興安直流輸電工程最后斷路器出口邏輯分析

陳海永 朱志海 黃 華 徐 晟

（南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州510405）

0 引言

興安直流工程±500kV 寶安換流站在交流場母線一次倒閘操作過程中，由于第六串中開關最后斷路器邏輯配置錯誤，在斷開母線側邊斷路器后，第六串中開關被判定為最后斷路器，斷開后，系統(tǒng)最后斷路器出口邏輯啟動，閉鎖雙極。本文通過對本次故障的整個最后斷路器回路的梳理分析，找到符合實際的運行維護策略，降低最后斷路器無出口的風險，確保了直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

1 最后斷路器保護簡介

1.1 興安直流輸電系統(tǒng)最后斷路器保護配置

興安直流輸電系統(tǒng)的交流場主接線為3/2接線，每回線路通過兩條回路與母線連接。突然切除全部交流線路時，逆變器的電流將全部流入換流站內的濾波器等無功補償裝置，使逆變站交流側及其他部分的電壓升高。直流線路電壓也隨交流電壓升高成比例增大，破壞逆變器的換相過程，導致交流母線電壓進一步升高。發(fā)生短時過電壓時，會產生嚴重的波形畸變，危及換流站中的設備絕緣。逆變站要配備最后斷路器跳閘裝置，以保證直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

1.2 最后斷路器保護配置原理

主要原理：在可能導致逆變器失去負荷的交流斷路器斷開之前進行逆變器投入旁通對，閉鎖觸發(fā)脈沖，使直流系統(tǒng)停止運行，跳開換流站所有交流濾波器并斷開交直流電氣連接，可盡量降低逆變側的過電壓幅值和持續(xù)時間，以確保直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。主要判據是換流站內交流進線斷路器的跳閘命令及其狀態(tài)，當逆變側只有一條交流進線時控制系統(tǒng)會發(fā)出“逆變站只有一條交流進線”信息，提醒運行人員注意，并開放最后斷路器跳閘裝置。

由于采用了斷路器斷開命令，在交流進線最后一臺斷路器實際斷開之前已發(fā)出了直流系統(tǒng)緊急停運命令。如果由于各種原因換流站沒有收到斷路器的狀態(tài)信號，并且遠方斷路器已經斷開，則該跳閘裝置的后備交流電壓保護會檢測過電壓水平，并且觸發(fā)緊急停運，可靠地斷開交流系統(tǒng)。

2 運行實例分析

2.1 事件經過

2014－05－18T00：57，按照總調調令，準備將500kV#2M 母線由運行狀態(tài)轉為熱備用狀態(tài)，需依次斷開500kV 5023、5033、5043、5073、5062、5052 開關，在斷開500kV 5062 開關時，興安直流雙極極控相繼發(fā)外部保護跳閘信號，雙極先后閉鎖?，F場檢查500kV 5062、5051、5052、5071、5072均在分閘位置，設備運行參數正常。雙極極控、直流保護和VBE 系統(tǒng)均未發(fā)現異常，檢查交流站控屏程序，發(fā)現5062最后斷路器邏輯有誤，導致5083、5023、5033、5043 斷路器分開后，交流站控誤判5062斷路器分別為極1、極2的最后斷路器；當5062斷路器斷開后，系統(tǒng)啟動最后斷路器跳閘ESOF雙極。

2.2 事件發(fā)生控制邏輯分析

事件發(fā)生后，檢修人員對交流站控屏程序進行檢查，發(fā)現5062最后斷路器邏輯有誤，詳細原因分析如下：

寶安換流站“最后斷路器”判斷邏輯基于整個500kV 交流場開關位置的狀態(tài)，通過交流站控系統(tǒng)實現。交流站控采用Simatic S5平臺，其軟件程序按照掃描周期，逐行執(zhí)行。下面以5062判斷為極1最后斷路器邏輯說明事件的原因，5062 判斷為極2最后斷路器邏輯與極1一致。

通過程序結構分析發(fā)現交流站控中對表示5062斷路器為極1最后斷路器的標志位（S815.3）存在重復寫入的錯誤。如圖1所示，程序中對S815.3執(zhí)行了兩次寫入操作（圖中PB123：31表示功能塊PB123的第31段程序；“＝”操作為對S815.3的賦值操作，需對S815.3 的值進行寫入；“A”、“O”、“AN”分別為與、或、與非操作，對S815.3的值進行讀?。?，因程序為順序執(zhí)行，故程序以最后一次寫入為準（PB123：38）。

圖1 5062最后斷路器程序

交流站控中PB123：38對5062為極1斷路器最后斷路器判斷的邏輯如圖2所示，該邏輯存在以下缺陷：未對第五串、第七串是否連通#1M 及#2M 進行判斷；極1與線路連接關系錯誤，應為同一母線上僅極1，無線路。

經過程序比對，該邏輯缺陷于2007年投產時已存在，但近年母線操作均按第一串到第八串的順序執(zhí)行，斷開5062 斷路器時，5083斷路器在合位，故未造成交流站控誤判。操作過程中，當第二、三、四、八串均已斷開時，滿足5062 為最后斷路器的邏輯，5062斷開后，交流站控判最后斷路器跳閘。

2.3 事故發(fā)生時保護動作分析

運行人員在工作站先后斷開5023、5033、5043、5073開關，在斷開500kV 5062開關時不可選。5062開關在站控中的分閘聯鎖條件（5061∧5063）∨（5063∧＝20BF2X/ALL＿OFF）∨（5061∧（5062/LAST LINE ∨＜blocked）），經 判 斷 后，認 為5062開關及交流場的設備狀態(tài)滿足聯鎖條件。因此申請解聯鎖斷開5062開關，在6MD 上就地解聯鎖斷開5062開關。

圖2 5062極1最后斷路器邏輯

此時5062斷路器保護接收到手動分閘命令，同時ZJ1 繼電器勵磁，此時ZJ1接點閉合，與該斷路器單相或三相跳閘接點并聯后，使MT1繼電器勵磁。MT1的相應節(jié)點閉合后實現最后斷路器跳閘，向極控系統(tǒng)發(fā)外部跳閘命令，閉鎖對應極。故當5062斷路器在6MD 上就地解聯鎖斷開后，斷路器保護手動分閘啟動最后斷路器跳閘，通過極控系統(tǒng)閉鎖雙極。

3 總結及探討

高壓直流輸電配置最后斷路器的目的是當逆變站與交流電網斷開時換流變與交流線路連接的最后一個斷路器分開。需針對換流站最后斷路器邏輯進行修改并驗證，在邏輯修改完成前，涉及斷路器操作時，需采取以下措施：（1）短期措施：根據目前交流站控中5061、5062邏輯，當直流系統(tǒng)帶電運行時禁止在第二、三、四、八串同時斷開的情況下，再操作5061、5062開關；停運500kV#1M 或#2M 時優(yōu)先操作5061或5062開關，復電時順序相反。（2）中期措施：對寶安換流站交流站控中最后斷路器判斷邏輯進行修改，仿真驗證后安排現場實施。（3）長期措施：開展高壓直流輸電系統(tǒng)逆變站特殊邏輯梳理研究，制定防范由于逆變站特殊邏輯異常導致直流閉鎖的措施。

在高壓直流輸電系統(tǒng)運行過程中出現過多次最后斷路器出口的情況，本文根據興安直流工程中一次最后斷路器誤出口導致雙極閉鎖的實例，縷清了最后斷路器的出口邏輯，分析和探討了具有針對性的運行維護策略，降低了最后斷路器回路誤出口風險，從而實現了直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

［1］SIMATIC S5用戶指導手冊［Z］.

［2］中國南方電網超高壓輸電公司.高壓直流輸電現場實用技術問答［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［3］中國南方電網超高壓輸電公司.高壓直流輸電系統(tǒng)設備典型故障分析［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［4］李興，陳世元，張鵬，等.高壓直流工程換流站交流開關場最后開關/線路保護運行分析［J］.繼電器，2005，33（4）.