交流濾波器最后開關邏輯

嚴進軍,李揚,2

(1.中國南方電網超高壓輸電公司廣州局,廣州市,510405;2.華南理工大學電力學院,廣州市,510640)

0 引言

穗東換流站是±800 kV云南—廣東特高壓直流輸電工程的重要組成部分,也是南方電網西電東送主通道在廣東的重要落點之一。作為交直流合建工程,穗東換流站也承擔著廣東境內廣州、東莞等負荷中心的電力供應,在系統中具有重要的地位[1-5]。調試期間,穗東換流站曾出現交流濾波器最后開關跳閘后無法復位,并導致故障切除后開關無法合上的問題。本文分析了云廣特高壓工程交流濾波器最后開關的軟件邏輯及硬件回路。

1 調試中出現的問題

與常規超高壓換流站一樣,特高壓換流站沿用了交流濾波器大組開關跳閘、啟動聯線保護跳開相應小組開關這一邏輯。假設沒有這一設計,當該大組濾波器下有多組甚至全部小組濾波器在投入狀態時,開關跳閘過程中將會造成流過該濾波器組的電流過大,該電流的大小甚至有可能超過該斷路器的額定開斷電流能力[6]。當濾波器大組最后開關與大組聯線差動跳閘回路同時啟動時,小組濾波器開關的跳閘接點將優先于大組開關的跳閘接點動作,保證了小組開關優先于大組開關跳開,從而避免了大組開關由于帶運行中的小組濾波器跳閘而流過大電流的風險,進一步保證了設備安全。

穗東換流站500 kV交流開關場采用3/2接線方式,4個大組交流濾波器分布于交流場的四回出線上,每個大組濾波器下又分別設有4個小組交流濾波器。為便于本次事故介紹及后續分析,本文以第 1大組交流濾波器所在的交流場第 1串為例進行分析,如圖1所示。

圖1 500 kV交流場第1串開關設備簡圖Fig.1 Diagram of No.1 sw itch gear in 500 kV alternating current field

2009年 12月 22日楚穗直流調試期間,穗東換流站發生 5012開關充電保護動作跳閘故障。故障發生時 5011開關一直處于分閘位置,而 5012開關所帶的第 1大組交流濾波器聯線差動保護跳閘回路啟動,切除該大組母線下所有小組濾波器。故障發生后,運行人員發現,在 5012斷路器保護屏、第 1大組交流濾波器聯線保護屏以及相應小組濾波器保護屏上均無法手動復歸相應故障信號。在退出 5012斷路器保護屏內的“5012開關跳閘啟動第 1大組交流濾波器聯線保護最后開關回路”壓板后,上述所有保護信號才最終復歸。

2 軟件邏輯

采集本串內所有開關及刀閘的狀態,來判定某一開關是否成為大組濾波器最后開關。該軟件邏輯在就地間隔控制單元 6MD664中即可實現[7-8],無需交流站控來參與,這在一定程度上也減少了就地控制單元與交流站控系統的現場總線數據交換量[9-11]。

以圖1為例,5011、5012及 5013開關分別構成第1大組交流濾波器最后開關的條件如 1表所示。

表1 濾波器最后開關軟件邏輯Tab.1 Software logic of last circuit breaker in AC Filter

從表 1可以看出,判斷開關是否為大組濾波器的最后開關,須滿足以下任一條件:

(1)當某一大組交流濾波器母線只通過一個邊開關所在間隔連接于 1號母線且與 2號母線無連接時,此邊開關即為該大組濾波器的最后開關。

(2)或者當某一大組交流濾波器母線只通過另一邊開關及中開關所在的間隔連接于 2號母線而與1號母線無連接時,則此邊開關及中開關均為該大組濾波器的最后開關。

3 硬件回路

3.1 斷路器跳閘回路

穗東換流站500 kV交流場斷路器保護采用南瑞繼保RCS-921A型斷路器失靈保護及自動重合閘裝置、CJX-03型重動繼電器箱以及CZX-22R2型操作繼電器箱作為組屏方案,其跳閘重動回路如圖 2所示。圖中:TJX(X為A、B或C相)為斷路器保護跳閘動作接點;FTm為第m號重動繼電器箱插件上的重動繼電器;KM 1為電源端。該回路接通后,將通過分相跳閘重動出口壓板啟動開關跳閘回路。

圖2 斷路器保護跳閘重動回路Fig.2 Activated circuit of breaker trip

圖3為斷路器外部保護跳閘重動回路簡圖。圖中:TJR為外部保護(如濾波器大組聯線差動、變壓器差動保護等)三相跳閘動作接點;FTn為第n號重動繼電器箱插件上的重動繼電器。該回路接通后,無需經過壓板,直接啟動三相跳閘繼電器跳開開關。

圖3 斷路器外部保護跳閘重動回路Fig.3 Activated circuit of outer protection in breaker trip

3.2 交流濾波器聯線差動跳閘回路

濾波器最后開關跳閘起動聯線差動回路如圖 4所示。

圖4 交流濾波器最后開關跳閘起動聯線差動回路Fig.4 Activation of connection differential protection of last circuit breaker trip in AC Filter

圖4中,虛線框內表示就地控制單元6MD664對于濾波器大組最后開關的邏輯判定。以 5012開關作為第 1大組交流濾波器的最后開關為例進行說明,即僅當5011開關在分位時,就地控制單元6MD66判斷5012為最后開關,如圖 5所示。濾波器聯線差動跳閘回路如圖 6所示。

圖6中,跳閘繼電器勵磁后,將會通過其輔助接點TJR起動濾波器大組開關的跳閘重動回路(圖3)及所有小組開關的跳閘回路。

圖5 最后開關軟件邏輯與硬件接口Fig.5 Software logic and related hardw are interface of last circuit breaker

圖6 交流濾波器聯線差動主跳閘回路Fig.6 Main circuit trip of connection differential protection in AC Filter

4 存在問題及改進措施

5012開關充電保護動作以后,圖 2中TJX接點閉合,重動繼電器 FTm勵磁,進而通過分相跳閘重動出口壓板啟動 5012開關跳閘回路。又由于 5011開關一直在分位,就地控制單元 6MD664始終判定5012開關為第 1大組交流濾波器的最后開關。因此,結合圖 4、5來看,第 1大組交流濾波器聯線差動主跳閘回路將會導通,跳閘繼電器將勵磁;進而圖 3中的TJR接點閉合,重動繼電器FTn勵磁,由于此時6MD 664仍然判定 5012開關為第 1大組交流濾波器的最后開關,因此,仍將通過圖 4所示回路啟動聯線差動保護跳閘。

由以上分析可知,整個回路只涉及到6MD664軟件邏輯以及相關的純硬件回路,不經過任何保護裝置,而復歸按鈕只能開入到保護裝置中,因此也就無法通過復歸按鈕來切斷整個自保持回路了。

方案Ⅰ:修改 6MD664軟件邏輯。由于無論5012開關在什么狀態,只要滿足(50111∨5011∨ 50112)的條件,6MD664始終判定 5012開關為第 1大組交流濾波器的最后開關。因此,本方案提出修改6MD664軟件邏輯,即將開關的分合閘位置引入到6MD664的判定條件中,如圖 7所示。延時△t的設置是為了保證開關跳開后該軟件邏輯輸出不會立即返回,從而保證聯線差動跳閘回路能夠持續啟動直至大組及所有小組開關跳開。

方案Ⅱ:增設復歸按鈕。在圖 3—6中的任一回路上增設手動復歸按鈕亦可解決無法復歸的問題。但是,為避免所增設的復歸按鈕本身的損壞影響到大組及小組開關的跳閘回路,因此,本方案認為該復歸按鈕宜設置在圖 4所示的回路中,如圖 8所示。

圖7 修改后的濾波器大組最后開關邏輯Fig.7 Im proved last circuit breaker logic of AC filter

圖8 修改后的硬件回路Fig.8 Improved hardware circuit

5 結語

本文針對換流站濾波器大組最后開關跳閘、啟動大組聯線差動跳閘回路后無法手動復位的問題,從軟件邏輯以及硬件回路上給出了解釋,同時提出了進一步的軟、硬件解決方案。

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