舟山多端柔性直流系統(tǒng)電流采樣回路故障分析

劉 黎 戴 濤 李劍波 袁 杰

（國網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司，浙江 舟山 316000）

舟山多端柔性直流輸電示范工程采用最新型的模塊化多電平換流器（modular multilevel converter,MMC）[4]，直流電壓等級為±200kV，共 5座換流站，容量分別為舟定換流站 400MW、舟岱換流站300MW、舟衢換流站100MW、舟洋換流站100MW、舟泗換流站100MW[5]，分別位于舟山本島、岱山島、衢山島、泗礁島及洋山島。

舟定換流站接入 220kV云頂變、舟岱站接入220kV蓬萊變、舟衢換流站接入110kV大衢變、舟洋換流站接入 110kV沈家灣變、舟泗換流站接入110kV嵊泗變。舟山柔直輸電系統(tǒng)的交直流耦合電網(wǎng)，其電氣結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 舟山多端柔性直流輸電系統(tǒng)的交直流耦合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

1 事件概述

2016年 2月 6日 08：12：00，舟泗站 PCP（直流控制保護）B套報“線路縱差保護負極線路0跳閘”，并發(fā)出聯(lián)跳命令，四站停運。

根據(jù)后臺事件列表可知，從 02-06 03∶00∶08.538時刻，B套直流保護“檢測到系統(tǒng)擾動出現(xiàn)”，直至2016-02-06 08∶11∶56.529時刻，B套直流保護“檢測到系統(tǒng)擾動出現(xiàn)”期間，總共發(fā)生了19次電流擾動事件。其中在（2016-02-06 03∶00∶08.538）、（2016-02-06 04∶59∶37）、（2016-02-06 05∶52∶50.816）、（2016-02-06 08∶11∶56.529）時刻，電流擾動持續(xù)2S以上，引起“線路縱差保護負極線路報警”啟動。其他幾次的電流擾動持續(xù)時間均小于2s，未造成線路縱差保護啟動。第19次電流擾動持續(xù) 3s后仍未恢復，最終造成了系統(tǒng)在 08∶12∶00.734跳閘。系統(tǒng)跳閘之后，后臺在2016-02-06 08∶12∶02.614報出“合并單元品質(zhì)位故障”。

2 系統(tǒng)跳閘原因分析

2.1 舟泗站直流控制保護配置

直流控保配置（雙重化配置）：分為交流保護、換流器保護、直流場保護。圖2所示為保護區(qū)域劃分圖。

1）交流保護。包括交流連接線差動保護、交流過電壓保護、交流低電壓保護、交流連接線過流保護、交流頻率異常保護、站內(nèi)接地過流保護、閥側(cè)零序過流保護、閥側(cè)零序差動保護、交流閥側(cè)零序過壓保護。

2）換流器保護。包括橋臂電抗器差動保護、閥差動保護、換流器過流保護、橋臂過流保護、橋臂環(huán)流保護。

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3）直流場保護。包括直流電壓不平衡保護、直流欠壓過流保護、直流過電壓保護、直流低電壓保護、直流母線差動保護、直流線路縱差保護。

圖2 保護區(qū)域劃分圖

2.2 保護動作原因分析

電流縱差保護就是利用基爾霍夫電流定律，比較流入被保護元件各端的電流量，依據(jù)流入各節(jié)點的電流和為零這一規(guī)律，判別故障處于區(qū)內(nèi)還是區(qū)外，具有良好的選擇性和快速性[6]。直流線路差動保護作為直流欠壓過流保護、直流電壓不平衡保護的后備保護，主要用于檢測直流線路高阻抗接地故障。保護檢測本站直流線路電流和對站的直流線路電流，當兩個電流差值的絕對值在一定時間內(nèi)連續(xù)超過設(shè)定定值，保護動作[7]。

根據(jù)舟泗站直流保護配置直流線路縱差保護的邏輯，當檢測到線路縱差電流差值大于0.03p.u.，持續(xù) 2.0s，系統(tǒng)報警；當檢測到線路縱差電流差值大于0.05p.u.，持續(xù)3.0s，系統(tǒng)跳閘。從圖3可以看出，跳閘瞬間PCPB正負極電壓正常，為正負200kV。正極電流正常，負極電流明顯有問題。

從圖4可以看出，跳閘瞬間PCPA正負極電壓正常，為正負200kV。正極電流正常，負極電流正常。

在跳閘瞬間PCPB的直流負極電流出現(xiàn)問題，PCPA的直流負極電流正常。但在完全雙重化的保護邏輯中，值班或者備用系統(tǒng)只要有一套保護動作，就會觸發(fā)系統(tǒng)跳閘。

直流線路縱差保護屬于后備保護，主保護（直流欠壓過流保護、直流電壓不平衡保護）均未動作，通過分析波形和事件，認定故障原因是B套直流負極電流采樣回路出現(xiàn)問題，其他設(shè)備均正常。

圖3 系跳閘瞬間PCPB的波形

圖4 系跳閘瞬間PCPA的波形

2.3 B套直流負極電流采樣回路故障分析及處理

通過現(xiàn)場排查排查，發(fā)現(xiàn)其負極光CT接線盒B套電容組件損壞，更換后合并單元故障燈熄滅。

B套直流負極電流采樣回路故障原因是，負極光CT接線盒B套電容組件損壞和整理箱端子排B套負極電流調(diào)制信號接線松動，導致負極電流不正常。

2.4 合并單元品質(zhì)位故障

合并單元增加一次狀態(tài)監(jiān)測對象，通過過程層報文將狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)測控裝置，由測控上送后臺，在后臺實現(xiàn)電子式互感器及一次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測[8]。

直流控保系統(tǒng)配置了收到合并單元品質(zhì)位故障后，緊急故障閉鎖保護的邏輯（現(xiàn)場已驗證有此功能）。保護系統(tǒng)在接收到CT測量系統(tǒng)的電流數(shù)據(jù)時，首先應(yīng)判斷該幀數(shù)據(jù)是否有效（即DI是否置位）。若數(shù)據(jù)無效，則表明該套測量裝置存在嚴重故障，應(yīng)對該套測量裝置對應(yīng)的保護進行閉鎖，以避免故障的保護系統(tǒng)發(fā)出錯誤的指令，引起系統(tǒng)的非正常跳閘。系統(tǒng)未能及時發(fā)現(xiàn)故障并閉鎖系統(tǒng)的原因由以下兩種可能：

1）光 CT測量裝置在此次故障時未及時輸出DI信息。

2）保護系統(tǒng)未及時監(jiān)測到DI故障信息或收到DI信息后未及時閉鎖系統(tǒng)。

3 后續(xù)處理方案

3.1 現(xiàn)場處理

基于舟泗站負極光 CT整理箱端子排接線松動的現(xiàn)象，對舟泗站A/B合并單元柜及正極光CT的整理箱、接線盒所有端子接線重新排查緊固，確保無類似問題出現(xiàn)。

3.2 CT測量系統(tǒng)分析及測試

在2月6日舟洋站跳閘（08點12分）事件中，系統(tǒng)在08∶12∶00.734跳閘。系統(tǒng)跳閘之后，后臺在2016-02-06 08∶12∶02.614報出“合并單元品質(zhì)位故障”。

通過模擬舟洋站故障 CT對應(yīng)的電子單元（編號 NXCT-900）運行工況，保持電子單元的參數(shù)設(shè)置一致；當出現(xiàn)調(diào)制線松動時，電子單元確實存在DI延時置位現(xiàn)象。電流采樣異常狀時DI未被置位的原因是電子單元中 0x9B的寄存器參數(shù)設(shè)置存在錯誤；該參數(shù)直接決定了光 CT中的二次諧波可接受范圍（optical input second harmonic accepte range）。

本次負極線處 CT故障的原因為調(diào)制線松動造成，調(diào)制線松動會導致二次諧波的變化。若變化范圍在可諧波接受范圍內(nèi)，則 CT測量是不會產(chǎn)生電流畸變的。如果變化超出許可范圍，狀態(tài)位就會被置位（也就是數(shù)據(jù)無效），保護系統(tǒng)檢測到DI信息后會將該套保護退出。但是由于這個可接受范圍被設(shè)置錯誤，測量電流已經(jīng)畸變卻沒有超越這個錯誤的可接受范圍，因此DI標志位沒有被置位，畸變的電流參與了保護，最終導致了跳閘。

通過人為觸發(fā)制造調(diào)制線故障，分別在0x9B=0和0x9B=131的情況下，對比觀察光CT電子裝置輸出中DI標志位的置位時間，見表1。

表1 DI標志位置位時間對比

因此，在參數(shù) 0x9B=0的情況下，當調(diào)制線松動造成 CT測量系統(tǒng)調(diào)制信號出現(xiàn)異常時，若該異常情況在短暫時間內(nèi)（如小于2s）自動復歸，則由于DI延遲的原因，系統(tǒng)將不會輸出DI信號。當故障持續(xù)時間大于4s以上時，測量系統(tǒng)才將DI標志位進行置位。

該測試結(jié)果與2月6日08∶12∶00的跳閘時的現(xiàn)象相符。

4 結(jié)論

合并單元對自身故障判斷時間過長，導致制保系統(tǒng)認為收到的電流信號是正常信號，無法對保護進行閉鎖操作。對其合并單元品質(zhì)位故障信號的邏輯進行優(yōu)化，保證其快速正確的上送給控保系統(tǒng)。

1）將電子單元（編號 NXCT-900）地址 0x9B的寄存器參數(shù)由 0更正為 131，并檢查其他站所有電子單元是否存在同樣問題。

2）建議通過故障錄波裝置對合并單元的品質(zhì)位進行監(jiān)視，以便于更加直觀的進行故障分析。

3）提高合并單元的電磁抗干擾性能[9-10]。

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