换流站直流分压器隔离放大器失电后二次电压异常原因分析.pdf

第26卷 第4期2023年8月Vol.26 No.4Aug.2023山东电力高等专科学校学报Journal of Shandong Electric Power College换流站直流分压器隔离放大器失电后二次电压异常原因分析石丹丹，宋慧慧，丁厦，邱烽（国网山东省电力公司超高压公司，山东济南250118）摘要：沂南换流站调试期间发现直流分压器隔离放大器失电后会输出反向高电压，造成直流系统扰动，存在单一元件故障导致直流闭锁的隐患。为解决该问题，采用RTDS进行仿真，结果表明当直流分压器隔离放大器的额定电压为25 V时，由于滤波回路存储能量大，失电后释放的能量不能快速衰减，输出出现反向高电压的现象，将其更换为额定电压为10 V的隔离放大器后，无反向输出电压。关键词：换流站；直流分压器；隔离放大器中图分类号：TM721.1文献标志码：B文章编号：2096-9104（2023）04-0017-04Cause Analysis of Abnormal Secondary Voltage After Power Failureof DC Voltage Divider Isolation Amplifier in Converter StationSHI Dandan，SONG Huihui，DING Sha，QIU Feng（State Grid Shandong Electric Extrahigh Voltage Company，Jinan 250118，China）Abstract：During the commissioning of Yinan converter station，it was found that the isolation amplifier of DC voltage dividerwould output reverse high voltage after power failure，leading to the disturbance of the DC system and hidden danger of DC locking resulting from a single component fault.RTDS is utilized for simulation in order to solve this problem.The results reveal thatwhen the rated voltage of DC voltage divider isolation amplifiers is 25 V，the large amount of energy is stored in the filtering circuit，the energy released after power failure cannot decay quickly，resulting in reverse high voltage output.When the isolation amplifier is replaced by one with the rated voltage of 10 V，no reverse high voltage is output.Keywords：converter station；DC voltage divider；isolation amplifier0引言自锦苏直流工程之后，为实现直流分压器二次回路与控制保护测量板卡的隔离，二次回路为电信号传输的直流分压器均采用隔离放大器，避免测量板卡故障对整个直流分压器二次回路的影响1。沂南换流站调试期间发现极母线直流分压器隔离放大器失电后会输出反向高电压，造成直流系统扰动，若对站（整流侧）发生同样的问题，将导致直流闭锁，存在单一元件故障造成直流闭锁的隐患。本文针对这一异常现象进行波形仿真及研究，发现采用额定电压为25 V的直流分压器隔离放大器时，存在失电后输出高电压的问题，采用额定电压为10 V的直流分压器隔离放大器时，不存在该问题。建议采用额定电压为25 V的直流分压器隔离放大器的换流站利用停电检修的机会进行换型，消除隐患，保证直流系统的安全稳定运行。1直流分压器原理1.1直流分压器的作用直流分压器是直流输电系统中的重要测量设备，其作用是在满足相应准确度的前提下，将一次侧的直流高电压按比例转换成二次侧控制、保护、测量、录波等装置需要的低电压，保证直流输电系统的收稿日期：2023-05-02作者简介：石丹丹（1989），女，硕士，工程师，研究方向为特高压换流阀冷却系统、直流控制保护系统运检。编辑部收稿邮箱：17山东电力高等专科学校学报第26卷 第4期Vol.26 No.4安全稳定运行2。1.2直流分压器原理沂南换流站作为受端站，每极高低端阀组分别接入500 kV、1000 kV交流电网。高低端阀组对应的换流变压器相关参数不同，如换流变压器分接头档位数、分接头调节步长等，不易完全同步调节，与常规特高压直流工程不同，需要对两个换流器进行独立精准控制，实现各自的控制目标。因此，在沂南换流站高低端阀组之间增加了一个直流分压器，测量高低端阀组连接点电压，用于阀组电压控制及阀组电压平衡控制，其控制策略也进行了相应调整。沂南站作为分层接入的特高压换流站，直流分压器主要分布于极母线区域、高低端阀组之间、中性母线区域，均采用 SF6气体绝缘，具体位置如图 1所示。图1直流分压器安装位置直流分压器应保证为每个电压信号提供六路独立的模拟信号输出。每个通道具有独立的低通滤波器、高稳定性电阻二次分压器及隔离放大器，任一路输出通道故障都不应导致其他输出通道信号异常。测量回路应具备完善的自检功能，当测量回路或电源异常时，应给控制或保护装置提供防止误出口的信号。二次输出端子与地之间应具有过电压保护装置，过电压保护装置的放电电压应不大于0.5 kV。1.3直流控制系统正常运行情况下，整流侧通过电流控制器快速调节触发角来保持直流电流恒定；逆变侧通过快速调节关断角来控制直流电压。与之对应的是整流侧换流变压器分接头控制维持触发角恒定，逆变侧换流变压器分接头控制维持直流电压恒定3。外特性曲线如图2所示，随着交流系统电压下降，整流侧触发角调节至最小角度仍不能将电流控制在指令值，整流侧最小触发角控制曲线将与逆变侧正斜率控制曲线（AB）有交点，交流电压继续下降后逆变侧的电流调节器起作用，通过控制整流侧的最小触发角来控制电压4。图2外特性曲线2直流分压器隔离放大器失电闭锁异常及仿真波形分析2.1直流分压器隔离放大器失电闭锁异常沂南站调试期间，试验时发现极母线直流分压器隔离放大器失电后，会输出峰值为-3500 kV左右的反向电压，折合到隔离放大器侧实际输出值为-21 V左右，衰减时间为3 s左右，如图3所示。图3隔离放大器失电后的电压波形2.2整流侧和逆变侧隔离放大器失电仿真波形分析利用RTDS（real time digital simulation，RTDS）对整流侧和逆变侧极母线隔离放大器失电进行仿真，发现若整流侧主用系统的极母线隔离放大器失电，18控制系统测量到反向高电压，控制方式由电流控制切换为熄弧角电压控制，触发角升高至160左右，直流电压降低，直流电流降至0 A，具体仿真波形如图4所示。（a）极母线直流电压（b）中性母线直流电流（c）测量值和指令值（d）直流电流指令值（e）最大值图4整流侧极母线隔离放大器失电后的仿真波形控制系统实时检测极母线直流电压的计算值与测量值，若相差较大，将发故障报警信号并切换系统。但直流电流降至0 A后，控制系统会退出直流电压检测功能，导致直流电压长时间不能恢复，若其低于直流线路低电压保护定值0.3 p.u.且超过4 s，重启不成功后闭锁极。直流控制功能逻辑框图如图5所示。正常运行时，直流系统控制器通过互相限幅来实现控制方式的转换，整流、逆变两侧熄弧角控制器均限制电压控制器输出的最大值，整流侧电压控制器限制电流控制器输出的最小值，逆变侧电压控制器限制电流控制器的最大值。逆变侧主用系统极母线直流分压器隔离放大器失电后，电压控制器动作减小触发角以降低直流电压，若控制系统检测到直流电压低于0.6 p.u.，则将关断角调整为熄弧角控制的输出值，以避免直流电压持续降低，具体仿真波形如图6所示。同时由于直流电流不为0 A，控制系统检测到极母线直流电压的计算值和测量值相差较大，延时1 s切换系统，直流系统恢复，未导致闭锁。整流侧和逆变侧中性母线直流分压器隔离放大器失电后，如果控制系统检测到中性母线电压的测量值与计算值相差较大也会切换系统，不会导致直流闭锁。图5直流控制功能逻辑框图石丹丹，等：换流站直流分压器隔离放大器失电后二次电压异常原因分析19山东电力高等专科学校学报第26卷 第4期Vol.26 No.4（a）频母线直流电压（b）中性母线直流电流（c）测量值和指令值（d）直流电流指令值（e）最大值图6逆变侧极母线隔离放大器失电后的仿真波形3解决措施目前站内所能用的直流分压器隔离放大器有 2 种型号，额定电压分别为10 V和25 V，其中额定电压为25 V 的隔离放大器存在失电后输出高电压的问题，额定电压为10 V 的隔离放大器不存在该问题。额定电压为10 V 的隔离放大器失电后，其输出电压直接降至0 V，未出现反向高电压。额定电压为10 V 的隔离放大器与额定电压为25 V的隔离放大器的工作原理基本一致，均将直流电压信号变换为方波信号，通过小型变压器实现电气回路的隔离，且输出回路中均配置了阻容滤波回路。额定电压为10 V的隔离放大器的滤波回路储存的能量较少，失电后释放时可被回路吸收并快速衰减。但额定电压为25 V的隔离放大器由于电压相对较高，滤波回路储存的能量多，失电后释放的能量不能快速衰减，导致输出出现反向过压的现象。技术规范要求直流分压器二次回路额定电压为5 V，且极母线直流电压与中性母线直流电压量程分别为1.5倍和4倍额定直流电压。为满足量程要求，极母线直流分压器应选用10 V（2 倍额定电压）量程的隔离放大器，中性母线应选用25 V（5倍额定电压）量程的隔离放大器5。为统一设备型号，设备厂家将扎青直流以后工程中的极母线、阀组间及中性母线直流分压器均选用了25 V 量程的隔离放大器，可能导致直流闭锁。将额定电压为25 V的极母线直流分压器隔离放大器更换为额定电压为10 V的隔离放大器可解决该问题。4结语沂南站调试期间发现直流分压器隔离放大器存在单一元件故障导致直流闭锁的隐患，对该问题进行分析并提出了解决措施，对其他工程具有借鉴意义。对已投运的工程可结合停电检修完成隔离放大器的换型工作。新建工程应避免采用可能带来上述隐患的隔离放大器。对新建工程，建议在技术规范书中明确直流分压器采用光信号传输，避免采用电信号传输带来的屏蔽难以处理、故障后分析困难等问题。参考文献1李浩，杨光，孙豪.800 kV换流站直流线路分压器二次分压板电阻失效原因分析 J.电工技术，2020（15）：123-125.129.2陈小军，何露芽，孙杨，等.800 kV特高压直流与500 kV常规直流控制保护系统比较分析J.华东电力，2012，40（3）：462-466.3汪本进，吴细秀，徐思恩，等.复奉特高压直流分压器二次电压异常原因分析 J.高压电器，2016，52（1）：7-14.4陶瑜.直流输电控制保护系统分析及应用 M.北京：中国电力出版社，2015.5金炜，郭贤珊.国家电网有限公司防止直流换流站事故措施及释义 M.北京：中国电力出版社，2021.20