云广特高压﹢OLT﹢过程的几起故障分析及改进建议.pdf

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2012 年 第 6 卷 第 6 期 南 方 电 网 技 术 高压直流输电 2012,Vol. 6,No. 6 SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY HVDC Transmission 文章编号:1674-0629(2012)06-0019-04 中图分类号:TM711 文献标志码:A 云广特高压 OLT 过程的几起故障分析及改进建议 蒋峰伟,罗炜 (中国南方电网超高压输电公司 广州局,广州 510405) 摘要:介绍了云广特高压空载加压试验(OLT)的电压控制原理,以及 OLT 过程中发生的几起故障。在分析每起故障 的背景、现象及其电压控制策略的基础上,对空载加压试验提出如下建议:修改换流变压器分解头控制逻辑;改进直流 保护系统内的阀组过压保护逻辑;最好在降低直流系统电压至 200 kV 后才停止 OLT 试验。 关键词:空载加压试验;高压直流输电;电压控制;分接头控制 Analysis of the Several Faults During OLT Process of Yunnan-Guangdong UHVDC Transmission Project and Related Improvement Advice JIANG Fengwei, LUO Wei (Guangzhou Bureau, CSG EHV Power Transmission Company, Guangzhou 510405, China) Abstract: The voltage control principle of open line test (OLT) and several faults in the OLT process of Yunnan-Guangdong UHVDC project are introduced. Analyzing the background, phenomena and voltage control strategy of each fault, this paper gives improvement advices for the OLT as follows: to modify the tap changer control mode; to improve the valve group over-voltage protection logic in the DC protection system; to stop the OLT process when the reduced DC voltage less than 200 kV. Key words: open line test (OLT); HVDC transmission; voltage control; tap changer control 空载加压试验(open line test,OLT)是直流系 统运行前一项必备的检查项目,主要目的为:检查 换流阀的触发能力及电压耐受能力;检查直流设备 及直流线路的耐压能力;检查直流控制保护设备是 否运行正常1。 云广直流极的主要一次接线如图 1 所示。 图 1 云广特高压系统极的接线图 Fig. 1 Connection of YunnanGuangdong UHVDC Project Pole One 云广特高压每极采用双 12 脉动换流阀串联的 结构, 根据阀组电压等级, 分为高端阀组 (Group 1) 和低端阀组(Group 2) 。相应地,由极控系统负责 极层面的控制,由阀组控制系统负责相应单个阀组 的控制。 根据单极空载加压试验时运行的阀组数量, 分为单阀组空载加压试验和双阀组空载加压试验。 空载加压试验之前,需要由整流侧和逆变侧两 站分别配合操作,将直流系统接线方式转换至空载 加压接线方式。通过阀组旁路隔离开关操作,可以 实现单阀组空载加压试验和双阀组空载加压试验接 线方式的灵活选择。 1 云广特高压 OLT 试验电压控制原理 在正常工况下,直流系统电压控制在整流侧和 逆变侧各有不同的用途。在整流侧,直流电压控制 作为一个限制器,防止直流过压。在逆变侧,直流 电压控制器是正常的控制方式以维持系统的直流电 压。 一般情况下, 系统直流电压由逆变侧极控控制, 而对于采用双阀组串联结构的特高压直流系统来 讲,考虑到两个阀组控制的独立性和灵活性,极电 压参考值均由极控系统统一下发至双 12 脉动阀组 的阀组控制系统,由两个阀组控制系统控制阀组两 20 南方电网技术 第 6 卷 端电压,叠加后达到极既定电压水平23。 特高压直流系统进行 OLT 试验时的直流电压控 制模式与正常解锁时完全不同。 由于试验时, 直流系 统电流很小, 且阀组联络母线电压波动较大, 随着线 路电压的升高, 阀组联络母线电压波动也会加剧, 最 终导致 OLT 试验难以成功。因此,云广特高压直流 系统进行 OLT 试验时,以 UdH - UdN = Uref为控制目 标, 其中 UdH为线路电压, UdN为中性母线电压, Uref 为参考电压。 极控下发电压参考值后, 高端阀组计算 出本阀组触发角, 低端阀组强制采用与高端阀组相同 的触发角, 同时低端换流变压器分接头档位强制与高 端换流变压器保持一致, 这样, 可避免采用波动较大 的阀组联络母线电压,实现空载加压试验。 2 空载加压试验过程中的保护配置 直流控制系统校验本站和对站合适的直流配置 (由直流站控建立)后换流器解锁,换流器解锁前 极控以 HVDC 站间通信方式校验对站处于闭锁状 态以安全起动 OLT。 在 OLT 试验过程中,当满足如下任一条件后, 阀组控制系统闭锁触发脉冲: 当直流线路电流标幺值大于 0.05; 直流电压低于 2%且控制器达到 100%限值 (控制系统判断直流电压测量故障)后判断 OLT 试验 故障。 空载加压试验过程中,阀组过电压保护 I 段满 足启动条件,即判断换流阀为整流侧且直流电流标 幺值 IdL 412 kV,且阀组在整流状态,其动作延时为 40 ms。 对于高端阀组,考虑高低端阀组联络母线电压 UdM在空载加压试验过程中波动较大,且随着直流 电压的上升,高低端阀组的联络母线电压波动将越 来越明显。在阀组触发脉冲停止后,保护程序中将 采用 UdH 0.5 p.u. (而非 UdH UdM) 做为保护判据。 3 几起空载加压试验故障分析 3.1 故障 1 2009 年 12 月 04 日 20 时 49 分, 极进行 OLT 试验升压过程中, 当极电压升至 720 kV 时,极电 压水平跟随 UdM发生大幅摆动,如图 2 所示。 图 2 极 OLT 试验时,UdM发生较大振荡 Fig. 2 Oscillating Curve for UdM when carrying OLT at Pole 由于此时属于调试阶段,软件还未升级至最新 版本,OLT 试验的电压控制策略是通过分别控制阀 组电压的方式控制的,即将电压参考值由运行人员 在工作站下发后传送至极控,极控计算出电压参考 值(标幺值)后分别下发至本极双阀组各自的控制 系统中, 由电压参考值减去由阀组控制系统 CEC 功 能计算的电压下降值后,与实际电压值进行比较, 高端阀组的实际电压值为 UdH UdM, 低端阀组实际 电压为 UdM UdN, 通过分别控制双阀组两端的实际 电压来实现极电压上升至电压参考值。OLT 试验过 程中直流电流仅充电电流,数值较小,并不足以修 正两个阀组产生的电压偏差,且 UdM是取自两个阀 组之间的 400 kV 阀组联络母线, 受两个阀组控制系 统的制约,很难达到稳定的电压水平。从而可以看 出,造成极电压摆动的根本原因就是 UdM不能稳定 控制。在后续的控制系统软件中,OLT 试验的电压 控制原理中不采用 UdM和阀组两端电压进行控制, 而是通过极电压参考值直接计算高端阀组的触发角 和分接头档位,且高低端阀组强制采用相同的触发 角和换流变压器分解头档位实现 OLT 试验和防止 直流电压波动。 3.2 故障 2 2010 年 10 月,云广特高压受端站穗东换流站 极双阀组 OLT 试验过程中, 运行人员通过工作站 设定空载加压试验定值 800 kV,电压变化率 100 kV/min,直流系统升压过程中发生极高端阀组过 压保护 I 段(59/37DC)动作导致跳闸,极高端阀 组退至备用状态,故障时刻暂态录波如图 3 所示。 图 3 中, UdH为高压母线电压, UdM为高低端阀 组联络母线电压,UdN为中性母线电压。从故障时 第 6 期 蒋峰伟,等:云广特高压 OLT 过程的几起故障分析及改进建议 21 录波可以看到故障时刻 UdH为 760 kV 左右, UdM为 350 kV 左右, UdN为 0kV。图 4 为高端阀组压差 UdH UdM, 可以看到高端阀组压差达到阀组过压一段启 动定值,且时间达 70 ms,因此保护正确动作。 图 3 UdH、UdM、UdN的暂态电压波形 Fig. 3 The Transient Voltage Waveforms of UdH, UdM, UdN 图 4 高端阀组的电压差 FIG. 4 The Voltage Waveform of Group 1 检查录波发现, UdM的值与 UdH/2 差值为 30 kV 左右,正常时二者应基本一致。现场检查极高低 端换流变压器档位,发现极高端阀组在 1 档,而 极低端阀组在初始档位 16 档。 根据空载加压试验 控制原理,低端阀组的分接头档位应跟随高端阀组 调整, 而此时换流变压器档位已相差 15 档。 进一步 检查极低端阀组换流变压器发现现场一台换流变 压器分解头档位控制异常,极低端阀组换流变压 器分接头无法调整。由于换流变压器的调压绕组位 于网侧绕组,随着换流变压器档位的降低,将使换 流变压器的阀侧绕组电压升高,由于高低端阀组的 触发角强制相同,因而高端阀组两端电压较低端阀 组大,随着 OLT 试验的进行,高低端阀组的电压差 逐步增大,导致高端阀组的阀组过压保护动作。 3.3 故障 3 2012 年 2 月,云广特高压穗东换流站进行极 双阀组 OLT 试验,当直流电压保持 800 kV 运行 5 min 无异常后, 运行人员在工作站上手动停止 OLT。 在此过程中,极低端阀组过压保护 I 段动作,极 低端阀组退至备用状态。 图 5 为故障时 UdH、UdM、UdN的暂态波形,故 障时刻之前极高压母线电压 UdH,极高低端阀 组联络母线电压 UdM,极中性母线电压 UdN电压均 在范围内波动, 而在手动停止极低端阀组 OLT 试 验的瞬间, UdM直接跳变至-460 kV 左右, 满足阀组 过压保护一段的保护判据导致保护动作。 图 5 UdH、UdM、UdN的暂态电压波形 Fig. 5 The Transient Voltage Waveforms of UdH,UdM, and UdN 云广直流系统采用西门子最新的测量系统,所 有的电压、电流采样具体回路如下,现场的电流、 电压互感器测量后通过光信号将测量数据送至直流 测量系统,直流测量系统的一个主要功能就是进行 测量数据的预处理, 在传送给控制、 保护系统之前, 测量量将进行滤波并计算出新的量,直流测量系统 通过测量总线将测量结果送至保护装置,保护程序 对测量结果读取后进行再次滤波,然后进行保护计 算。分别查看在测量系统和极低端阀组保护的录 波,如图 6 所示。 对比测量系统内的 UdM和经过保护装置滤波后 的 UdM,lp(低通)可以发现: 1) 在故障时刻之前,测量系统内的 UdM波形 波动较大,波动范围在-350450 kV 之间,而保护 装置内的UdM,lp经过低通滤波后波动范围明显较小, 说明经过滤波后,保护系统内部的电压基本滤除了 高次谐波量。 22 南方电网技术 第 6 卷 2) 在手动停止 OLT 试验的瞬间,联络母线电 压刚好波
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