特高压直流系统解锁异常故障分析

特高压直流系统解锁异常故障分析

Summary：从一起特高压直流输电解锁异常的故障着手分析，得出了该故障的根本原因是双极解锁命令的不同步。根据故障原因，提出了改变解锁命令传输方式的改进措施，并通过试验验证了该措施的有效性，保证了直流系统的可靠运行，对后续的新建工程有一定的指导意义。Keys：特高压直流系统；解锁异常故障；解锁命令1特高压直流输电系统的基本原理特高压直流输电技术是以直流电的方式实现电能传输的技术。直流电必须经过换流实现直流电变交流电，然后与交流系统连接。图1是特高压直流输电系统的结构示意图。发电系统发出的三相交流电先在A端升为高压交流电，随即高压交流电经整流器H1与H2作用转为高压直流电流。然后高压直流电流流过直流输电线路L1、L2到达逆变侧。接着通过逆变器H3与H4转为交流电流。最后通过T3与T4降低电压到达交流系统。在特高压直流输电系统中，整流器与逆变器的结构相同，但作用恰好相反。整流器的作用是把直流电转换成交流电。而逆变器则将直流电转换成交流电。图1特高压直流输电系统结构图2故障过程故障前某换流站的运行方式为双极高端阀组热备用，双极低端阀组隔离，如图2所示。对端B换流站与某换流站运行方式相同，直流计划采用双极典型方式二（双极高端阀组解锁，双极低端阀组保持隔离）进行启动。以运行人员工作站（OperatorWorkStation，OWS）操作下令的绝对时间00∶14∶32.000为此次事件的相对起始时间t0=0，故障时间序列为：1）t=0，运行人员同时下发极1单阀组解锁命令、极2单阀组解锁命令；2）t=1.386s，极1控制系统收到解锁单阀组命令；3）t=1.397s，极1高端执行解锁命令；4）t=1.464s，交流滤波器投入命令产生；5）t=1.885s，5642交流滤波器（HP12／24型）投入；6）t=2.350s，极1高端阀组解锁完成；7）t=2.436s，极2控制系统收到解锁单阀组命令；8）后续时间内极2高端阀组未执行解锁命令。后台详细的顺序事件记录（SequenceofEvent，SOE）如表1所示。图2故障前某换流站的运行方式表1故障过程的SOE3故障原因分析3.1未执行解锁命令原因分析现场检查某换流站一、二次设备状态，均无异常。随即对SOE进行详细检查，发现在极2控制系统收到解锁命令前，极2高端阀组的热备用状态已经消失。阀组热备用状态共有15个条件须满足：阀厅门已锁、阀厅连锁已完成、换流变压器分接头挡位就绪、阀厅接地开关处于分开状态、换流变压器冷却系统已投入、交流滤波器可用、阀冷却系统就绪、阀组已连接、阀控系统正常、直流场配置就绪、换流变压器进线开关处于合上状态、换流变压器进线开关处于合上状态、触发脉冲处于闭锁状态、无保护跳闸信号、手动模式或者顺控自动热备用状态。综合SOE中的换流变压器分接头挡位调整可以得出，极2高端阀组热备用状态消失的原因为：换流变压器分接头挡位就绪不满足。现场检查极1高端阀组解锁时的录波发现，5642交流滤波器投入前的t1时刻极2高端换流变压器网侧电压为517.03kV，t2时刻5642交流滤波器投入，5642交流滤波器投入后的t3时刻极2高端换流变压器网侧电压为520.25kV，提高了约3kV。将换流变压器网侧电压与挡位变化情况代入式（1）可以得到极2高端阀组的空载电压变化情况，如表2所示。表2极2高端阀组的空载电压变化情况综上所述，在解锁前极2高端阀组空载电压满足条件，极2高端阀组处于热备用状态。但由于极1、极2控制系统收到解锁命令不同步（相差1.050s），极1高端阀组先解锁后投入的交流滤波器抬升了交流侧电压使得此时空载电压不满足条件，极2高端阀组退出热备用状态。当极2高端换流变压器挡位自动调整后，极2高端阀组才重新进入热备用状态，而此时距极2控制系统收到单阀组解锁命令已经过去了15.755s，导致解锁失败。3.2解锁命令不同步原因分析某换流站LAN网结构包括运行人员控制层的监控和数据采集（SupervisoryControlandDataAcquisition，SCADA）系统LAN和控制保护设备层的控制系统LAN两部分，两者之间通过高速级联口连接在一起。运行人员在OWS上同时下发极1单阀组解锁命令、极2单阀组解锁命令后，基于客户机/服务器的分布式结构，该命令首先通过SCADALAN传输至服务器预处理，然后由服务器通过SCADALAN、高速级联口（两级路由器）、控制系统LAN传输至直流站控系统，直流站控系统再通过IFC快速控制总线（光纤）将解锁命令分别传输至极1、极2的控制系统。某换流站LAN网采用的是千兆网络，传输速率为1Gbit/s，命令发送时延和传输时延理论上远远小于1ms。但由于两条命令从OWS到直流站控系统之间一直采用独立传输，经过了服务器和高速级联口（两级路由器），一共3个网络节点，每个节点都会出现节点处理时延和排队时延。并且前一个节点产生的时延在经过后一个节点时会被放大，产生更大的时延。因此造成了极1单阀组解锁命令、极2单阀组解锁命令出现了较大的不同步。4改进措施考虑到服务器处理命令的不同步以及LAN网可能造成的网络堵塞，本次改进通过改变解锁命令传输结构，让各种解锁方式用一条命令就可以直接传输到直流站控系统，避免了服务器处理过程和LAN网堵塞造成的不同步。直流站控系统处理后台命令的执行周期采用的是T3周期（128ms），理论上节点处理时延和排队时延最大为128ms，直流站控系统与极控系统采用的是IFC快速控制总线（光纤），理论上传输时延远远小于1ms，因此总的不同步时间不超过129ms。新增后的解锁命令为：极1解锁单阀组命令（原有）；极1解锁双阀组命令（原有）；极2解锁单阀组命令（原有）；极2解锁双阀组命令（原有）；极1、极2解锁单阀组命令（新增）；极1、极2解锁双阀组命令（新增）；极1解锁单阀组、极2解锁双发组命令（新增）；极1解锁双阀组、极2解锁单阀组命令（新增）。解锁命令进行改进后，对新增的4条解锁命令各进行5次解锁试验，均成功解锁。Reference：［1］禹佳