STATCOM单个子模块旁路失败跳闸原因分析及改进方法.pdf

62第 52 卷2024 年 1 月Vol.52 No.1Feb.2024云南电力技术YUNNAN ELECTRIC POWERSTATCOM单个子模块旁路失败跳闸 原因分析及改进方法罗佼，周丽花，邓跃祥（云南电网有限责任公司文山供电局，云南 文山 663000）摘要：STATCOM（静态无功补偿装置）属于近几年在电力系统中推广的一种新型无功补偿装置。它的优点非常明显，既可以发容性无功也可以发感性无功，同时它的无功调节范围大，精度高、响应快。但STATCOM的缺点也非常明显，因为技术新，缺乏运维经验，运行时总是存在各种各样的问题，需要在运维过程中去发现，去改进。本文就STATCOM在运行过程发生的因单个子模块旁路失败导致跳闸的原因进行分析，同时提出改进方法。关键词：STATCOM；子模块；旁路失败Cause Analysis and Improvement Method of Bypass Failure Trip of Single Sub-Module of STATCOMLuo Jiao,Zhou Lihua,Deng Yuexiang（Wenshan Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co.,Ltd,Yunnan,Wenshan 663000,China）Abstract:STATCOM(Static Reactive Power Compensation Device)is a new type of reactive power compensation device popularized in the power system in recent years.Its advantages are very obvious.It can generate both capacitive reactive power and inductive reactive power.At the same time,it has a large reactive power adjustment range,high precision and fast response.However,the shortcomings of STATCOM are also very obvious.Because of the new technology and lack of operation and maintenance experience,there are always various problems during operation.However,the disadvantages of STATCOM are also very obvious.Due to the new technology and lack of operation and maintenance experience,there are always various problems during operation,which need to be discovered and improved during the operation and maintenance process.This paper analyzes the cause of tripping caused by single sub module bypass failure during STATCOM operation,and proposes an improvement method.Key words:STATCOM;Sub module;Bypass failed中图分类号：TM74文献标识码：B文章编号：1006-7345（2024）01-0062-030前言STATCOM 在运行过程因单个子模块旁路失败导致跳闸的原因一般为 SMC（子模块控制单元）发送至 VBC（阀基控制单元）的故障子模块电压接收延时较大，VBC 判定旁路的子模块旁路失败，同时因子模块故障判别逻辑较为简单，最终导致设备跳闸。本文将对 STATCOM及其控制保护系统进行简要介绍，同时对跳闸过程及跳闸原因进行分析。最后结合 STATCOM子模块故障特性提出有效的跳闸判别逻辑。以避免因 VBC 误判子模块旁路故障导致设备跳闸的风险。1STATCOM基本情况某 500 kV 换流站配有三套 STATCOM 装置，STATCOM 装置通过 H 桥链节输出首尾相连构成换流链，每相换流链对应一个阀塔，三相换流链位于阀厅内，通过室外角内电抗首尾相连，构成角形接法，每相换流链上正常情况下，共有 50 个子模块在运行，冗余度为 4 个。如因故障退出的子模块个数 4，此时控制系统将对所有电容电压重新排序并进行均压控制以维持系统稳定运行，如若退出运行的功率模块个数 4，此时子模块冗余耗尽保护动作，STATCOM 闭锁跳闸以保证设备和系统安全。63第 52 卷2024 年第 1 期STATCOM 单个子模块旁路失败跳闸原因分析及改进方法STATCOM 通常会配置控制保护系统，控保系统一般会设置三层保护，主要是为阀组和系统故障提供有效的保护功能。分别为器件级保护、换流链级保护和系统级保护。器件级由SMC（模块控制单元）板卡完成，由硬件电路检测阀组内部器件级的故障并将其上送至 VBC（阀组控制单元）；换流链级主要针对角形接线换流链层级的保护；系统级保护主要针对STATCOM 系统进行保护，此类故障一般为较严重的故障，当发生系统级故障时，STATCOM延时保护跳闸。2STATCOM单个子模块旁路失败导致跳闸的原因分析本文以某 500 kV 换流站 STATCOM 单个子模块旁路失败导致跳闸的事故为例，通过对事故过程的梳理，总结归纳出该类型事故的常见原因。事故过程如下：18 时 46 分，该站后台监控报#2STATCOM 阀控装置 C 相 33 号子模块下行通道故障；随即产生#2STATCOM 阀控装置 C 相 33 号子模块过压故障；46 分 44 秒 766毫秒，#2STATCOM 主控装置 VBC 监视子模块旁路失败，46 分 44 秒 767 毫秒，#2STATCOM主控装置子模块故障保护动作，46 分 44 秒 768毫秒；#2STATCOM 主控装置 STATCOM 闭锁跳闸。现 场 对#2STATCOM CA 相 33 号 子 模 块进 行 测 试，功 能 测 试 结 果 为 T1、T2、T3、T4 能正常开通，各项数据均正常，则说明 33号子模块通过单元测试，测试结果合格。对#2STATCOM 阀控装置至 33 号子模块光纤段的上行通道、下行通道进行光纤衰耗检查，测试结果上行通道及下行通道光纤衰耗正常。由子模块原理框图（图 1 下）可知，33 号子模块测试合格，且 STATCOM 阀控装置至 33 号子模块光纤段光纤衰耗满足要求，初步判断为 33号子模块 SMC（模块控制单元）检测到阀控下行光纤通道有瞬时故障，产生下行通道故障信号，并主动启动 33 号子模块旁路，33 号子模块旁路开关辅助接点合位信号未及时上传，导致 33 号子模块 SMC 板卡判断旁路开关未合闸旁路失败，并将采集到旁路失败信号反馈至VBC（阀组控制单元），VBC 将接收到的旁路失败判据上送主控装置请求跳闸信号，导致#2STATCOM 主控装置子模块故障保护动作。从后台监视到的事件信号可以看出在阀控系统报出 33 号子模块旁路失败 7 ms 后报出 33 号子模块旁路开关合位信号。结合现场停电检查 33号子模块旁路开关确在合位，初步判断为 33 号子模块旁路后，旁路开关合位信号延时较大，SMC 未及时收到合位信号，判断旁路失败，并反馈至 VBC，导致#2STATCOM 主控装置子模块故障保护动作。ca相换流链500 kV母线35 kV母线Ynd11abciabibcicaABC链节1链节2链节NiabT1T2CD1D2T3T4D3D4 注：图中T1、T2、T3、T4表示IGBT，D1、D2、D3、D4表示反并联二极管，C表示电容。图1换流链连接示意图（上），子模块接线示意图（下）综上所述，#2STATCOM 跳闸原因为 SMC板卡监测到旁路开关合位信号的时间延迟较大，导致 SMC 判断子模块旁路失败，并将旁路失败信号上送至 VBC，VBC 将信号转发主控装置，该信号满足主控装置子模块故障保护动作逻辑，保护正确动作跳闸。子模块旁路及拒动判别逻辑：1）当子模块运行电压不大于 2350 V 时，SMC 正常上送模块电压至 VBC。相关逻辑如图2 所示。模块电压大于2350VSMC正常上送电压至VBC 图2子模块正常运行逻辑64云南电力技术第 52 卷2024 年第 1 期2）当子模块运行电压超过 2350 V 时，经过一定的延时判据，SMC 下发子模块旁路指令；自命令发出 10 ms 后，进行旁路开关状态判断；若此时开关合位未正常返回并接收，则认为旁路失败，SMC 上报 VBC 旁路失败信号，VBC将信号转发给 PCP（控制保护），触发 PCP 保护动作；若正常返回开关合位信号并接收，则认为旁路成功，SMC 将模块旁路状态反馈给 VBC。相关逻辑如图 3 所示。模块电压大于2350Vt下发旁路指令指令10msms模块旁路ms旁路成功模块旁路旁路失败旁路成功模块旁路旁路失败申请跳闸 图3子模块非正常运行逻辑3避免STATCOM单个子模块旁路失败导致跳闸的改进方法通过上述故障原因分析,STATCOM 装置子模块非正常运行逻辑判别条件单一，仅通过旁路命令及延时就判别模块的状态导致判别错误是 STATCOM 单个子模块旁路失败导致跳闸的常见原因。本文将结合子模块旁路前后的特征，即子模块旁路前能采集到至少大于 1500 V 以上的正常电压，但子模块旁路后采集到的电压将降为零。将电压的判别条件加到子模块非正常运行的判别逻辑中，即可效避免上述情况的发生。具体优化判别逻辑如下：1）子模块运行电压大于 2350 V，且旁路开关拒动的逻辑框图如图 4 所示。当子模块运行电压大于 2350 V 时，延时 10 ms 发出开关旁路命令，若此时发生旁路开关拒动，则增加一个模块电压判据，若采样电压大于 2350 V，认为旁路开关未正常闭合，此时延时 5 ms 发生跳闸命令。此种情况可有效解决由于采样单元单一元件故障引起采样电压偏大导致跳闸的问题。申请跳闸模块电压大于2350V10msms5ms申请跳闸&t旁路开关拒动采样电压送于阀控采样电压大于2350V&tt5ms申请跳闸 图4模块电压大于2350 V，且旁路开关拒动的逻辑框图2）子模块运行电压大于 2350 V，且旁路开关动作的逻辑框图如图 5 所示。当模块运行电压大于 2350 V 时，延时 15 ms 发出开关旁路命令，若此时旁路开关正常闭合，此时模块将成功旁路，模块运行电压降低到正常运行电压之下。申请跳闸t模块电压大于2350Vt5ms旁路开关拒动&10ms 图5模块电压大于2350 V，且旁路开关动作的逻辑框图4结束语本文对常见 STATCOM 子模块旁路失败保护动作进行了分析，同时结合阀组控制单元对旁路失败的判据，以及子模块旁路后采集到的电压量变化情况，提出了一种可以有效避免因VBC 接收旁路开关状态信号延时导致 VBC 误判子模块旁路失败出口跳闸设备的优化方案。即增加对子模块旁路后的电压判据。正常情况下，子模块旁路后电压应在正常电压以下，若子模块旁路失败则电压依然存在（2350 V），此时可以判定子模块旁路失败出口跳闸。增加此判据后可以有效避免因信号延时传输问题导致STATCOM 跳闸事件的发生。参考文献1 永富.直流输电工程富宁换流站STATCOM控制保护系统设计规范R.南京:南京南瑞继保电气有限公司.2015.2 PCS-9583静态无功发生器(SVG)系统说明书R.南京:南京南瑞继保电气有限公司.2015.3 许湘莲.基于级联多电平逆变器的STATCOM及其控制策略研究D.武汉:华中科技大学,2006.4 熊卿.配电变压器一体化静止无功补偿器(DT-STATCOM)关键技术研究D.武汉:华中科技大学,2011.5 胡应宏.级联H桥多电平STATCOM的控制策略及应用研究D.哈尔滨工业大学,2013.6 刘钊,刘邦银,段善旭,等.系统电压不平衡下链式静止同步补偿器控制研究J.中国电机工程学报,2011,31(09):1-7.DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2011.09.001.7 郑茂然,黄佳胤,王剑.STATCOM跳闸事件分析及其直流电压控制逻辑优化J.南方电网技术,2014,8(06):94-97.DOI:10.13648/ki.issn1674-0629.2014.06.019.收稿日期：2024-01-21作者简介罗佼（1990），男，学士学位，云南电网有限责任公司文山供电局 500kV 富宁换流站站长，工程师，变电站值班员技师，换流站值班员高级工，从事变电运行工作。（E-mail）；周丽花（1991），女，学士学位，云南电网有限责任公司文山供电局电力调度中心初级调度员，助理工程师，变电站值班员高级工，从事电力调度工作。（E-mail）；邓跃祥（1996），男，学士学位，云南电网有限责任公司文山供电局 500kV 富宁换流站高级值班员，助理工程师，变电站值班员高级工，从事变电运行工作。（E-mail）。