±800kV特高壓換流站換流閥BOD動作導致閥組閉鎖故障分析處理及優(yōu)化

周繼紅，王同云，劉 文，張 勇

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±800kV特高壓換流站換流閥BOD動作導致閥組閉鎖故障分析處理及優(yōu)化

周繼紅，王同云，劉 文，張 勇

（國家電網(wǎng)公司運行分公司哈密管理處，新疆哈密839122）

2014年4月8日，西北某特高壓換流站極Ⅱ高端換流閥閥控主機CCPB切至主用狀態(tài)時，由于極Ⅱ高端閥組換流閥控制單元VBE的B系統(tǒng)滿足單晶閘管冗余跳閘條件（保護性觸發(fā)大于3個跳閘），造成極Ⅱ高端閥組閉鎖及功率轉帶成功，但未造成功率損失。本文首先介紹了換流閥閥控及流閥保護性觸發(fā)（BOD）動作原理。其次詳細說明該換流站發(fā)生換流閥BOD動作事件以及通過現(xiàn)場檢查及試驗排查的方法對故障進行分析處理方法，發(fā)現(xiàn)換流閥BOD動作邏輯和控保軟件切換邏輯不合理。最后針對這兩種不合理問題，提出相應的優(yōu)化建議，避免后續(xù)工程出現(xiàn)類似問題。

BOD 閥組閉鎖故障分析處理及優(yōu)化

0引言

特高壓直流輸電（HVDC）作為一種大容量遠距離輸電技術，在我國省間、區(qū)域間聯(lián)網(wǎng)工程中的應用日益廣泛。目前，我國已有數(shù)10項正式投入運行或在建的±800kV 直流輸電工程和數(shù)項±1100 kV特高壓直流輸電的開工建設。特高壓直流輸電可能成為我國未來實現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的手段之一。在HVDC中，換流閥承擔著交、直流轉換功能，是換流站的核心設備，由數(shù)量眾多的多種元器件組成，結構復雜，因此必須具有完備、可靠的閥控保護系統(tǒng)。鑒此，本文介紹了換流閥閥控系統(tǒng)的保護方式，并針對換流站發(fā)生換流閥正常運行時閥控設備單元（VBE）滿足晶閘管冗余跳閘條件而使換流閥保護性觸發(fā)（BOD）動作事件展開分析。通過現(xiàn)場檢查及試驗排查的方式，找出事件發(fā)生的原因，并就這些原因給出解決辦法，最后根據(jù)這一重大隱患提出相應的優(yōu)化建議。本文目的是對后續(xù)工程換流閥穩(wěn)定運行起到預防作用。

1 換流閥閥控系統(tǒng)

1.1 換流閥控保系統(tǒng)

CCP（閥組控制保護主機）發(fā)出的觸發(fā)控制信號送到VBE柜通過CLC接口板送至主控板，主控板將這些信號轉換成觸發(fā)晶閘管的控制脈沖送至光發(fā)射板，光發(fā)射板將其轉換為光脈沖送至多模接口柜（MMV），再經(jīng)MMV的MSC（光分配器）送至閥組件的MSC，閥組件的MSC將激光分配到各個晶閘管級的TFM板（晶閘管觸發(fā)與監(jiān)測板），TFM將接收到的光信號轉換為電信號觸發(fā)與之對應的晶閘管，同時接收晶閘管觸發(fā)之后的回報信號，經(jīng)回報光纖送回光接收板，供VBE判斷晶閘管觸發(fā)情況。

換流閥控制框如圖1所示，VBE保護配置如表1所示。

1.2 換流閥BOD檢測原理

1.2.1 閥觸發(fā)信號

1)深藍線代表FCS觸發(fā)信號，高電平為6.67ms（120°，1/3周期，=20 ms）

2)紅線代表光發(fā)射板下發(fā)的觸發(fā)脈沖（下行信號）

a）第一個脈沖為FCS上升沿雙脈沖（唯一的雙脈沖），此圖中顯示只有一個，由于以5ms為間距，放的太大無法完全顯示。FCS下升沿單脈沖（EOC），EOC主要用于發(fā)給閥控保護（CCP）系統(tǒng)，CCP用于投旁通對（BPS）。b）第一個脈沖為FCS截止時下發(fā)的脈沖。c）反向恢復期保護開始單脈沖：檢測反向電壓，當反向電壓上升太快du/dt>100 v/us時，若一個閥段動作數(shù)大于等于3個，整個單閥導通。d）反向恢復期保護結束單脈沖，表示反向恢復期保護結束，從開始到結束大概920ms，超過這個時間段，反向恢復期保護不起作用。e）自檢信號單脈沖：由于單閥的光發(fā)射板觸發(fā)通道有四個，自檢時設計邏輯是輪流下發(fā)自檢單脈沖，不同于觸發(fā)脈沖，他是四個通道一起下發(fā)的。

3)綠線代表光VBE回報脈沖

a）第一個脈沖為VBE在FCS上升沿雙窄脈沖下發(fā)后回報的單脈沖。b）第二個脈沖為FCS截止回報單脈沖。c）第三個脈沖為電壓上升率du/dt回報檢測脈沖。d）第四個脈沖為反向恢復期保護結束單脈沖。e）第五個脈沖為自檢回報脈沖。

4)淺藍線代表FCS下降沿電流過零回報脈沖（EOC）。

1.2.2 BOD動作邏輯

CCP的控制脈沖（FCS）上升沿有效時，值班VBE系統(tǒng)下發(fā)觸發(fā)雙窄脈沖信號，自值班VBE系統(tǒng)下發(fā)觸發(fā)雙脈沖后5.3 μs內(nèi)收到回報單脈沖信號，則認為該可控硅正常觸發(fā)；若值班VBE系統(tǒng)下發(fā)觸發(fā)雙窄脈沖信號10 μs后收到回報單脈沖信號，則認為該可控硅BOD動作。VBE對晶閘管BOD檢測為60周波檢測3次。在第20個周期、40個周期、60個周期檢測，一共連續(xù)采3個點都檢測到單脈沖就認為BOD動作，BOD定值7.7 kV。BOD動作邏輯示意圖如圖2所示。

2 BOD動作故障原因分析與處理

2014年4月8日01:11:45.129,后臺OWS報P1PCP1B裝置異常，主機嚴重故障退出備用，02:46:12現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)P2CCP1B報極2高端閥組大量BOD動作，閥組閉鎖。事件列表如下。

2.1 現(xiàn)場檢查分析

2.1.1 事件列表排查分析

VBE對晶閘管BOD檢測60周波抽檢3次，完成BOD檢測至少需要1.2 s，而事件列表顯示從P2CCP1B切換至值班到檢測到單閥晶閘管 01-49 BOD動作只有0.997 s，說明備用系統(tǒng)在切換到值班前就已經(jīng)進行的BOD自檢，與閥控公司相關文件規(guī)定的備用系統(tǒng)不自檢相悖。

2.1.2現(xiàn)場設備檢查

現(xiàn)場人員在閥組轉檢修后，對報出BOD動作的D2、D5、Y5共計14個單閥進行觸發(fā)性試驗，同時對閥塔外觀進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常；然后對極II高端VBE二次接線進行檢查，重點檢查CCP至VBE的37芯線，未發(fā)現(xiàn)存在松動。

2.1.3 極II高端閥組故障排查試驗

1)FCS回報信號排查試驗;

2)CCP切換期間VBE雙系統(tǒng)Active同為有效的時間排查試驗;

3）VBE雙系統(tǒng)FCS信號一致性排查試驗。

2.2事件原因分析

通過現(xiàn)場檢查和試驗分析認為南瑞控制保護系統(tǒng)監(jiān)視與切換邏輯不合理；主備系統(tǒng)觸發(fā)脈沖FCS不同步以及閥控系統(tǒng)BOD機理存在缺陷，備用系統(tǒng)自檢。當VBE主備系統(tǒng)觸發(fā)脈沖存在10ms以上差異時，備用系統(tǒng)對晶閘管自檢出現(xiàn)錯誤產(chǎn)生大量BOD誤報警，當系統(tǒng)切換時跳閘直接出口導致閥組誤閉鎖。從上面的分析中可以看出，系統(tǒng)切換時VBE雙系統(tǒng)的FCS信號不一致導致備用系統(tǒng)誤判BOD動作。VBE值班系統(tǒng)在接收到CCP下發(fā)的FCS信號上升沿時立即下發(fā)觸發(fā)雙窄脈沖信號，如果在觸發(fā)雙脈沖之間收到回報單脈沖信號（距雙脈沖的第一個脈沖上升沿約為5.3ms），則VBE系統(tǒng)判斷可控硅正常觸發(fā)；VBE值班系統(tǒng)在接收到CCP下發(fā)的FCS信號上升沿10ms后收到回報單脈沖信號，則VBE系統(tǒng)判斷晶閘管BOD動作。

現(xiàn)場錄波顯示：CCP備用系統(tǒng)下發(fā)FCS信號超前值班系統(tǒng)，VBE備用系統(tǒng)和值班系統(tǒng)接收CCP下發(fā)的FCS相位偏差不穩(wěn)定，最小為15ms，最大為72ms甚至以上。由于備用系統(tǒng)一直自檢，和值班系統(tǒng)同時接收回報單脈沖信號，但備用系統(tǒng)BOD判據(jù)是以自身接收到的CCP下發(fā)的FCS上升沿為基準，當VBE備用系統(tǒng)接收到的FCS信號超前值班系統(tǒng)50ms以上時，容易誤判BOD動作，在單閥內(nèi)檢測到的BOD動作數(shù)目達4個時，滿足跳閘條件。由于備用系統(tǒng)跳閘不出口，當系統(tǒng)切換時跳閘出口，閥組閉鎖。BOD機理如圖7所示。

4 優(yōu)化建議

目前VBE軟件已經(jīng)進行升級，解決了備用系統(tǒng)自檢問題，但控保系統(tǒng)監(jiān)視與切換邏輯和主備系統(tǒng)下發(fā)的FCS信號不一致，需要進一步優(yōu)化。軟件升級過程中提出以下幾點優(yōu)化建議：

1)加強軟件管理，每次試驗時都必須統(tǒng)計所有軟件版本，確保軟件版本不合適對系統(tǒng)造成損失。

2)軟件升級必須將VBE備用系統(tǒng)從“standby”狀態(tài)退至“test”狀態(tài)，備用系統(tǒng)軟件升級完成后進行檢測，確保備用系統(tǒng)無誤后將其從從“test”狀態(tài)打至“standby”狀態(tài)，此時再將值班系統(tǒng)退至“test”狀態(tài)進行軟件升級，備用系統(tǒng)值班。待值班系統(tǒng)軟件升級完成并檢測無誤后投入運行。此舉主要是防止VBE雙系統(tǒng)同時進行軟件升級時導致切換混亂，避免出現(xiàn)BOD誤動作。

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Analysis and Optimization of Failure of Locking Valve Group Resulted from Converter’s BOD Action in ±800 kV HVDC Converter Station

Zhou Jihong，Wang Tongyun，Liu Wen，Zhang Yong

（Hami Management Office of Branch Operation of SGCC，Hami 839122, Xinjiang, China）

TM712

A

1003-4862（2016）09-0006-05

2016-04-15

周繼紅(1987-)，男，工程師，碩士研究生。研究方向：換流閥及相關設備運維研究。