàn)結(jié)果，分析研究本次廣州換流站Idee1直流CT采樣異常的原因，并提出控制改進(jìn)措施。

【關(guān)鍵詞】直流輸電;Idee1;直流CT;采樣異常

1.“6.5”事件簡(jiǎn)述

2014年06月05日17時(shí)15分56秒，廣州換流站極2三套直流保護(hù)均發(fā)“直流線路保護(hù) 電壓突變量保護(hù)（27du/dt）動(dòng)作”，極2直流保護(hù)A、B套發(fā)“直流線路保護(hù) 線路行波保護(hù)（WFPDL）動(dòng)作”，極控系統(tǒng)三取二邏輯發(fā)“直流線路保護(hù) 動(dòng)作”，極1、極2直流濾波器保護(hù)發(fā)“反時(shí)限過(guò)負(fù)荷起動(dòng) 出現(xiàn)”，極2直流線路全壓重啟不成功。17時(shí)15分57秒，收到對(duì)站命令請(qǐng)求極2降壓運(yùn)行，極2直流線路降壓400kV重啟成功。

17時(shí)15分57秒，極1三套直流保護(hù)發(fā)“雙極保護(hù) 接地極母線差動(dòng)保護(hù)（87EB）”Ⅰ段動(dòng)作執(zhí)行雙極極平衡;雙極功率控制模式切換至單極功率控制模式，過(guò)負(fù)荷限制雙極直流功率至202MW;極1兩套極控發(fā)極1控制極退出，多次發(fā)本極直流電流小于極電流限制值，本極直流電流大于極電流限制值，過(guò)負(fù)荷限制器取消限制電流指令信號(hào)。

17時(shí)35分，查看電科院測(cè)距顯示極2故障點(diǎn)距廣州站139.7km，對(duì)應(yīng)桿塔號(hào)在#1781-#1782之間，屬?gòu)V州局管轄范圍;山東科匯測(cè)距裝置顯示極2故障點(diǎn)距天生橋站823.565km，對(duì)應(yīng)桿塔號(hào)在#1784-#1785之間。

17時(shí)45分，現(xiàn)場(chǎng)檢查直流場(chǎng)一次設(shè)備運(yùn)行正常。17時(shí)50分，檢查故障錄波顯示極2發(fā)生一次線路故障全壓重啟不成功，400kV降壓重啟成功。

17時(shí)55分，廣州換流站向總調(diào)匯報(bào)設(shè)備檢查情況，總調(diào)下令天廣直流極2恢復(fù)全壓運(yùn)行，功率控制模式恢復(fù)雙極功率控制模式。

2.直流控制保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作分析

2.1 直流線路突變量保護(hù)（27du/dt）

27du/dt在直流線路發(fā)生接地故障時(shí)發(fā)出線路重啟命令從而保護(hù)直流系統(tǒng)，判據(jù)為：

du/dt>1.16pu/ms&UdL<0.25pu

故障時(shí)刻，直流線路電壓急劇下降，由484kV左右跌至-310kV左右，滿足直流線路突變量保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，直流線路突變量保護(hù)正確動(dòng)作。

2.2 行波保護(hù)（WFPDL）

WFPDL保護(hù)與27du/dt互為冗余，功能類似，判據(jù)如下：線模波阻抗定值>234Ω、零模波阻抗定值>603Ω、線模幅度定值>290kV、零模幅度定值>390kV、零模突變定值>560kV/ms、線模突變定值>420kV/ms。

直流線路發(fā)生接地故障，直流電壓與直流電流均急劇下降，滿足了行波保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，行波保護(hù)正確動(dòng)作。

2.3 接地極母線差動(dòng)保護(hù)（87EB）

接地極母線差動(dòng)保護(hù)（87EB）檢測(cè)接地母線區(qū)的接地故障，分為報(bào)警、極平衡和動(dòng)作段。雙極運(yùn)行時(shí)，首先進(jìn)行極平衡，故障依然存在則閉鎖換流器。87EB在雙極運(yùn)行方式時(shí)判據(jù)為：

|IdE1-IdE2-Idee1-Idee2-Idee4|>I_set+k_set * |IdE1-IdE2|

定值如表1所示。

表1

01 起動(dòng)電流定值 0.06 p.u.

02 比率系數(shù) 0.1

03 報(bào)警電流定值 0.05 p.u.

04 極平衡時(shí)間定值 200 ms

05 動(dòng)作時(shí)間定值 1200 ms

06 報(bào)警時(shí)間定值 500 ms

07 投退 真（1）

注：廣州換流站額定電流為1800A。

87EB只有在本極為控制極時(shí)極平衡才能出口。當(dāng)87EB差動(dòng)電流大于制動(dòng)電流條件滿足100ms+200ms=300ms延時(shí)后，若本級(jí)為控制極則該極極平衡出口;若此時(shí)控制極切換為另一極，則經(jīng)200ms延時(shí)后另一極極平衡出口。

極2故障重啟期間，接地極母線差動(dòng)保護(hù)差流大于差動(dòng)動(dòng)作門檻持續(xù)790ms，在滿足判據(jù)330ms后，因之前極1為控制極，因此，極1接地極母線差動(dòng)極平衡動(dòng)作。另外，極1接地極母線差動(dòng)保護(hù)極平衡動(dòng)作后，控制極由極1切換為極2，因在此期間，接地極母線差動(dòng)保護(hù)差流始終大于差動(dòng)動(dòng)作門檻，因此經(jīng)203ms后，極2接地極母線差動(dòng)極平衡動(dòng)作。因接地極母線差動(dòng)保護(hù)差流大于差動(dòng)動(dòng)作門檻持僅續(xù)790ms，小于動(dòng)作段延時(shí)1.2s，因此動(dòng)作段未出口。

本次雙極接地極母線差動(dòng)保護(hù)87EB保護(hù)符合動(dòng)作邏輯。

2.4 極平衡分析

極控中收到極平衡命令后，極平衡邏輯按照兩極中最小的電流指令為限制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直流電流進(jìn)行限制使得雙極平衡運(yùn)行。為了防止極平衡命令消失后，電流/功率又調(diào)回之前水平，在控制系統(tǒng)中設(shè)有如下邏輯：在極平衡命令消失后，控制系統(tǒng)會(huì)將功率指令更新為“最小負(fù)荷水平”和“實(shí)測(cè)功率”兩者之間最大值，即：

PO=MAX（PO MIN ，P MEAS）

其中：P MEAS為極平衡命令消失時(shí)的實(shí)測(cè)功率，PO MIN為最小負(fù)荷水平，單極運(yùn)行時(shí)為90MW。

極1的直流保護(hù)87EB保護(hù)動(dòng)作，發(fā)出極平衡命令，由于當(dāng)時(shí)極2處于降壓重啟動(dòng)期間，其電流很小，故極1電流被限制后，雙極功率控制退出，進(jìn)入單極功率控制，極1功率指令會(huì)有短時(shí)變化，控制極轉(zhuǎn)移至極2，隨后極2的87EB保護(hù)動(dòng)作，又發(fā)出極平衡命令，再一次進(jìn)行直流電流限制。

極1更新為極平衡指令消失時(shí)的功率測(cè)量值，所以極1的功率指令為112MW，極2當(dāng)時(shí)正處于重啟動(dòng)過(guò)程中，功率實(shí)測(cè)值基本為0，所以極2的功率指令為90MW。即：最終極1直流功率限制在112MW，極2直流功率限制在90MW。

本次極平衡動(dòng)作正確。

3.Idee1直流CT采樣異常分析

3.1 直流CT原理

廣州換流站直流場(chǎng)電流互感器（CT）采用南瑞生產(chǎn)的PCS-9250型直流電子式電流互感器。利用分流器傳感直流電流、利用空芯線圈傳感諧波電流（僅IdL），分流器/空芯線圈的輸出通過(guò)電阻盒輸出到各遠(yuǎn)動(dòng)模塊，遠(yuǎn)端模塊將采集到的測(cè)量值通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸?shù)胶喜卧喜卧獙y(cè)量值送到控制保護(hù)系統(tǒng)。

分流器輸出信號(hào)經(jīng)電阻盒等值分配給多個(gè)遠(yuǎn)端模塊，如圖1所示。

圖1 分流器信號(hào)采集原理圖

3.2 Idee1直流CT采樣分析

故障期間整流側(cè)和逆變側(cè)極1各分流器電流的分布如圖2所示，天生橋側(cè)IDE1=Idee1+ Idee2=1600A，但廣州站側(cè)IDE1=-1600A，Idee1+ Idee2=140A+（-800A）=-660A，IDE1≠Idee1+Idee2。因此，根據(jù)上述分析可知，廣州站側(cè)Idee2=-800A，IED1=-1600A，但I(xiàn)dee1為140A，且方向與Idee2相反，因此可以判斷Idee1測(cè)量異常。

圖2 87EB保護(hù)動(dòng)作時(shí)整流側(cè)和逆變側(cè)各分流器電流分布

首先對(duì)6月5日Idee1測(cè)量異常的波形進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在線路故障過(guò)程前后（即Idee1和Idee2出現(xiàn)明顯異常前后），Idee1和Idee2測(cè)到的諧波電流是反相的，且Idee1的諧波測(cè)量值明顯小于Idee2的諧波測(cè)量值。查看6月7日的錄波數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)6月7日線路停電前Idee1和Idee2測(cè)到的諧波電流是同相的，且幅值基本相等。找到同年5月1日的錄波數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)5月1日Idee1和Idee2測(cè)到的諧波電流也是同相的，且幅值基本相等。

根據(jù)分析，可以確定Idee1直流CT在2014年5月1日至2014年6月7日中某個(gè)時(shí)間段出現(xiàn)異常，此異常是在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)且自動(dòng)恢復(fù)的，異?，F(xiàn)象表現(xiàn)為Idee1的測(cè)量值偏小且反相。

3.3 試驗(yàn)分析

首先對(duì)換下的電阻盒進(jìn)行以下檢查：（1）用電阻盒的測(cè)量?jī)x器（FLUKE表）檢測(cè)拆下的板卡（NR1461），檢查確認(rèn)了接口與內(nèi)部連接關(guān)系正確;（2）使用耐壓測(cè)試儀測(cè)量電阻盒端口，DC 50V未導(dǎo)通，DC 20V導(dǎo)通，符合設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)。故換下的電阻盒無(wú)故障。

Idee1測(cè)量異常時(shí)6個(gè)通道的測(cè)量均顯示異常，可以排除遠(yuǎn)端模塊及合并單元出現(xiàn)異常的可能性。

本次試驗(yàn)采用信號(hào)發(fā)生器并聯(lián)輸出兩路信號(hào)，一路直接連接RTU1，另一路通過(guò)兩芯雙絞線連接電阻盒輸出到RTU2，用合并單元監(jiān)視RTU1和RTU2的波形，查看波形是否異常。試驗(yàn)接線如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)接線

（1）RTU1，電阻盒、RTU2接線牢固情況下，試驗(yàn)發(fā)生波形與輸出波形一致（如圖4所示），試驗(yàn)結(jié)果正常。

圖4 測(cè)量錄波

（2）將接到掛箱電阻盒雙絞線的信號(hào)線正端松開(kāi)，RTU2無(wú)信號(hào)，試驗(yàn)輸出波形異常（如圖5所示），輸出幅值變得很小，和現(xiàn)場(chǎng)情況不一致。

圖5 測(cè)量錄波（斷開(kāi)正極）

（3）將接到掛箱電阻盒雙絞線的信號(hào)線負(fù)端松開(kāi)，RTU2有與RTU1相位相反的信號(hào)，并且信號(hào)幅度小于RTU1，試驗(yàn)輸出波形異常（如圖6所示），輸出幅值變小且反向，和現(xiàn)場(chǎng)情況比較一致。

4.結(jié)論及建議

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，可以確定現(xiàn)場(chǎng)Idee1異常是由于分流器輸出信號(hào)線的負(fù)端在電阻盒的端子連接處出現(xiàn)虛接引起的。測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)線負(fù)端如果虛接，信號(hào)正端和負(fù)端間接由分布電容進(jìn)行連接，電容呈滯后特性，會(huì)引起相位相差180度左右的特性，且幅值與分布電容大小有關(guān)系。

圖6 測(cè)量錄波（斷開(kāi)負(fù)極）

現(xiàn)場(chǎng)Idee1測(cè)點(diǎn)的直流CT已更換了電阻盒，更換電阻盒時(shí)信號(hào)線端子進(jìn)行了重新連接緊固，隱患已排除。針對(duì)信號(hào)線端子虛接引起的CT采樣異常問(wèn)題，建議進(jìn)一步強(qiáng)化互感器工程現(xiàn)場(chǎng)的工作質(zhì)量及檢查環(huán)節(jié)，在調(diào)試結(jié)束后，增加電氣線路的核查，避免后續(xù)出現(xiàn)類似問(wèn)題。

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