魯西換流站交流濾波器分裂母線邏輯缺陷分析及改進

唐海名 王 健 孫 浩 姚傳濤 桂輝陽 龍英云

（中國南方電網超高壓輸電公司天生橋局，貴州黔西南562400）

0 引言

魯西背靠背換流站在2017年曾發生交流濾波器分裂母線保護動作閉鎖直流系統的事件，交流濾波器與交流母線分裂由與交流濾波器同串的交流線路瞬時故障跳閘引起，該次跳閘事件暴露出了交流濾波器分裂母線邏輯存在跳閘出口方式不合理，以及在交流濾波器與交流線路同串的接線方式下，未考慮線路單相故障重合閘時間協調配合的問題。而此邏輯缺陷使直流系統在本無需閉鎖的情況下發生閉鎖跳閘，擴大了事故范圍。

本文結合魯西背靠背換流站2017年發生的交流濾波器分裂母線保護動作閉鎖直流系統事件，對交流濾波器分裂母線保護邏輯進行了分析，針對上述邏輯缺陷提出了邏輯改進方法。

1 交流濾波器分裂母線保護動作事件過程簡介

魯西背靠背換流站500 kV廣西側交流場為二分之三接線方式，其中第三大組交流濾波器與500 kV西百乙線同串。500 kV廣西側交流場接線圖如圖1所示。

2017年4月10日，魯西站500 kV廣西側#4交流母線檢修，換流單元二（常規直流）功率負荷在400 MW運行，換流單元二和廣西側第三大組交流濾波器運行于#3母線，西百乙線連接在#3母線運行（5151、5152開關在合位，5153開關在分位）。13：44：26，西百乙線路保護跳閘，導致廣西側第三大組交流濾波器和常規直流單元分裂運行，由于第三大組濾波器中有濾波器小組在投入狀態，引發分裂母線保護閉鎖常規直流系統。

2 交流濾波器分裂母線保護邏輯分析

圖1 500 kV廣西側交流場接線圖

2.1 分裂母線出口邏輯分析

交流濾波器分裂母線判斷邏輯如圖2所示，該判斷邏輯滿足條件：母線分裂運行、濾波器大組控制主機和直流站控通信正常、有濾波器小組已經連接投入使用、同時該大組和常規直流單元不在同一母線運行，如果檢測上述狀態同時存在，無延時立即閉鎖常規直流系統。

濾波器小組連接狀態判斷邏輯條件如圖3所示。

（1）濾波器小組相關地刀在分閘狀態，且濾波器小組隔離開關和斷路器在合閘狀態，或濾波器小組末端相電流大于48.5 A（0.4 pu）；

（2）大組進線電壓大于144 kV（相電壓為83.14 kV）或進線開關在合閘狀態。

此次事件中，在西百乙線跳閘后，導致廣西側第三大組濾波器和常規直流單元不在同一母線運行，第三大組交流濾波器母線失壓，從理論上來說，此時大組進線電壓＞0.3 pu條件不滿足，濾波器小組連接狀態不滿足，導致濾波器分裂母線條件不滿足。但通過分析第三大組濾波器進線電壓錄波發現，故障發生至電壓下降到83.14 kV以下用了36 ms左右，由于大組被跳開后進線電壓跌落存在36 ms左右的延時，濾波器小組退出狀態沒有被及時判出，分裂母線保護動作閉鎖常規直流系統。

因此，交流濾波器分裂母線邏輯存在出口邏輯設置不合理的問題：

（1）分裂母線條件判斷滿足后，無切除小組交流濾波器的出口策略，使母線分裂后不能第一時間隔離分裂故障，避免直流閉鎖；

（2）分裂母線條件判斷滿足后，無延時直接閉鎖直流系統，未充分考慮到小組濾波器切除時間及濾波器母線電壓跌落的延時配合。

2.2 分裂母線開關位置判斷邏輯分析

在交流濾波器分裂母線跳閘邏輯中，開關位置通過開關位置節點判斷，對于二分之三接線方式，其判斷邏輯如圖4、圖5所示。

圖2 交流濾波器分裂母線判斷邏輯

圖3 濾波器小組連接狀態判斷邏輯條件

圖4 開關分閘位置判斷邏輯

圖5 開關合閘位置判斷邏輯

開關分閘位置通過開關三相分閘位置節點按“三取一”方式判斷，即開關三相中任一相位置為分位即判斷該開關處于分閘位置；開關合閘位置通過開關三相合閘位置節點按“三取三”方式判斷，即僅當開關三相均為合閘位置時才判斷該開關為合閘位置。

對于交流濾波器大組與交流線路同串的接線方式（圖1），若500 kV#3母線與#4母線僅通過第五串進行連接，直流單元僅連接在#3母線運行，此時若發生西百乙線單相故障，在單相重合閘成功之前，5151、5152開關單相均處于分閘位置，根據交流濾波器分裂母線開關位置判別邏輯，此時5151、5152開關均判斷為分閘位置，從而將觸發廣西側第三大組交流濾波器分裂母線保護動作。而此時5151、5152開關仍有兩相在合閘位置，分裂母線邏輯判別此時濾波器與#3母線失去連接不合理。

因此，交流濾波器分裂母線邏輯存在開關位置判別不合理的問題：開關分閘位置采用三相分閘位置節點“三取一”的方式，當濾波器同串為交流線路，在交流線路單相重合閘期間分裂母線將因判斷與母線連接開關為分閘位置而動作出口。

3 分裂母線邏輯改進策略

3.1 出口邏輯改進

原交流濾波器分裂母線出口方式為分裂母線條件滿足后無延時立即啟動直流單元閉鎖，此方式未考慮到大組進線電壓下降存在延時的問題，未給予判斷小組濾波器退出需要的時間。對交流濾波器分裂母線動作出口方式邏輯作以下改進：

（1）增加切小組交流濾波器策略：在交流濾波器分裂母線條件判斷滿足以后，觸發分裂母線跳閘邏輯，發送SER告警信息到監控后臺，在該情況下立即選擇切除濾波器小組，濾波器小組切除后濾波器連接條件將不再滿足。

（2）增加動作出口延時：在交流濾波器分裂母線條件判斷滿足以后，需要經過200 ms延時才能出口，若200 ms內分裂母線條件不再滿足，則跳閘出口應返回；若200 ms以后小組交流濾波器未切除或因其他原因導致分裂母線條件仍然滿足，則出口閉鎖直流系統。

3.2 開關分閘位置判斷邏輯改進

在交流濾波器分裂母線開關位置判斷邏輯中修改斷路器分閘位置判斷方式，開關分閘位置判別由原來的三相分閘位置節點按“三取一”方式改為三相分閘位置節點按“三取二”方式，如圖6所示，即僅當開關三相中有兩相及以上為分位時，分裂母線邏輯才判斷該開關為分閘位置。更改后，在上述工況下，線路在單相重合閘過程中，即使5152、5153開關單相處于分閘位置，交流濾波器分裂母線條件也不會滿足，從而避免分裂母線保護動作，切除濾波器甚至閉鎖直流系統。

圖6 開關分閘位置“三取二”判斷邏輯

4 結語

交流濾波器分裂母線保護功能能夠避免換流器與交流濾波器分裂運行而導致控制系統紊亂。根據后期直流工程運行中發生的事件，能夠發現現有分裂母線邏輯在特定的接線方式下存在不合理或不夠嚴密的問題，使得系統特定工況發生時分裂母線保護不正確動作，造成直流系統閉鎖，擴大事故范圍。本文根據魯西換流站的接線方式及一次跳閘事件，分析了當前分裂母線邏輯的不足之處，同時針對保護出口方式及線路單相故障重合的配合，提出了邏輯優化策略。