两起换流站直流滤波器保护起动分析_闫全全.pdf

LOW CARBON WORLD 2022/11两起换流站直流滤波器保护起动分析闫全全，肖江龙，钱逸磊，黄致远，左威（国网上海市电力公司超高压分公司，上海 201708）【摘要】为解决高压直流输电换流站在热备用时直流滤波器保护两次异常起动的问题，对异常起动时的保护录波和直流线路行波测距装置的数据进行综合研究，得出两次异常起动均为站外直流线路遭受雷击导致的结论，以期为换流站运维相关人员提供参考。【关键词】换流站；直流滤波器保护；保护起动【中图分类号】TM48【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）11-0103-030引言2022 年 3 月 16 日、3 月 17 日，某500 kV 换流站在双极大地回线全压方式热备用时，各发生了一次直流滤波器保护启动事件，当时换流站附近天气为多云，这两起保护启动事件均在高压直流系统未运行、未输送功率的情况下发生，为运维多年以来首次遇到，具有重要的分析意义，本文对这两起事件进行分析，为后续运维工作提供参考借鉴。1异常情况（1）第一次异常。3 月 16 日 18：33：59，极 1 直流滤波器 BD13 保护 A、B 发生“差动启动或变化量差动启动出现”“不平衡启动出现”，极 2 直流滤波器BD22 保护 A、B 发生“不平衡启动出现”，P1PPRA/B、P2PPRA/B 发生“检测到系统扰动”，以上报警均瞬时复归。具体报警事件如表 1 所示1。对极 1 直流滤波器 BD13、极 2 直流滤波器BD22 保护装置进行检查，装置运行正常，4 套装置告警记录与后台报文一致，4 套装置均无自检异常信息，DSP 采样值、CPU 采样值均为 0，符合现场工况；现场检查直流滤波器一次设备未发现异常。（2）第二次异常。3 月 17 日 01：04：04，极 2 直流滤波器 BD23 保护 A 发生“差动启动或变化量差动启动出现”，报警瞬时复归。具体报警事件如表 2所示。对极 2 直流滤波器 BD23 保护装置进行检查，装置运行正常，装置告警记录与后台报文一致，装置无自检异常信息，DSP 采样值、CPU 采样值均为0，符合现场工况；现场检查直流滤波器一次设备未发现异常2。2第一次异常分析2.1保护动作情况检查直流滤波器保护装置的内部记录，极 1 直流滤波器 BD13 保护 A 出现稳态差动起动、变化量差动起动、不平衡起动；极 1 直流滤波器 BD13 保护B 出现稳态差动起动、变化量差动起动、不平衡起动；极 2 直流滤波器 BD22 保护 A 出现不平衡起动；极 2 直流滤波器 BD22 保护 B 出现不平衡起动。以上装置内部记录与监控后台事件一致3。由于保护启动的两组直流滤波器分别位于极 1和极 2，且均为双套保护启动，因此排除直流滤波器保护装置异常，判断为直流滤波器外部故障。2.2直流滤波器故障分析直流滤波器保护（南瑞继保公司 RCS-976D 装置）可以记录差动保护起动时的录波4，3 月 16 日极1 直流滤波器 BD13 差动保护启动录波如图 1 所示，可见流过两个电容器 CT 的电流方向始终一致，因此判断本次电容器没有故障，也没有发生接地等异常，现场检查也未发现电容器等设备异常。对比 2022 年 1 月 31 日 BD13 直流滤波器电容器真实故障时的差动启动录波（图 2），可见在电容器存在故障时，流过两个电容器 CT 的电流方向相反，而 3 月 16 日录波与此不同，因此判断 3 月 16 日BD13 直流滤波器电容器未发生击穿等故障5。极 2 直流滤波器 BD22 保护仅不平衡保护起动，RCS-976D 不产生录波，检查现场电容器正常。2.3异常原因分析查看本换流站南瑞继保公司 PCS-9500 控保系统极 1、极 2 直流保护 PPRA/B 系统录波，均可见交流网侧三相电压正常，异常前极 1 极母线电压-51 kV，极 2 极母线电压 29 kV。异常时刻极母线、电流突然获得能量，然后开始振荡衰减，在录波中第一个异常波动时，极 1 极母线电压为负、极母线电流为负，因此功率为正，与正常送电时功率正负一致，判断为站外能量从极 1 极母能源管理103DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.11.012LOW CARBON WORLD 2022/11图1 3月16日极1直流滤波器BD13差动保护启动录波线瞬间进入站内；极 2 极母线电压为正、极母线电流为负，因此功率为负，与正常送电时功率正负一致，判断为能量从极 2 极母线送往站外。异常后录波中第一个异常波动时，极 1 极母线电压达-408 kV、极母线电流达-533 A，极 2 极母线电压只为 18 kV、极母线电流-106 A，由于极 1 电压电流比极 2 大许多，推测极 1 线路遭受雷击，然后极1 影响极 2，能量从极 1 线路进入站内经极 1 直流滤波器、极 2 直流滤波器后再从极 2 线路流出，随后双极电压或电流频繁正负振荡衰减，能量从极 1、极 2线路之间来回流入流出衰减；同时，极 1、极 2 阀塔高压两侧 CT 及中线线侧 CT 这 4 个电流值都很小，在10 A 以内波动，判断换流器没有发生误触发引起的交流侧能量送往直流线路情况。时间系统事件2022 年 3 月 16 日 18：33：59：033极 1 直流滤波器 BD13 保护 A起动出现（相对时间：0，故障序号：0）2022 年 3 月 16 日 18：33：59：033极 1 直流滤波器 BD13 保护 A差动启动或变化量差动启动出现2022 年 3 月 16 日 18：33：59：033极 1 直流滤波器 BD13 保护 B起动出现（相对时间：0，故障序号：0）2022 年 3 月 16 日 18：33：59：033极 1 直流滤波器 BD13 保护 B差动启动或变化量差动启动出现2022 年 3 月 16 日 18：33：59：034极 1 直流滤波器 BD13 保护 A不平衡启动出现2022 年 3 月 16 日 18：33：59：034极 1 直流滤波器 BD13 保护 B不平衡启动出现2022 年 3 月 16 日 18：33：59：038极 2 直流滤波器 BD22 保护 A不平衡启动出现2022 年 3 月 16 日 18：33：59：038极 2 直流滤波器 BD22 保护 B不平衡启动出现2022 年 3 月 16 日 18：33：59：142PIPPRA 保护检测到系统扰动出现2022 年 3 月 16 日 18：33：59：143PIPPRB 保护检测到系统扰动出现2022 年 3 月 16 日 18：33：59：146P2PPRB 保护检测到系统扰动出现2022 年 3 月 16 日 18：33：59：148P2PPRA 保护检测到系统扰动出现2022 年 3 月 16 日 18：33：59：154PIPPRA 保护检测到系统扰动消失2022 年 3 月 16 日 18：33：59：155PIPPRB 保护检测到系统扰动消失2022 年 3 月 16 日 18：33：59：158P2PPRB 保护检测到系统扰动消失2022 年 3 月 16 日 18：33：59：160P2PPRA 保护检测到系统扰动消失2022 年 3 月 16 日 18：33：59：540极 1 直流滤波器 BD13 保护 A差动启动或变化量差动启动消失2022 年 3 月 16 日 18：33：59：540极 1 直流滤波器 BD13 保护 B差动启动或变化量差动启动消失2022 年 3 月 16 日 18：33：59：549极 1 直流滤波器 BD13 保护 A不平衡启动消失2022 年 3 月 16 日 18：33：59：549极 1 直流滤波器 BD13 保护 B不平衡启动消失2022 年 3 月 16 日 18：33：59：553极 1 直流滤波器 BD13 保护 A差动启动或变化量差动启动消失2022 年 3 月 16 日 18：33：59：553极 1 直流滤波器 BD13 保护 B差动启动或变化量差动启动消失2022 年 3 月 16 日 18：33：59：681极 2 直流滤波器 BD22 保护 B不平衡启动消失2022 年 3 月 16 日 18：33：59：687极 2 直流滤波器 BD22 保护 A不平衡启动消失表1第一次直流滤波器保护启动事件时间系统事件2022 年 3 月 17 日 01：04：04：305极 2 直流滤波器 BD23 保护 A起动出现（相对时间：0，故障序号：0）2022 年 3 月 17 日 01：04：04：305极 2 直流滤波器 BD23 保护 A差动启动或变化量差动启动出现2022 年 3 月 17 日 01：04：04：801极 2 直流滤波器 BD23 保护 A差动启动或变化量差动启动消失表2第二次直流滤波器保护启动事件能源管理104LOW CARBON WORLD 2022/11图2 1月31日BD13直流滤波器电容器真实故障时的差动启动录波2.4直流线路故障测距情况直流系统没有运行的情况下，由于线路上没有电流，故障测距装置正常，无法检测线路故障。本换流站科汇故障测距装置记录到了本次异常时的扰动时刻，送端站答复在同一时刻其科汇故障测距装置并没有产生任何事件记录。结合进入本换流站线路能量很大的情况，推测极 1 线路雷击点距本换流站很近，也因此导致送端站没有检测到行波扰动。3第二次异常分析3.1保护动作情况检查直流滤波器保护装置的内部记录，极 2 直流滤波器 BD23 保护 A，稳态差动起动。装置内部记录与监控后台事件一致。3.2 BD23直流滤波器故障分析3 月 17 日，极 2 直流滤波器 BD23 保护 A 生成了录波，经查看，流过两个电容器 CT 的电流方向始终一致，也不符合电容器故障和接地故障特征，因此判断本次电容器没有故障，也没有发生接地等异常，现场检查也未发现电容器等设备异常。3.3异常原因分析PCS-9500 控保系统未产生录波。从上文直流滤波器录波来看，流过两个电容器 CT 的电流同步在正负振荡衰减，本次电流先变负，因此推测有外部能量从极 2 直流线路进入站内。3.4直流线路故障测距情况换流站科汇故障测距装置记录到了本次异常时的扰动时刻，送端站科汇故障测距装置也记录到了时刻，用两站数据进行人工计算，得到故障点距离本换流站 620 km，距离送端站 485 km，咨询科汇厂家答复直流未送电情况下的扰动数据无效。4结语通过对比异常时的波形与电容器真实故障时的波形，分析站内外能量传送方向和直流线路行波故障测距装置记录，得出以下两种结论：3 月16 日 18：33：59，极 1 直流线路在距离本换流站较近的地方可能遭受了雷击，导致站内极 1 直流滤波器 BD13 双套保护、极 2 直流滤波器 BD22 双套保护启动，站内设备未发现异常。3 月 17 日 01：04：04，极 2 直流线路可能遭受了轻微雷击，导致站内极 2 直流滤波器 BD23 保护 A 启动，站内设备未发现异常。参考文献1 彭涛，江亚群，黄纯.基于熵值的特高压直流输电线路双端电压保护J.电力系统及其自动化学报，2018，30（5）：75-79，85.2 黄聪，卢雯兴，荣军.直流滤波器差动保护告警分析及隐患排查J.云南电力技术，2018，46（5）：19-22.3 田兵，安群涛，段建东，等.单相开路故障下五相直流无刷电机无位置传感器控制 J.电力自动化设备，2017，37（11）：187-193，210.4 陈意.特高压换流站内光 CT 故障分析及处理J.通信电源技术，2021，38（8）：160-162.5 王焕新.宜都换流站 5631 交流滤波器不平衡保护跳闸故障处理及分析总结J.电力建设，2007，28（7）：19-23.作者简介：闫全全（1984），男，汉族，河南南阳人，本科，高级工程师，主要从事高压直流输电运维工作。肖江龙（1992），男，土家族，湖北宜昌人，本科，助理工程师，主要从事高压直流输电运维工作。钱逸磊（1987），男，汉族，上海人，本科，高级工程师，主要从事高压直流输电运维工作。黄致远（1987），男，汉族，浙江绍兴人，本科，高级工程师，主要从事高压直流输电运维工作。左威（1994），男，汉族，江苏盐城人，本科，助理工程师，主要从事高压直流输电运维工作。能源管理105