鲁西换流站涌流抑制装置的问题分析及改进措施

葛菁 关宇洋 包也

摘要：介绍了鲁西换流站涌流抑制装置的工作原理和控制策略，结合实际应用中发现的多种问题，分析了涌流抑制装置出现问题的原因，并对涌流抑制装置的改进提出了建议。

关键词：涌流抑制;断路器;问题;改进措施

0    引言

断路器的不同期分合闸是造成操作过电压的主要原因之一，而操作过电压则是造成电网内高电压设备损坏的重要原因[1]。特别是鲁西换流站这样的厂站，全站主要为500 kV电压等级的高压设备，其对地电容电流较大，过电压水平更高。在断路器的分合瞬间，极有可能造成设备损坏，带来极大的经济损失。因此，必须对断路器的分合瞬间进行控制，设法缩短投切暂态过程，减少对设备和电网的危害。鲁西换流站的涌流抑制装置采用的是深圳国立智能公司的SID-3YL，用于变压器和交流滤波器的投切。

1    涌流抑制装置原理

对于不同性质的负载，过电压或涌流的产生机理各不相同，必须采用不同的控制策略[2]。对于容性负载，断路器分合操作产生的过电压及涌流主要是因操作瞬间电容器两端电压不能突变所致，因此有效防止过电压及涌流的策略是在电压过零点处对电容器进行投切控制[3]。对感性负载，因磁链守恒定律，在分合闸操作时，电感电流瞬间不能突变。在分闸控制时，可在电流过零点时控制分闸，以防止断路器因电流过大，拉弧重燃;在合闸控制时，在电压峰值合断路器涌流最小，暂态电压最大，在电压过零点时合断路器暂态电压最小，涌流最大[4]。因此，在具体应用中应做合适取舍。

1.1    交流滤波器投切

对交流滤波器投切控制的基本目的在于控制合闸时间使暂态过电压和励磁涌流最小化。因为在交流滤波器合闸投运瞬间，交流滤波器中的电容器处于未充电状态，其流入的电流只受其回路阻抗的限制。由于这时回路状态接近于短路，回路的阻抗很小，因此将产生很大的冲击合闸涌流流入交流滤波器，涌流最大值发生在合闸瞬间。对于分相操作，在交流滤波器完全放电的情况下，可只进行合闸同步控制。选择对分闸的同步操作，则可改善控制效果。

本站控制方案：分合闸均进行控制，以电源侧A相电压作为参考，相序为C-B-A，控制角度为C相60°、B相120°、A相180°，在时序上间隔3.3 ms。

1.2    变压器投切

变压器励磁涌流的产生机理是与电感线圈交链的磁通不能突变，磁通在相位上滞后电压90°，因此在变压器内部无剩余磁通时，选择在电压峰值、磁通为0时合闸将有效避免涌流的产生。而变压器实际运行中内部通常都会有剩余磁通，抑制涌流的最佳策略为无论是分相操作还是联动操作，同时对分、合闸进行同步控制。

本站控制方案：分合闸均进行控制，以电源侧A相电压作为参考，相序为B-A-C，控制角度为B相30°、A相90°、C相150°，在时序上间隔3.3 ms。

2    涌流抑制装置实际运行中的问题

鲁西换流站涌流抑制装置在实际应用中主要存在以下问题：

2.1    涌流抑制装置的分闸控制通过操作箱的跳闸回路出口

鲁西换流站断路器均由断路器操作继电箱控制分闸。具体流程如图1所示，首先，控制系统开出一个分闸信号到涌流抑制装置;然后，涌流抑制装置开出一个分闸信号经断路器操作箱发至断路器就地汇控箱;最后，断路器第一组分闸线圈励磁分闸。

涌流抑制装置和断路器保护共用一套跳闸回路，导致正常的分闸控制后运行人员监视系统会错报“第一组跳闸出口”信号，影响运行人员监盘，如图2所示。

2.2    切换至“非选相”时涌流抑制装置将失电

涌流抑制装置的电源回路上串接了“选相/非选相”切换开关10KK的触点，如图3所示。当10KK开关切至“选相”时，9-10、11-12触点导通，装置上电;当10KK切换至“非选相”时，9-10、11-12触点不导通，装置失电，如表1所示。这样会导致一个问题：在运行过程中因特殊情况一旦将切换开关10KK切换至“非选相”位置后，涌流抑制装置将失电。如果此时恰好又需要切换至“选相”位置，由于无法判断涌流抑制装置是否正常，直接切至“选相”位置对装置上电，可能产生不可预料的后果。

2.3    涌流抑制装置切换至“选相”时3/2接线的中开关无法进行同期合环

鲁西换流站涌流抑制装置在使用中发现，3/2接线同一串的两个边开关已经合上带电时，中开关切换至“选相”时无法同期合环。经过和涌流抑制装置厂家一起进行分析发现，涌流抑制装置的合闸逻辑存在问题：涌流抑制装置正常运行时，当电源侧电压正常时，受控侧电源电压二次值若超过20 V，涌流抑制装置将闭锁合闸信号的出口。鲁西换流站是500 kV厂站，中开关同期合环时，涌流抑制装置二次测量值将超过20 V，导致其无法同期合环。

3    改进措施及建议

3.1    涌流抑制装置的分闸控制通过操作箱的跳闸回路出口

将涌流抑制装置分闸回路接入手跳保持继电器1STBJ回路，使涌流抑制装置分闸回路避开信号继电器1TXJ，实现控制系统自动分闸时不会出现“第一组跳闸出口”信号，如图4所示。

3.2    短接9-10、11-12触点，切换至“非选相”时也不断电

当“选相/非选相”切换开关10KK切至“选相”时，1-2、5-6触点导通，15-16、17-18触点不导通，来自测控装置的分/合闸信号经涌流抑制装置进行选相操作;当“选相/非选相”切换开关10KK切至“非选相”时，1-2、5-6触点不导通，15-16、17-18触点导通，来自测控装置的分/合闸信号直接去断路器的操作箱，此时直接短接9-10、11-12触点，不会影响涌流抑制装置“选相/非选相”功能的正常切换，如图5所示。

3.3    修改涌流抑制装置合闸逻辑

此种方法只需要重新烧录涌流抑制装置的板卡，修改其合闸逻辑即可，去除受控侧有压时无法同期合环的判据，不需要改变其他部分，改动小，风险低。

4    结语

本文介绍了涌流抑制装置的原理，并以鲁西换流站为例，介绍了对于变压器和滤波器采用不同的控制策略以达到更好的控制效果;分析了鲁西换流站涌流抑制装置实际使用中所存在的问题，对涌流抑制装置的改进提出了建议。

[参考文献]

[1] 赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2] 冯鸫，杨洁民，罗海志.高压直流换流站分合闸控制装置故障分析[J].高电压技术，2008，34（8）：175l-1754.

[3] 王榮富，杨洋.二分之三接线方式下选相合闸装置回路优化[J].云南电力技术，2016，44（S1）：105-107.

[4] 卢雯兴，黄聪，陈明佳.一起换流站直流电压跌落异常分析[J].宁夏电力，2019（4）：53-56.

收稿日期：2020-01-03

作者简介：葛菁（1992—），男，湖北武汉人，助理工程师，主要从事高压直流运行维护工作。