±800kV特高压换流站换流阀BOD动作导致阀组闭锁故障分析处理及优化

2016-10-13周继红王同云

船电技术 2016年9期

周继红，王同云，刘文，张勇

周继红，王同云，刘文，张勇

（国家电网公司运行分公司哈密管理处，新疆哈密839122）

2014年4月8日，西北某特高压换流站极Ⅱ高端换流阀阀控主机CCPB切至主用状态时，由于极Ⅱ高端阀组换流阀控制单元VBE的B系统满足单晶闸管冗余跳闸条件（保护性触发大于3个跳闸），造成极Ⅱ高端阀组闭锁及功率转带成功，但未造成功率损失。本文首先介绍了换流阀阀控及流阀保护性触发（BOD）动作原理。其次详细说明该换流站发生换流阀BOD动作事件以及通过现场检查及试验排查的方法对故障进行分析处理方法，发现换流阀BOD动作逻辑和控保软件切换逻辑不合理。最后针对这两种不合理问题，提出相应的优化建议，避免后续工程出现类似问题。

BOD 阀组闭锁故障分析处理及优化

0引言

特高压直流输电（HVDC）作为一种大容量远距离输电技术，在我国省间、区域间联网工程中的应用日益广泛。目前，我国已有数10项正式投入运行或在建的±800kV 直流输电工程和数项±1100 kV特高压直流输电的开工建设。特高压直流输电可能成为我国未来实现全球能源互联网的手段之一。在HVDC中，换流阀承担着交、直流转换功能，是换流站的核心设备，由数量众多的多种元器件组成，结构复杂，因此必须具有完备、可靠的阀控保护系统。鉴此，本文介绍了换流阀阀控系统的保护方式，并针对换流站发生换流阀正常运行时阀控设备单元（VBE）满足晶闸管冗余跳闸条件而使换流阀保护性触发（BOD）动作事件展开分析。通过现场检查及试验排查的方式，找出事件发生的原因，并就这些原因给出解决办法，最后根据这一重大隐患提出相应的优化建议。本文目的是对后续工程换流阀稳定运行起到预防作用。

1 换流阀阀控系统

1.1 换流阀控保系统

CCP（阀组控制保护主机）发出的触发控制信号送到VBE柜通过CLC接口板送至主控板，主控板将这些信号转换成触发晶闸管的控制脉冲送至光发射板，光发射板将其转换为光脉冲送至多模接口柜（MMV），再经MMV的MSC（光分配器）送至阀组件的MSC，阀组件的MSC将激光分配到各个晶闸管级的TFM板（晶闸管触发与监测板），TFM将接收到的光信号转换为电信号触发与之对应的晶闸管，同时接收晶闸管触发之后的回报信号，经回报光纤送回光接收板，供VBE判断晶闸管触发情况。

换流阀控制框如图1所示，VBE保护配置如表1所示。

1.2 换流阀BOD检测原理

1.2.1 阀触发信号

1)深蓝线代表FCS触发信号，高电平为6.67ms（120°，1/3周期，=20 ms）

2)红线代表光发射板下发的触发脉冲（下行信号）

a）第一个脉冲为FCS上升沿双脉冲（唯一的双脉冲），此图中显示只有一个，由于以5ms为间距，放的太大无法完全显示。FCS下升沿单脉冲（EOC），EOC主要用于发给阀控保护（CCP）系统，CCP用于投旁通对（BPS）。b）第一个脉冲为FCS截止时下发的脉冲。c）反向恢复期保护开始单脉冲：检测反向电压，当反向电压上升太快du/dt>100 v/us时，若一个阀段动作数大于等于3个，整个单阀导通。d）反向恢复期保护结束单脉冲，表示反向恢复期保护结束，从开始到结束大概920ms，超过这个时间段，反向恢复期保护不起作用。e）自检信号单脉冲：由于单阀的光发射板触发通道有四个，自检时设计逻辑是轮流下发自检单脉冲，不同于触发脉冲，他是四个通道一起下发的。

3)绿线代表光VBE回报脉冲

a）第一个脉冲为VBE在FCS上升沿双窄脉冲下发后回报的单脉冲。b）第二个脉冲为FCS截止回报单脉冲。c）第三个脉冲为电压上升率du/dt回报检测脉冲。d）第四个脉冲为反向恢复期保护结束单脉冲。e）第五个脉冲为自检回报脉冲。

4)浅蓝线代表FCS下降沿电流过零回报脉冲（EOC）。

1.2.2 BOD动作逻辑

CCP的控制脉冲（FCS）上升沿有效时，值班VBE系统下发触发双窄脉冲信号，自值班VBE系统下发触发双脉冲后5.3 µs内收到回报单脉冲信号，则认为该可控硅正常触发；若值班VBE系统下发触发双窄脉冲信号10 µs后收到回报单脉冲信号，则认为该可控硅BOD动作。VBE对晶闸管BOD检测为60周波检测3次。在第20个周期、40个周期、60个周期检测，一共连续采3个点都检测到单脉冲就认为BOD动作，BOD定值7.7 kV。BOD动作逻辑示意图如图2所示。

2 BOD动作故障原因分析与处理

2014年4月8日01:11:45.129,后台OWS报P1PCP1B装置异常，主机严重故障退出备用，02:46:12现场人员发现P2CCP1B报极2高端阀组大量BOD动作，阀组闭锁。事件列表如下。

2.1 现场检查分析

2.1.1 事件列表排查分析

VBE对晶闸管BOD检测60周波抽检3次，完成BOD检测至少需要1.2 s，而事件列表显示从P2CCP1B切换至值班到检测到单阀晶闸管 01-49 BOD动作只有0.997 s，说明备用系统在切换到值班前就已经进行的BOD自检，与阀控公司相关文件规定的备用系统不自检相悖。

2.1.2现场设备检查

现场人员在阀组转检修后，对报出BOD动作的D2、D5、Y5共计14个单阀进行触发性试验，同时对阀塔外观进行检查，未发现异常；然后对极II高端VBE二次接线进行检查，重点检查CCP至VBE的37芯线，未发现存在松动。

2.1.3 极II高端阀组故障排查试验

1)FCS回报信号排查试验;

2)CCP切换期间VBE双系统Active同为有效的时间排查试验;

3）VBE双系统FCS信号一致性排查试验。

2.2事件原因分析

通过现场检查和试验分析认为南瑞控制保护系统监视与切换逻辑不合理；主备系统触发脉冲FCS不同步以及阀控系统BOD机理存在缺陷，备用系统自检。当VBE主备系统触发脉冲存在10ms以上差异时，备用系统对晶闸管自检出现错误产生大量BOD误报警，当系统切换时跳闸直接出口导致阀组误闭锁。从上面的分析中可以看出，系统切换时VBE双系统的FCS信号不一致导致备用系统误判BOD动作。VBE值班系统在接收到CCP下发的FCS信号上升沿时立即下发触发双窄脉冲信号，如果在触发双脉冲之间收到回报单脉冲信号（距双脉冲的第一个脉冲上升沿约为5.3ms），则VBE系统判断可控硅正常触发；VBE值班系统在接收到CCP下发的FCS信号上升沿10ms后收到回报单脉冲信号，则VBE系统判断晶闸管BOD动作。

现场录波显示：CCP备用系统下发FCS信号超前值班系统，VBE备用系统和值班系统接收CCP下发的FCS相位偏差不稳定，最小为15ms，最大为72ms甚至以上。由于备用系统一直自检，和值班系统同时接收回报单脉冲信号，但备用系统BOD判据是以自身接收到的CCP下发的FCS上升沿为基准，当VBE备用系统接收到的FCS信号超前值班系统50ms以上时，容易误判BOD动作，在单阀内检测到的BOD动作数目达4个时，满足跳闸条件。由于备用系统跳闸不出口，当系统切换时跳闸出口，阀组闭锁。BOD机理如图7所示。

4 优化建议

目前VBE软件已经进行升级，解决了备用系统自检问题，但控保系统监视与切换逻辑和主备系统下发的FCS信号不一致，需要进一步优化。软件升级过程中提出以下几点优化建议：

1)加强软件管理，每次试验时都必须统计所有软件版本，确保软件版本不合适对系统造成损失。

2)软件升级必须将VBE备用系统从“standby”状态退至“test”状态，备用系统软件升级完成后进行检测，确保备用系统无误后将其从从“test”状态打至“standby”状态，此时再将值班系统退至“test”状态进行软件升级，备用系统值班。待值班系统软件升级完成并检测无误后投入运行。此举主要是防止VBE双系统同时进行软件升级时导致切换混乱，避免出现BOD误动作。