换流站交流滤波器的控制逻辑优化分析

周晓宇

摘要：直流输电系统中，为了消除直流控制系统产生的谐波对交流输电系统带来的不良影响，并补偿直流系统消耗的无功功率，在直流输电系统的运行过程中必须投入一定数量的交流滤波器。投切交流滤波器一般是由直流站控系统根据直流系统当前输送的功率大小来自动完成的。交流滤波器测控装置内部程序对各个交流滤波器小组的设计有“选择”与“非选择”状态。本文就换流站内交流滤波器的控制逻辑存在的安全隐患进行了分析，并提出可改进的措施。

1、前言

高压直流输电系统换流器在电能的交流/直流转换的过程中会吸收大量的无功功率，因此需要投切交流滤波器来补偿交流系统的无功功率。交流滤波器的作用为：滤除由换流器产生的交流侧谐波、提供换流器所需的无功功率、维持交流母线电压在设定范围内。而投切交流滤波器一般是由直流站控系统根据直流系统当前输送的功率大小来自动完成的。交流滤波器测控装置AFC内部程序对各个交流滤波器小组的设计有“选择”与“非选择”状态，当某交流滤波器小组为“选择”状态时，交流滤波器测控装置AFC会给直流站控DCC一个该交流滤波器小组“可用”的信号，直流站控DCC根据当前的直流输送功率水平对当前全站处于“可用”状态的交流滤波器小组按照无功自动控制原则进行自动投切操作。相反，当某交流滤波器小组处于“非选择”状态时，直流站控DCC不会对该交流滤波器小组进行自动投切操作，只能由运行人员进行手动投切操作。交流滤波器小组自动投切遵循以下原则：

（1）解锁时按照最小滤波器配置，投A+B型交流滤波器各一组;

（2）接下来根据系统需要再投入第二个A+B组交流滤波器;

（3）所有A型的交流滤波器投入后，C型交流滤波器才根据系统需要投入;

（4）如果某一型号的交流滤波器不可用，则取代的交流滤波器按照A→B→C36→C48的顺序代替;

（5）同种型号的交流滤波器按“先投先退”的原则进行自动投切。

2、交流滤波器控制逻辑分析

交流滤波器保护动作后，一般会发命令直接跳开相关滤波器的开关从而使相应交流滤波器退出运行，并通过硬接线方式发保护动作信号至监控系统。为了避免由于故障跳闸退出的交流滤波器小组重新被直流站控DCC自动投入运行，扩大事故后果，交流滤波器测控装置AFC需要将跳闸退出的交流滤波器小组置为“非选择”状态。

从上图可以看出，交流濾波器的测控装置AFC内交流滤波器小组“非选择”的程序判据为：只要有交流滤波器保护动作或小组开关操作出口跳闸（小组开关操作箱手跳出口除外），就会把相应小组交流滤波器转为“非选择”状态。即：

（1）某小组交流滤波器保护1或2动作跳闸，或小组开关保护动作跳闸，或小组开关操作箱保护跳闸出口，均会将该小组交流滤波器转换为“非选择”状态;

（2）某小组交流滤波器大组保护1或2动作跳闸，将会使该大组交流滤波器的所有小组交流滤波器转为“非选择”状态。

3、交流滤波器控制逻辑设计安全隐患分析

综上所述，测控系统在控制逻辑的设计上存在不合理的地方，即使交流滤波器各小组处于“选择”状态时，不管交流滤保护装置是否退出，只要交流滤波器小组保护或大组保护装置动作，相应的交流滤波器小组或相应的交流滤波器大组下的各小组都会转到“非选择”状态而退出系统无功自动控制的选择范围。这对直流系统的正常稳定运行及交流滤波器保护装置的检修维护工作存在重大安全隐患。表现在：

（1）检修过程误改变运行设备的状态。按照220kV及以上电压等级继电保护装置配置的要求，必须配置两套以上相互独立的保护装置，当其中一套保护因故退出运行时，另一套保护能正常为系统工作。也就是说，退出状态的保护装置，其检修维护的过程中的任何动作行为应该不能影响到一次设备的工作状态。按照目前交流滤波器测控系统的控制逻辑的设计，尽管保护已经完全退出，但还能使交流滤波器退出到“非选择”状态。在检修人员不熟悉交流滤波器测控装置的控制逻辑时，按照正常的保护试验办法对保护装置进行检验时，容易使正常运行的交流滤波器退出到“非选择”状态。

（2）使直流系统限功率。当直流系统输送的功率上升到一定水平时，系统无功自动控制便要求投入相应数量及型号的交流滤波器小组。倘若在功率提升过程中，正在检修的交流滤波器保护装置动作而使相应的交流滤波器退出选择状态，出现可用交流滤波器小组数量不足，导致直流功率限制而不能继续提升直流功率。

4、交流滤波器控制逻辑优化建议

上面提到，现有的交流滤波器控制逻辑设计存在安全隐患，为了消除上述安全隐患，提出以下三种方法进行优化改进：

（1）修改升级交流滤波器测控装置AFC程序。AFC程序的修改有下面两种方法：

1）保留操作箱出口跳闸的判据，把保护1和保护2动作信号由“相或”改为“相与”，并取消小组开关保护动作的条件。一般情况下，交流滤波器在投入运行时至少有一套保护为正常运行状态，通过保护1与保护2“相与”后作为是否为交流滤波器发生了故障的判据较为妥当;由于小组开关保护只有一套，只能取消该条件，因为还有一个操作箱保护出口跳闸的判据可确保护小组开关保护出口也能判别。

2）直接取消保护1、保护2、小组开关保护动作信号的判据，仅保留操作箱出口跳闸的判据。该方法简单可靠，因为任何保护动作跳闸都必须经过操作箱出口，而当交流滤波器正常投运时，检修保护装置也不可能对小组开关操作箱进行传动试验。

（2）增加保护装置至交流滤波器测控装置AFC保护动作信号回路的出口压板。该方法可在保护退出时将该信号回路切断，保护退出的保护装置不向测控装置发送保护动作信号。但在保护检修时不方便进行信号核对;另外，测控装置也是双套配置的，在退出测控装置上进行信号检查工作时同样会导致交流滤波器小组退出。

（3）在保护装置和交流滤波器测控装置AFC之间增加一个保护动作信号回路专门作为该保护动作的判据，并在保护屏内设置该回路的出口压板。

参考文献：

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