普侨直流阀组旁路开关位置异常对控制系统的影响

沈龙　杨学广　余海翔

摘要：文章针对普侨特高压直流运行期间一起直流功率异常波动事件，通过分析特高压直流输电系统控制系统基本策略及阀组旁路开关状态采集回路，找出功率波动的原因，并对特高压直流输电系统的低电压限流（VDCL）控制策略进行了研究，结合极控组控控制程序，给出了出现异常情况时的现场处理措施建议以及长期的改进措施。

关键词：普侨特高压直流输电；阀组旁路开关；功率波动；低电压限流策略；直流功率异常波动 文献标识码：A

中图分类号：TM721 文章编号：1009-2374（2015）35-0123-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.061

普侨直流输电工程是世界上±800kV特高压直流输电系统之一，该系统西起云南省普洱市、东至广东省江门市，额定功率5000MW，是南方电网西电东送主动脉之一。相比常规的直流输电系统，其一次主回路采用双十二脉动阀组串联结构，为了增加系统运行的灵活性和可靠性，每个阀组均配置有一个阀组旁路开关、一个阴极刀闸、一个阳极刀闸和一个旁路刀闸。通过对上述一次设备的顺序操作，实现解锁和闭锁同极任何一个阀组时，不影响本极串联的另一个阀组的安全稳定运行。本文针对普侨特高压直流运行期间一起直流功率异常波动事件，通过分析特高压直流输电系统控制系统基本策略及阀组旁路开关状态采集回路，找出功率波动的原因。对特高压直流输电系统的低电压限流（VDCL）控制策略进行了研究，结合普侨直流实际运行参数，计算出了不同工况下出现相同异常情况时的功率波动幅度。这些分析和结论不仅有助于提高特高压直流输电系统的运行维护水平，而且还对后续工程设计有一定的参考价值。

1 特高压直流输电系统阀组旁路开关位置采集回路

特高压直流工程存在两种阀组旁路开关位置状态采集方式。不同方式下采集的阀组旁路开关位置状态参与直流控制系统不同的控制功能。

如图1所示，方式一通过阀组旁路开关本体装设的位置检测单元实现对开关位置状态的采集，随着开关实际位置的变化，该检测单元能够输出4～20mA的电流模拟量，再经过电流电压转换模块，最终变成电压信号传递给阀组控制系统，根据电压信号的大小来表征开关的位置状态。该位置状态将与触发脉冲相互配合，参与阀组解闭锁功能。

如图2所示，方式二通过安装在阀组旁路开关本体的合闸行程开关与分闸行程开关实现。当开关合闸（分闸）到位后，将触发（释放）其合闸行程开关，释放（触发）分闸行程开关，并分别转换为正负电位信号量输入到6MD66间隔就地控制装置。6MD66间隔就地控制装置将电位信号量解析为二进制信号量后，再通过现场总线通信将开关位置状态信号量传递给阀组控制系统，阀组控制系统再将其通过现场总线传递给极控系统。该位置状态在极控系统中将参与阀组状态的判别逻辑。

2 普侨直流功率波动情况

异常发生前，普侨直流极2全压金属回线方式运行，负荷1250MW，极2高端组控系统2为主用系统。随后极2高端组控系统2发生现场总线故障告警，因故障等级较轻，组控系统未进行切换，汇报调度后手动对极2高端阀组进行闭锁。闭锁过程中出现系统顺控操作失败，极2高端阀组点火脉冲未闭锁，普侨直流出现功率波动。

特高压输电系统阀组控制阀组控制程序中，阀组闭锁时，必须收到BPS合位信号，才能闭锁阀组点火脉冲。故障发生时，极2高端阀组控制系统2（主系统）现场总线通讯故障，6MD66间隔就地控制装置采集到的阀组旁路开关状态变位信息无法通过现场总线上送组控系统2，一直保持分位，导致阀组点火脉冲一直保持，极2极控系统启动VDCL（低电压电流限制功能），导致功率降低至408MW。

3 低电压限流（VDCL）控制策略

为了避免电压降低时运行特性的恶化，特高压直流输电系统在极控系统中设计了低电压限流VDCL控制功能，当电压降低到设定值后，系统将按一定斜率降低直流电流，减少发生连续换相失败的几率，避免由于换流器长时间换相失败造成直流场设备谐振过电压。

以普侨特高压工程为例，其低电压限流（VDCL）控制策略实现方法如下：

将极电压实际值Uact除以极电压参考值Uref，其值作为横坐标，再根据如图4所示的曲线得出对应的低电压限流（VDCL）功能模块的输出参考电流IdrefVDCL，然后和正常运行情况下极控系统计算出的直流电流参考值以及其他一次设备运行情况所允许的最大直流电流进行比较，通过最小选择器MIN选择其中的最小电流值作为最终的极电流参考值Idref来进行电流控制。同时，为了保证系统控制策略正常，两侧的低电压限流（VDCL）功能曲线不同，整流侧和逆变侧之间留有一定的电流裕度。

图4中极电压参考值Uref是根据不同的阀组运行工况来取值的，正常全压运行下，若单阀组解锁则该值为400kV，若双阀组解锁则该值为800kV。

普侨直流本次功率波动事件中，由于极控收到高、低端阀组的点火脉冲使能信号，极控判断极二双阀组均在解锁运行，错误地将电压参数1.0（对应800kV）送到VDCL功能模块，用于VDCL实际直流电压的计算。

而故障时刻实际运行状态下的直流电压为400kV，通过VDCL功能模块计算输出极直流电流参考值为0.325pu，而正常单阀组运行时该输出应该为2.0pu，可见故障时VDCL功能模块输出的IdrefVDCL（低电压电流限制功能参考电流）大幅减小。IdrefVDCL与实际运行电流参考值进行比较，经过逻辑判断，极2极控系统启动VDCL功能，将实际运行电流限制到0.325pu，实际功率从参考值1250WM下降到408WM。

4 现场处理措施建议及改进措施

普侨直流本次功率波动事件暴露出单一控制系统的单一故障将导致系统控制功能异常的缺陷和不足，可采取以下两种措施对其进行改进：

第一，阀组控制系统采集阀组旁路开关位置状态的方式有两种：（1）通过位置检测单元上送的模拟量信号；（2）通过6MD66间隔就地控制装置上送的现场总线数字量信号（见文中第一节）。实际参与极控系统阀组解闭锁状态判断逻辑的只是第二种。可对组控程序逻辑进行修改，将两种信号在程序里取或逻辑，其输出作为阀组旁路开关位置状态，避免现场总线单一故障引起直流控制系统异常。

第二，目前组控系统冗余切换逻辑不完善，当单套组控系统发生现场总线故障时，组控系统只认定为轻度故障，只有告警逻辑，未设计切换逻辑，不能及时有效地切换至无故障系统，避免故障范围扩大。因此，可以修改组控相关故障切换逻辑，将现场总线故障加入到切换条件里，当发生类似现场总线故障时，系统将自动切换到无故障系统，保证直流控制系统的正常运行。

5 结语

通过上述分析，可得出以下结论：

第一，普侨特高压直流输电系统设计了两种阀组旁路开关位置状态的采集方式，不同方式下采集的阀组旁路开关位置状态参与直流控制系统不同的控制功能。

第二，本次普侨直流功率波动原因为阀组旁路开关上送错误，阀组解闭锁状态判定错误，直流控制系统误启动低电压限流（VDCL）控制功能。

第三，通过按下阀组紧急停运按钮，启动强制ESOF流程可退出异常的VDCL控制模式；对阀组旁路开关状态判断逻辑及冗余控制系统自动切换逻辑进行优化改善，可避免类似故障的发生。

参考文献

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作者简介：沈龙（1988-），男，南方电网超高压输电公司广州局助理工程师，研究方向：高压直流输电及检修维护；杨学广（1989-），男，南方电网超高压输电公司广州局助理工程师，研究方向：高压直流输电及检修维护；余海翔（1986-），男，南方电网超高压输电公司广州局工程师，研究方向：高压直流输电及检修维护。

（责任编辑：黄银芳）