魯西換流站交流濾波器分裂母線邏輯缺陷分析及改進

唐海名 王 健 孫 浩 姚傳濤 桂輝陽 龍英云

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局，貴州黔西南562400）

0 引言

魯西背靠背換流站在2017年曾發(fā)生交流濾波器分裂母線保護動作閉鎖直流系統(tǒng)的事件，交流濾波器與交流母線分裂由與交流濾波器同串的交流線路瞬時故障跳閘引起，該次跳閘事件暴露出了交流濾波器分裂母線邏輯存在跳閘出口方式不合理，以及在交流濾波器與交流線路同串的接線方式下，未考慮線路單相故障重合閘時間協(xié)調(diào)配合的問題。而此邏輯缺陷使直流系統(tǒng)在本無需閉鎖的情況下發(fā)生閉鎖跳閘，擴大了事故范圍。

本文結(jié)合魯西背靠背換流站2017年發(fā)生的交流濾波器分裂母線保護動作閉鎖直流系統(tǒng)事件，對交流濾波器分裂母線保護邏輯進行了分析，針對上述邏輯缺陷提出了邏輯改進方法。

1 交流濾波器分裂母線保護動作事件過程簡介

魯西背靠背換流站500 kV廣西側(cè)交流場為二分之三接線方式，其中第三大組交流濾波器與500 kV西百乙線同串。500 kV廣西側(cè)交流場接線圖如圖1所示。

2017年4月10日，魯西站500 kV廣西側(cè)#4交流母線檢修，換流單元二（常規(guī)直流）功率負荷在400 MW運行，換流單元二和廣西側(cè)第三大組交流濾波器運行于#3母線，西百乙線連接在#3母線運行（5151、5152開關(guān)在合位，5153開關(guān)在分位）。13：44：26，西百乙線路保護跳閘，導(dǎo)致廣西側(cè)第三大組交流濾波器和常規(guī)直流單元分裂運行，由于第三大組濾波器中有濾波器小組在投入狀態(tài)，引發(fā)分裂母線保護閉鎖常規(guī)直流系統(tǒng)。

2 交流濾波器分裂母線保護邏輯分析

圖1 500 kV廣西側(cè)交流場接線圖

2.1 分裂母線出口邏輯分析

交流濾波器分裂母線判斷邏輯如圖2所示，該判斷邏輯滿足條件：母線分裂運行、濾波器大組控制主機和直流站控通信正常、有濾波器小組已經(jīng)連接投入使用、同時該大組和常規(guī)直流單元不在同一母線運行，如果檢測上述狀態(tài)同時存在，無延時立即閉鎖常規(guī)直流系統(tǒng)。

濾波器小組連接狀態(tài)判斷邏輯條件如圖3所示。

（1）濾波器小組相關(guān)地刀在分閘狀態(tài)，且濾波器小組隔離開關(guān)和斷路器在合閘狀態(tài)，或濾波器小組末端相電流大于48.5 A（0.4 pu）；

（2）大組進線電壓大于144 kV（相電壓為83.14 kV）或進線開關(guān)在合閘狀態(tài)。

此次事件中，在西百乙線跳閘后，導(dǎo)致廣西側(cè)第三大組濾波器和常規(guī)直流單元不在同一母線運行，第三大組交流濾波器母線失壓，從理論上來說，此時大組進線電壓＞0.3 pu條件不滿足，濾波器小組連接狀態(tài)不滿足，導(dǎo)致濾波器分裂母線條件不滿足。但通過分析第三大組濾波器進線電壓錄波發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生至電壓下降到83.14 kV以下用了36 ms左右，由于大組被跳開后進線電壓跌落存在36 ms左右的延時，濾波器小組退出狀態(tài)沒有被及時判出，分裂母線保護動作閉鎖常規(guī)直流系統(tǒng)。

因此，交流濾波器分裂母線邏輯存在出口邏輯設(shè)置不合理的問題：

（1）分裂母線條件判斷滿足后，無切除小組交流濾波器的出口策略，使母線分裂后不能第一時間隔離分裂故障，避免直流閉鎖；

（2）分裂母線條件判斷滿足后，無延時直接閉鎖直流系統(tǒng)，未充分考慮到小組濾波器切除時間及濾波器母線電壓跌落的延時配合。

2.2 分裂母線開關(guān)位置判斷邏輯分析

在交流濾波器分裂母線跳閘邏輯中，開關(guān)位置通過開關(guān)位置節(jié)點判斷，對于二分之三接線方式，其判斷邏輯如圖4、圖5所示。

圖2 交流濾波器分裂母線判斷邏輯

圖3 濾波器小組連接狀態(tài)判斷邏輯條件

圖4 開關(guān)分閘位置判斷邏輯

圖5 開關(guān)合閘位置判斷邏輯

開關(guān)分閘位置通過開關(guān)三相分閘位置節(jié)點按“三取一”方式判斷，即開關(guān)三相中任一相位置為分位即判斷該開關(guān)處于分閘位置；開關(guān)合閘位置通過開關(guān)三相合閘位置節(jié)點按“三取三”方式判斷，即僅當開關(guān)三相均為合閘位置時才判斷該開關(guān)為合閘位置。

對于交流濾波器大組與交流線路同串的接線方式（圖1），若500 kV#3母線與#4母線僅通過第五串進行連接，直流單元僅連接在#3母線運行，此時若發(fā)生西百乙線單相故障，在單相重合閘成功之前，5151、5152開關(guān)單相均處于分閘位置，根據(jù)交流濾波器分裂母線開關(guān)位置判別邏輯，此時5151、5152開關(guān)均判斷為分閘位置，從而將觸發(fā)廣西側(cè)第三大組交流濾波器分裂母線保護動作。而此時5151、5152開關(guān)仍有兩相在合閘位置，分裂母線邏輯判別此時濾波器與#3母線失去連接不合理。

因此，交流濾波器分裂母線邏輯存在開關(guān)位置判別不合理的問題：開關(guān)分閘位置采用三相分閘位置節(jié)點“三取一”的方式，當濾波器同串為交流線路，在交流線路單相重合閘期間分裂母線將因判斷與母線連接開關(guān)為分閘位置而動作出口。

3 分裂母線邏輯改進策略

3.1 出口邏輯改進

原交流濾波器分裂母線出口方式為分裂母線條件滿足后無延時立即啟動直流單元閉鎖，此方式未考慮到大組進線電壓下降存在延時的問題，未給予判斷小組濾波器退出需要的時間。對交流濾波器分裂母線動作出口方式邏輯作以下改進：

（1）增加切小組交流濾波器策略：在交流濾波器分裂母線條件判斷滿足以后，觸發(fā)分裂母線跳閘邏輯，發(fā)送SER告警信息到監(jiān)控后臺，在該情況下立即選擇切除濾波器小組，濾波器小組切除后濾波器連接條件將不再滿足。

（2）增加動作出口延時：在交流濾波器分裂母線條件判斷滿足以后，需要經(jīng)過200 ms延時才能出口，若200 ms內(nèi)分裂母線條件不再滿足，則跳閘出口應(yīng)返回；若200 ms以后小組交流濾波器未切除或因其他原因?qū)е路至涯妇€條件仍然滿足，則出口閉鎖直流系統(tǒng)。

3.2 開關(guān)分閘位置判斷邏輯改進

在交流濾波器分裂母線開關(guān)位置判斷邏輯中修改斷路器分閘位置判斷方式，開關(guān)分閘位置判別由原來的三相分閘位置節(jié)點按“三取一”方式改為三相分閘位置節(jié)點按“三取二”方式，如圖6所示，即僅當開關(guān)三相中有兩相及以上為分位時，分裂母線邏輯才判斷該開關(guān)為分閘位置。更改后，在上述工況下，線路在單相重合閘過程中，即使5152、5153開關(guān)單相處于分閘位置，交流濾波器分裂母線條件也不會滿足，從而避免分裂母線保護動作，切除濾波器甚至閉鎖直流系統(tǒng)。

圖6 開關(guān)分閘位置“三取二”判斷邏輯

4 結(jié)語

交流濾波器分裂母線保護功能能夠避免換流器與交流濾波器分裂運行而導(dǎo)致控制系統(tǒng)紊亂。根據(jù)后期直流工程運行中發(fā)生的事件，能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有分裂母線邏輯在特定的接線方式下存在不合理或不夠嚴密的問題，使得系統(tǒng)特定工況發(fā)生時分裂母線保護不正確動作，造成直流系統(tǒng)閉鎖，擴大事故范圍。本文根據(jù)魯西換流站的接線方式及一次跳閘事件，分析了當前分裂母線邏輯的不足之處，同時針對保護出口方式及線路單相故障重合的配合，提出了邏輯優(yōu)化策略。