沈龍　楊學(xué)廣　余海翔

摘要：文章針對(duì)普僑特高壓直流運(yùn)行期間一起直流功率異常波動(dòng)事件，通過(guò)分析特高壓直流輸電系統(tǒng)控制系統(tǒng)基本策略及閥組旁路開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集回路，找出功率波動(dòng)的原因，并對(duì)特高壓直流輸電系統(tǒng)的低電壓限流（VDCL）控制策略進(jìn)行了研究，結(jié)合極控組控控制程序，給出了出現(xiàn)異常情況時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)處理措施建議以及長(zhǎng)期的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：普僑特高壓直流輸電；閥組旁路開(kāi)關(guān)；功率波動(dòng)；低電壓限流策略；直流功率異常波動(dòng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM721 文章編號(hào)：1009-2374（2015）35-0123-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.061

普僑直流輸電工程是世界上±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)西起云南省普洱市、東至廣東省江門(mén)市，額定功率5000MW，是南方電網(wǎng)西電東送主動(dòng)脈之一。相比常規(guī)的直流輸電系統(tǒng)，其一次主回路采用雙十二脈動(dòng)閥組串聯(lián)結(jié)構(gòu)，為了增加系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性和可靠性，每個(gè)閥組均配置有一個(gè)閥組旁路開(kāi)關(guān)、一個(gè)陰極刀閘、一個(gè)陽(yáng)極刀閘和一個(gè)旁路刀閘。通過(guò)對(duì)上述一次設(shè)備的順序操作，實(shí)現(xiàn)解鎖和閉鎖同極任何一個(gè)閥組時(shí)，不影響本極串聯(lián)的另一個(gè)閥組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文針對(duì)普僑特高壓直流運(yùn)行期間一起直流功率異常波動(dòng)事件，通過(guò)分析特高壓直流輸電系統(tǒng)控制系統(tǒng)基本策略及閥組旁路開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集回路，找出功率波動(dòng)的原因。對(duì)特高壓直流輸電系統(tǒng)的低電壓限流（VDCL）控制策略進(jìn)行了研究，結(jié)合普僑直流實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算出了不同工況下出現(xiàn)相同異常情況時(shí)的功率波動(dòng)幅度。這些分析和結(jié)論不僅有助于提高特高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)水平，而且還對(duì)后續(xù)工程設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

1 特高壓直流輸電系統(tǒng)閥組旁路開(kāi)關(guān)位置采集回路

特高壓直流工程存在兩種閥組旁路開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)采集方式。不同方式下采集的閥組旁路開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)參與直流控制系統(tǒng)不同的控制功能。

如圖1所示，方式一通過(guò)閥組旁路開(kāi)關(guān)本體裝設(shè)的位置檢測(cè)單元實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)的采集，隨著開(kāi)關(guān)實(shí)際位置的變化，該檢測(cè)單元能夠輸出4～20mA的電流模擬量，再經(jīng)過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，最終變成電壓信號(hào)傳遞給閥組控制系統(tǒng)，根據(jù)電壓信號(hào)的大小來(lái)表征開(kāi)關(guān)的位置狀態(tài)。該位置狀態(tài)將與觸發(fā)脈沖相互配合，參與閥組解閉鎖功能。

如圖2所示，方式二通過(guò)安裝在閥組旁路開(kāi)關(guān)本體的合閘行程開(kāi)關(guān)與分閘行程開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)開(kāi)關(guān)合閘（分閘）到位后，將觸發(fā)（釋放）其合閘行程開(kāi)關(guān)，釋放（觸發(fā)）分閘行程開(kāi)關(guān)，并分別轉(zhuǎn)換為正負(fù)電位信號(hào)量輸入到6MD66間隔就地控制裝置。6MD66間隔就地控制裝置將電位信號(hào)量解析為二進(jìn)制信號(hào)量后，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通信將開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)信號(hào)量傳遞給閥組控制系統(tǒng)，閥組控制系統(tǒng)再將其通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳遞給極控系統(tǒng)。該位置狀態(tài)在極控系統(tǒng)中將參與閥組狀態(tài)的判別邏輯。

2 普僑直流功率波動(dòng)情況

異常發(fā)生前，普僑直流極2全壓金屬回線方式運(yùn)行，負(fù)荷1250MW，極2高端組控系統(tǒng)2為主用系統(tǒng)。隨后極2高端組控系統(tǒng)2發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)總線故障告警，因故障等級(jí)較輕，組控系統(tǒng)未進(jìn)行切換，匯報(bào)調(diào)度后手動(dòng)對(duì)極2高端閥組進(jìn)行閉鎖。閉鎖過(guò)程中出現(xiàn)系統(tǒng)順控操作失敗，極2高端閥組點(diǎn)火脈沖未閉鎖，普僑直流出現(xiàn)功率波動(dòng)。

特高壓輸電系統(tǒng)閥組控制閥組控制程序中，閥組閉鎖時(shí)，必須收到BPS合位信號(hào)，才能閉鎖閥組點(diǎn)火脈沖。故障發(fā)生時(shí)，極2高端閥組控制系統(tǒng)2（主系統(tǒng)）現(xiàn)場(chǎng)總線通訊故障，6MD66間隔就地控制裝置采集到的閥組旁路開(kāi)關(guān)狀態(tài)變位信息無(wú)法通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線上送組控系統(tǒng)2，一直保持分位，導(dǎo)致閥組點(diǎn)火脈沖一直保持，極2極控系統(tǒng)啟動(dòng)VDCL（低電壓電流限制功能），導(dǎo)致功率降低至408MW。

3 低電壓限流（VDCL）控制策略

為了避免電壓降低時(shí)運(yùn)行特性的惡化，特高壓直流輸電系統(tǒng)在極控系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了低電壓限流VDCL控制功能，當(dāng)電壓降低到設(shè)定值后，系統(tǒng)將按一定斜率降低直流電流，減少發(fā)生連續(xù)換相失敗的幾率，避免由于換流器長(zhǎng)時(shí)間換相失敗造成直流場(chǎng)設(shè)備諧振過(guò)電壓。

以普僑特高壓工程為例，其低電壓限流（VDCL）控制策略實(shí)現(xiàn)方法如下：

將極電壓實(shí)際值Uact除以極電壓參考值Uref，其值作為橫坐標(biāo)，再根據(jù)如圖4所示的曲線得出對(duì)應(yīng)的低電壓限流（VDCL）功能模塊的輸出參考電流IdrefVDCL，然后和正常運(yùn)行情況下極控系統(tǒng)計(jì)算出的直流電流參考值以及其他一次設(shè)備運(yùn)行情況所允許的最大直流電流進(jìn)行比較，通過(guò)最小選擇器MIN選擇其中的最小電流值作為最終的極電流參考值Idref來(lái)進(jìn)行電流控制。同時(shí)，為了保證系統(tǒng)控制策略正常，兩側(cè)的低電壓限流（VDCL）功能曲線不同，整流側(cè)和逆變側(cè)之間留有一定的電流裕度。

圖4中極電壓參考值Uref是根據(jù)不同的閥組運(yùn)行工況來(lái)取值的，正常全壓運(yùn)行下，若單閥組解鎖則該值為400kV，若雙閥組解鎖則該值為800kV。

普僑直流本次功率波動(dòng)事件中，由于極控收到高、低端閥組的點(diǎn)火脈沖使能信號(hào)，極控判斷極二雙閥組均在解鎖運(yùn)行，錯(cuò)誤地將電壓參數(shù)1.0（對(duì)應(yīng)800kV）送到VDCL功能模塊，用于VDCL實(shí)際直流電壓的計(jì)算。

而故障時(shí)刻實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的直流電壓為400kV，通過(guò)VDCL功能模塊計(jì)算輸出極直流電流參考值為0.325pu，而正常單閥組運(yùn)行時(shí)該輸出應(yīng)該為2.0pu，可見(jiàn)故障時(shí)VDCL功能模塊輸出的IdrefVDCL（低電壓電流限制功能參考電流）大幅減小。IdrefVDCL與實(shí)際運(yùn)行電流參考值進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)邏輯判斷，極2極控系統(tǒng)啟動(dòng)VDCL功能，將實(shí)際運(yùn)行電流限制到0.325pu，實(shí)際功率從參考值1250WM下降到408WM。

4 現(xiàn)場(chǎng)處理措施建議及改進(jìn)措施

普僑直流本次功率波動(dòng)事件暴露出單一控制系統(tǒng)的單一故障將導(dǎo)致系統(tǒng)控制功能異常的缺陷和不足，可采取以下兩種措施對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)：

第一，閥組控制系統(tǒng)采集閥組旁路開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)的方式有兩種：（1）通過(guò)位置檢測(cè)單元上送的模擬量信號(hào)；（2）通過(guò)6MD66間隔就地控制裝置上送的現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字量信號(hào)（見(jiàn)文中第一節(jié)）。實(shí)際參與極控系統(tǒng)閥組解閉鎖狀態(tài)判斷邏輯的只是第二種?？蓪?duì)組控程序邏輯進(jìn)行修改，將兩種信號(hào)在程序里取或邏輯，其輸出作為閥組旁路開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)，避免現(xiàn)場(chǎng)總線單一故障引起直流控制系統(tǒng)異常。

第二，目前組控系統(tǒng)冗余切換邏輯不完善，當(dāng)單套組控系統(tǒng)發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)總線故障時(shí)，組控系統(tǒng)只認(rèn)定為輕度故障，只有告警邏輯，未設(shè)計(jì)切換邏輯，不能及時(shí)有效地切換至無(wú)故障系統(tǒng)，避免故障范圍擴(kuò)大。因此，可以修改組控相關(guān)故障切換邏輯，將現(xiàn)場(chǎng)總線故障加入到切換條件里，當(dāng)發(fā)生類(lèi)似現(xiàn)場(chǎng)總線故障時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切換到無(wú)故障系統(tǒng)，保證直流控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，可得出以下結(jié)論：

第一，普僑特高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種閥組旁路開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)的采集方式，不同方式下采集的閥組旁路開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)參與直流控制系統(tǒng)不同的控制功能。

第二，本次普僑直流功率波動(dòng)原因?yàn)殚y組旁路開(kāi)關(guān)上送錯(cuò)誤，閥組解閉鎖狀態(tài)判定錯(cuò)誤，直流控制系統(tǒng)誤啟動(dòng)低電壓限流（VDCL）控制功能。

第三，通過(guò)按下閥組緊急停運(yùn)按鈕，啟動(dòng)強(qiáng)制ESOF流程可退出異常的VDCL控制模式；對(duì)閥組旁路開(kāi)關(guān)狀態(tài)判斷邏輯及冗余控制系統(tǒng)自動(dòng)切換邏輯進(jìn)行優(yōu)化改善，可避免類(lèi)似故障的發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介：沈龍（1988-），男，南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局助理工程師，研究方向：高壓直流輸電及檢修維護(hù)；楊學(xué)廣（1989-），男，南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局助理工程師，研究方向：高壓直流輸電及檢修維護(hù)；余海翔（1986-），男，南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局工程師，研究方向：高壓直流輸電及檢修維護(hù)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）