楊躍輝，呂亮，楊明權(quán)

（1.南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局，貴州興義562400；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司，浙江紹興312000）

高壓直流輸電CSD控制功能分析

楊躍輝1，呂亮2，楊明權(quán)1

（1.南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局，貴州興義562400；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司，浙江紹興312000）

直流站控是高壓直流換流站的控制系統(tǒng)之一，一般配置2套互為冗余的系統(tǒng)，CSD（控制關(guān)斷）功能是針對(duì)直流站控系統(tǒng)故障的一種控制策略。分析了CSD控制功能的動(dòng)作條件、過(guò)程、結(jié)果，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，總結(jié)導(dǎo)致CSD動(dòng)作的因素，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作提出防范措施，防止正常運(yùn)行過(guò)程中CSD的誤動(dòng)作。

高壓直流輸電；控制關(guān)斷；控制

高壓直流輸電具備輸送容量大、負(fù)荷調(diào)整快、輸送距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，±500 kV興安直流輸電是南方電網(wǎng)西電東送的主要通道之一，額定輸送容量為3 000 MW，國(guó)產(chǎn)化率高達(dá)70%，直流站控系統(tǒng)由西門(mén)子提供，于2008年1月份雙極投入運(yùn)行。在換流站配置有大量的交流濾波器，用以補(bǔ)償換流器運(yùn)行過(guò)程中消耗的無(wú)功和濾除換流器產(chǎn)生的諧波[1，2]。

直流輸電的控制系統(tǒng)比交流系統(tǒng)更為復(fù)雜，設(shè)備故障時(shí)，不僅僅依靠保護(hù)動(dòng)作切除故障，同時(shí)還需控制系統(tǒng)的調(diào)整，兩者相互配合保護(hù)直流系統(tǒng)的安全。CSD（控制關(guān)斷）功能是直流控制系統(tǒng)的多種控制策略之一，針對(duì)直流站控系統(tǒng)及交流濾波器的現(xiàn)場(chǎng)總線故障而設(shè)立。

1 CSD功能動(dòng)作分析

1.1 CSD的啟動(dòng)

在控制系統(tǒng)中無(wú)功控制由直流站控通過(guò)FieldBus來(lái)實(shí)現(xiàn)[3]，當(dāng)2套直流站控同時(shí)故障或者直流站控與交流濾波器之間的2套現(xiàn)場(chǎng)總線同時(shí)故障時(shí)，直流站控系統(tǒng)將失去對(duì)交流濾波器的控制，若投入的交流濾波器組數(shù)過(guò)少將無(wú)法滿足直流系統(tǒng)的運(yùn)行要求，投入組數(shù)過(guò)多將提升交流系統(tǒng)電壓，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，此時(shí)啟動(dòng)CSD控制功能。

1.2 故障判斷

圖1為直流站控系統(tǒng)1的故障邏輯判斷，其中：輸出Q1.5為直流站控系統(tǒng)運(yùn)行正常，F(xiàn)3.0為直流站控系統(tǒng)的控制器155H運(yùn)行正常，F(xiàn)3.1為系統(tǒng)備用，F(xiàn)3.5為系統(tǒng)主運(yùn)，F(xiàn)92.6為直流站控與交流濾波器的現(xiàn)場(chǎng)總線故障。結(jié)合邏輯圖可以看出，直流站控系統(tǒng)正常與否主要由直流站控與交流濾波器的現(xiàn)場(chǎng)總線和控制器的狀態(tài)決定。直流站控系統(tǒng)2與系統(tǒng)1判據(jù)相同，只是在軟件中系統(tǒng)2的輸出為Q1.6。

圖1 直流站控故障邏輯

直流站控將運(yùn)行正常的信號(hào)以常閉觸點(diǎn)分別接入交流站控、極控系統(tǒng)及就地控制單元，如圖2所示。一旦2套直流站控系統(tǒng)故障，串聯(lián)在一起的常閉觸點(diǎn)K6與K7斷開(kāi)，極控、交流站控等控制系統(tǒng)將接收不到直流站控運(yùn)行正常的信息，此時(shí)執(zhí)行降功率、切除交流濾波器，閉鎖直流系統(tǒng)等控制邏輯。

圖2 直流站控告警通過(guò)硬接線接入控制系統(tǒng)

1.3 降功率調(diào)整

在整流站將按照以下幾個(gè)步驟執(zhí)行降功率：

（1）以10 MW/s的速率降低直流功率；

（2）電流降低至最小電流（10%）后，進(jìn)行強(qiáng)制移相，將觸發(fā)角α移至120°，同時(shí)向逆變站發(fā)閉鎖請(qǐng)求；

（3）如果輸出直流接近于0時(shí)間達(dá)50 ms，則強(qiáng)制移相角到約160°；

（4）若輸出直流接近于0時(shí)間達(dá)100 ms，則閉鎖觸發(fā)脈沖，停止控制。在CSD動(dòng)作過(guò)程中，功率變化及交流濾波器切除對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示，具體切除順序見(jiàn)表1。

表1 交流濾波器切除順序

圖3 CSD動(dòng)作期間功率變化與交流濾波器切除波形

1.4 切除交流濾波器

CSD啟動(dòng)后，隨著極控降低直流輸送功率，換流器吸收的無(wú)功和產(chǎn)生的諧波會(huì)越來(lái)越少，而此時(shí)直流站控故障，已失去對(duì)交流濾波器的控制，無(wú)法切除交流濾波器。興仁站一組交流濾波器將提升交流母線電壓2～3 kV，若所有投入的交流濾波器不能及時(shí)切除，將抬高交流系統(tǒng)的電壓，對(duì)交流系統(tǒng)影響非常大。所以CSD啟動(dòng)后，在功率下降的同時(shí)就地控制裝置通過(guò)硬接線切除交流濾波器。

以切除573交流濾波器為例，如圖4所示，在整個(gè)切除的硬接線回路中，引入了K3（遠(yuǎn)方/就地切換）和斷路器合閘輔助觸點(diǎn)BG。如果交流濾波器在就地控制位置，將不切除該組交流濾波器，通過(guò)硬接線直接將站控故障信號(hào)傳遞至573交流濾波器控制回路中。另外，由于接入了合閘輔助觸點(diǎn)，如果切除序列中的交流濾波器未投入，合閘常閉輔助觸點(diǎn)閉合，同樣不考慮本組交流濾波器。一旦573交流濾波器在遠(yuǎn)方控制并在合閘位，將延時(shí)36 s切除573交流濾波器。

圖4 切除573交流濾波器

交流濾波器切除的延時(shí)選擇必須確保投入的交流濾波器個(gè)數(shù)大于當(dāng)前系統(tǒng)對(duì)諧波或者無(wú)功要求，防止投入的交流濾波器和發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷。最后，如果交流站控系統(tǒng)接收到極控系統(tǒng)送來(lái)的將極由解鎖狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉鎖狀態(tài)信號(hào)，交流站控將延時(shí)60 s跳開(kāi)所有交流濾波器的進(jìn)線開(kāi)關(guān)，防止存在由交流濾波器繼續(xù)運(yùn)行而造成交流母線過(guò)電壓和發(fā)電機(jī)自激磁振蕩的風(fēng)險(xiǎn)[4-6]。

1.5 案例分析

某日，工作人員在對(duì)直流站控進(jìn)行維護(hù)工作過(guò)程中，誤動(dòng)運(yùn)行的直流站控系統(tǒng)，造成2套直流站控同時(shí)故障，發(fā)CSD動(dòng)作信號(hào)，同時(shí)開(kāi)始降低直流功率。當(dāng)時(shí)興安直流為極2單極運(yùn)行方式，輸送功率1 500 MW，值班人員發(fā)現(xiàn)情況后立即恢復(fù)1套直流站控的運(yùn)行，CSD動(dòng)作信號(hào)解除，直流功率停止下調(diào)。整個(gè)事件持續(xù)55 s，功率由1 500 MW下降至965 MW，速率為9.73 MW/s，動(dòng)作結(jié)果與設(shè)計(jì)邏輯一致，調(diào)整過(guò)程見(jiàn)圖5。

圖5 CSD動(dòng)作時(shí)功率趨勢(shì)

2 CSD故障可能原因及對(duì)策

2.1 直接原因

（1）軟件故障：直流站控的控制器采用西門(mén)子SIMATIC S5-155H可編程控制器，其集成了多塊功能不同的板卡，運(yùn)行期間任一塊板卡軟件出現(xiàn)不同程度的問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致站控系統(tǒng)不可用。

（2）硬件故障：主要指站控系統(tǒng)的155H控制器及其現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備故障。現(xiàn)場(chǎng)總線故障體現(xiàn)在光電轉(zhuǎn)換模塊故障、中繼器與終端電阻故障、光纖中斷等相關(guān)板卡、模塊故障。

2.2 間接原因

（1）人為誤操作：SIMATIC S5-155H可編程控制器與國(guó)內(nèi)的控制器不同，未單獨(dú)設(shè)立故障復(fù)位按鈕，其故障復(fù)位通過(guò)多鍵組合操作實(shí)現(xiàn)復(fù)歸，操作復(fù)雜。發(fā)生異常情況時(shí)，如果人員技能水平不足或未按正常要求進(jìn)行操作，會(huì)導(dǎo)致站控系統(tǒng)退出運(yùn)行。另外，由于2套直流站控系統(tǒng)在同一屏柜中，在1套系統(tǒng)故障情況下，檢修時(shí)如誤斷設(shè)備電源，將導(dǎo)致另1套系統(tǒng)故障。

（2）外部電源故障：155H控制器、現(xiàn)場(chǎng)總線的光電轉(zhuǎn)換模塊及中繼器等采用外部的電源，電源系統(tǒng)失電、電源開(kāi)關(guān)故障及人為斷開(kāi)電源等原因都可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障而退出運(yùn)行。

2.3 控制措施

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的各種情況，提出以下幾點(diǎn)建議：

（1）結(jié)合設(shè)備情況，編制現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，規(guī)范操作行為，并定期進(jìn)行學(xué)習(xí)，讓所有人員掌握設(shè)備的各項(xiàng)操作；

（2）結(jié)合目視化管理手段，做好現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備特別是重要電源回路開(kāi)關(guān)及信號(hào)指示燈的標(biāo)識(shí)，繪制電源回路圖，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、提示；

（3）對(duì)重要板卡、電源定期進(jìn)行紅外測(cè)試，并對(duì)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的異常、缺陷；

（4）單套直流站控系統(tǒng)因故障退出運(yùn)行后，立即聯(lián)系維護(hù)人員進(jìn)行檢查處理，減少站控系統(tǒng)無(wú)冗余運(yùn)行時(shí)間，及時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)冗余運(yùn)行；

（5）編制事故CSD動(dòng)作的事故應(yīng)急預(yù)案，并定期進(jìn)行演習(xí)。

（6）運(yùn)行過(guò)程中如CSD動(dòng)作，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢查，盡量恢復(fù)1套系統(tǒng)的正常運(yùn)行，防止造成直流閉鎖。

（7）加強(qiáng)備品備件管理，確保直流站控系統(tǒng)相關(guān)板卡、模塊等有足夠備品，在發(fā)生硬件故障時(shí)能及時(shí)更換，恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行。

[1]趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[2]甘鵬，王林，楊健，等.興安直流興仁站交流濾波器運(yùn)行分析[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2011，32（3）:66-69.

[3]馮鶇.PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線在貴廣二回直流工程換流站中的應(yīng)用[J].電力信息化，2007，5（5）:40-42.

[4]XJ-SIEMENS.Guizhou-Guangdong II Line±500 kV DC Transmission Project，AC Filter Performance and ratingStudy Rport[R].2006.

[5]XJ-SIEMENS.Guizhou-Guangdong II Line±500 kV DC Transmission Project，Pole Control System Information Manual[R].2006.

[6]羅遠(yuǎn)峰，李標(biāo)俊.貴廣II回直流輸電系統(tǒng)無(wú)功控制功能優(yōu)化和改進(jìn)[J].電力建設(shè)，2008，29（8）:29-32.

（本文編輯：楊勇）

Analysis on Control Function of CSD for HVDC Transmission

YANG Yuehui1，LYU Liang2，YANG Mingquan1
（1.Tianshengqiao Power Supply Bureau of EHV Power Transmission Company，CSG，Xingyi Guizhou 562400，China；2.State Grid Shaoxing Power Supply Company，Shaoxing Zhejiang 312000，China）

DC station control system，one of the control systems of the converter station，is generally equipped with two sets of redundancy system.CSD（Control Shut Down）function is a control strategy for DC station control system faults.The paper analyzes operation conditions，process，results and so on；according to the actual situation on site，it summarizes factors leading to operation of CSD control function.Furthermore，the paper proposes preventive measures in accordance with field work to prevent maloperation of CSD during normal operation.

HVDC transmission；CSD；control

TM721.1

B

1007-1881（2015）01-0014-03

2014-08-28

楊躍輝（1983），男，工程師，主要從事高壓直流輸電運(yùn)行維護(hù)工作。