交流滤波器开关三相不一致保护动作分析及改进

2015-12-22姜海波罗朝华刘天祥

电力安全技术 2015年9期

关键词：华中换流站合闸

姜海波，罗朝华，刘天祥，薛飞，张伟

（国网河南省电力公司检修公司, 河南郑州 450000)

交流滤波器开关三相不一致保护动作分析及改进

姜海波，罗朝华，刘天祥，薛飞，张伟

（国网河南省电力公司检修公司, 河南郑州 450000)

针对某直流换流站升降无功功率过程中出现的500 kV交流滤波器开关本体三相不一致保护动作情况，分析了其动作原因，指出了开关合闸回路存在重大设计缺陷，并提供了改进措施。改进结果表明：该方案简单易行，消除了因设计缺陷而产生的开关拒动隐患，提高了开关运行的可靠性。

交流滤波器；开关；三相不一致保护；设计缺陷

0 引言

某直流换流站连接西北与华中电网，额定功率为750 MW，传输方向为西北送华中。换流站在运行过程中，换流阀需要消耗大量无功，因此需要在换流站交流场设置多组交流滤波器以提供无功(交流滤波器也可以滤除和减少换流过程中产生的谐波)。交流滤波器通常采用无源器件组成，即电阻、电感、电容串并联设计结构。交流滤波器保护采用北京四方继电自动化股份有限公司CSC-330F系列保护装置，保护功能涵盖差动保护、过流保护、零序电流保护、高压电容器不平衡保护、电阻/电感谐波过负荷保护、开关失灵保护等。为了保持系统无功平衡或者电压在一定范围，换流站无功控制采用2种方式：定电压控制和定无功控制。定电压方式为设置电压控制范围，当实时电压值大于控制电压范围上限值时，切除交流滤波器直至满足要求；当实时电压值小于控制电压范围下限值时，投入交流滤波器直至满足要求。定无功控制采用就地无功平衡方式，即换流阀消耗的无功等于交流滤波器提供的无功，同时系统设置无功死区以防交流滤波器频繁投切，提升交流滤波器的可靠性。通常情况下，上级调度下令执行换流站定无功控制方式。

本文针对某换流站升降无功功率过程中出现500 kV开关(型号为LW10B-550/CYT、氮气稳压、液压操作机构)本体三相不一致保护动作的情况，分析动作原因，发现其开关合闸回路存在重大设计缺陷，造成“控制回路断线”未及时报出，进而引起开关一相拒合故障。结合现场实际情况，改进开关合闸监视回路，消除因设计缺陷而产生的开关拒合隐患，提高了开关运行的可靠性。

1 故障情况

1.1 故障前的运行工况

(1) 直流控制系统：极控PCP B系统处于“ACTIVE”(值班)状态，极控PCP A系统处于“STANDBY”(备用)状态；站控AFC11 A处于“ACTIVE”(值班)状态，站控AFC11 B处于“STANDBY”(备用)状态。

(2) 直流功率方向：西北送华中。

(3) 传输功率：580 MW。

(4) 控制模式：极功率控制。

(5) 无功控制方式：自动定无功控制。

1.2 主要报警事件

2014-11-09T22：38：47：375，无功功率控制；PCP B；西北侧U或Q控制拉开滤波器；正常。

2014-11-09T22：38：47：375，无功功率控制；PCP B；西北侧切除滤波器指令收到；正常。

2014-11-09T22：38：47：496，交流滤波器开关3621；AFC22 B；断开；正常。

2014-11-09T22：40：51：725，交流滤波器开关5654；AFC11 A；电动机打压运行；正常。

2014-11-09T22：40：51：877，交流滤波器开关5654；AFC11 A；故障；严重。

2014-11-09T22：40：52：247，无功功率控制；PCP B；华中侧U或Q控制拉开滤波器；正常。

2014-11-09T22：40：52：247，无功功率控制；PCP B；华中侧切除滤波器指令收到；正常。

2014-11-09T22：40：52：317，交流滤波器开关5652；AFC11 A；断开；正常。

2014-11-09T22：40：54：174，交流滤波器开关5654；AFC11 A；三相不一致动作；紧急。

2014-11-09T22：40：54：207，交流滤波器开关5654；AFC11 A；断开；正常。

2014-11-09T22：41：16：246，交流滤波器开关5654；AFC11 A；电动机打压停止；正常。

1.3 故障录波

根据故障录波图，在换流站升降功率期间，无功控制实际发出投入“5654交流滤波器”命令，开关5654只有A，B相正常投入，而C相未投入。

1.4 故障检查

监控后台仅报“5654开关三相不一致动作”“5654开关故障”“5654开关断开”等信号，未报“5654开关合闸”信号。运维人员立即去现场，检查开关本体、汇控柜、操作箱无异常，5654DK电抗器保护启动，但未出口。

向调度人员申请5654开关由热备用转冷备用后，运维人员发现5654开关C相防跳继电器KF3常闭接点21，23接触不良，造成合闸失败；更换继电器后，现场及远方分别分、合闸3次，均正常。

2 故障分析

2.1 无功投切情况分析

2014-11-09T22：30，换流站按计划降功率前，华中侧无功投入组数分别有：5641ACF交流滤波器、5652ACF交流滤波器及5653ACF交流滤波器。

此后，换流站开始降功率。当功率降到约270 MW时，应投入5654交流滤波器(根据华中侧无功软件的投切顺序)，由于5654开关三相不一致保护动作，交流场提供较多无功，所以PCP B发出切除无功指令，切除5641ACF交流滤波器、5652ACF交流滤波器，只剩下5653ACF交流滤波器运行。当功率降到约160 MW时，在正常情况下应投入2组交流滤波器和1组电抗器，但其提供的无功功率仅为90 Mvar，仅相当于1组交流滤波器提供的功率。出现“5654开关三相不一致动作”情况时，华中侧仅投1组交流滤波器，同时500 kV系统电压、021B换流变档位及华中侧关断角γ均未出现异常。

2.2 5654开关非全相回路分析

500 kV交流滤波器开关本体三相位置不一致保护回路如图1所示，由开关常闭接点、常开接点及非全相保护延时继电器KT4、中间继电器K5组成。当开关本体三相不一致时，KT4励磁，2.5 s后KT4接点67，68闭合，K5励磁，开关跳闸。

图1 5654开关非全相保护回路

无功控制下令投入5654开关时，仅A，B两相合闸，C相未合闸，开关本体三相不一致保护正确动作，动作时间约为2.484 s，与非全相保护延时继电器KT4定值2.5 s相吻合。

2.3 交流滤波器保护情况分析

根据5654交流滤波器保护定值单及其说明书，零序电流保护电流定值为0.315 A，保护延时1.5 s，零序电流引自5654交流滤波器首端CT0自产零序值。当5654开关三相不一致时，5654交流滤波器保护正常启动，但由于3I0仅为0.16 A，小于交流滤波器零序电流保护电流定值0.315 A，因此5654交流滤波器保护未动作跳闸。

3 改进措施

3.1 合闸回路存在的问题

5654开关合闸回路如图2所示。105C(端子417)接入操作箱的跳位监视回路，107C(端子107)接入操作箱合闸回路。该跳位监视回路只能监视合闸线圈K3及以下回路，若防跳常闭接点KF3(端子21/22)接触不良或Q1的9/11接点与13/15接点同时接触不良，合闸回路将不通，也不能报“控制回路断线”，存在监视“死区”。因此，当5654开关处于分闸状态而C相合闸回路发生断线时，未报出“控制回路断线”信号。这一重大安全隐患，导致开关C相发生拒合故障。

3.2 合闸回路改进

为了完整地监视操作箱至开关的合闸回路，现对5654开关合闸回路进行改进，如图3所示。在图2的基础上，增加1个二极管，在二极管下面引入105C(端子416)，再接入操作箱跳位监视回路，这样就可完整地监视合闸回路，而不用改变其他合闸回路(原105C接线保留不用)。此改进具有简单、有效的优点。

3.3 监控后台事件优化

换流站升降功率时，无功自动控制投切5654交流滤波器，监控后台未报“华中侧U或Q控制拉开/合上5654开关”，建议增加相关后台事件，便于运行人员及时发现异常问题。