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特高压换流站站用电备自投越级动作的故障分析及改进措施

发布于:2022-11-23 17:08:23 来自:电气工程/电气工程原创版块 [复制转发]

知识点:特高压直流换流站

1  特高压换流站站用电简介


特高压淮安换流站站用电系统如图1所示。站用电采用3路独立电源供电,其中主用电源2路,备用电源1路。第一路主用电源取自本站500kV 4M母线,经500kV/10kV降压变压器接入10kV 1M;第二路主用电源引自1000kV邻建特高压盱眙站110kV/10kV降压变压器10kV侧,经10kV高压电缆引接至本站10kV 2M。

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图1  特高压淮安换流站站用电系统

备用电源引自35kV王店变电站,经本站内35kV/10kV降压变压器后接入10kV0M。10kV 1M通过111B、113B、121B、123B、101B站用变压器带400V极1高端阀组Ⅰ段P1HA、极1低端阀组Ⅰ段P1LA、极2高端阀组Ⅰ段P2HA、极2低端阀组Ⅰ段P2LA、站公用Ⅰ段SA;10kV 2M通过112B、114B、122B、124B、102B站用变压器带400V极1高端阀组Ⅱ段P1HB、极1低端阀组Ⅱ段P1LB、极2高端阀组Ⅱ段P2HB、极2低端阀组Ⅱ段P2LB、站公用Ⅱ段SB。

特高压淮安换流站站用电10kV电源采用两主一备的动作逻辑:①当主用电源进线失电压且备用电源电压正常时,备自投装置自动延时分开主用电源进线开关,合上联络开关,投入备用电源;②当主用电源恢复供电后,备自投装置自动分开联络开关,合上主用电源进线开关;③当备用电源进线失电压时,备自投装置不动作。

400V电源采用两路电源分列运行的备自投逻辑:①当一路电源进线失电压且另一路电源电压正常时,备自投装置自动分开故障电源进线开关合上联络开关,两段母线并列运行;②当故障电源恢复供电后,备自投装置自动延时分开母联开关再自动合上该路电源进线开关。

根据备自投先投电源侧、再投负荷侧的设计原则,为防止备自投越级动作,10kV备自投动作时间小于400V备自投动作时间,即当一路10kV主用电源故障后,10kV备自投首先动作,若动作不成功则由400V备自投作为后备动作。

2  故障过程分析

2019年6月2日11:08,淮安换流站执行10kV备自投验证试验。执行方式一试验,如图2所示,拉开511B进线开关51A3,51A3开关拉开1.5s后10kV 1M进线开关D101自动拉开,但母联开关D110未自动合上,10kV备自投未正确动作。4.5s后400V备自投越级动作,400V母线P1HA、P1LA、P2HA、P2LA、SA的进线开关D411、D413、D421、D423、D401自动拉开,母联开关D410、D420、D430、D440、D450开关自动合上。

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图2  方式一试验

现场检查淮安换流站的事件顺序记录(sequence of event, SOE)发现,在51A3开关断开后,D110开关报出未储能信号(现场检查该开关实际状态为已储能),随后报出10kV站用电备自投闭锁信号。现场检修人员随即对后台的SOE进行了详细的梳理,见表1。

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表1  故障过程的SOE

3  故障原因分析

查看站用电控制逻辑,发现D110开关控制模块中,在合开关时,若判断开关处于未储能状态,则立即闭锁合闸命令,如图3所示。同时检查10kV备自投闭锁逻辑,当D101、D102、D103、D110、D120开关动作失败(命令下发2s后,开关位置未完成分合操作)时,立即闭锁10kV备自投功能,如图4所示。 

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图3  开关未储能闭锁逻辑

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图4  备自投闭锁逻辑
 
由于10kV备自投闭锁,10kV 1M进线一直处于欠电压状态,其所带的400V母线P1HA、P1LA、P2HA、P2LA、SA均处于欠电压状态。延时4.5s后,400V备自投拉开进线开关D411、D413、D421、D423、D401,合上母联开关D410、D420、D430、D440、D450。400V备自投动作后,D110开关未储能信号消失。整个备自投动作过程如图5所示。

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图5  备自投动作过程

经判断,备自投逻辑及动作过程正确。本次10kV备自投越级动作是由于母联开关D110错误报出未储能信号造成的。10kV开关柜使用的断路器为ABB VD4型真空断路器,为弹簧储能机构。弹簧机构的断路器,合闸操作之后会立即给合闸弹簧储能,以确保能够进行一次分-合-分操作,母联开关储能回路如图6所示。

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图6  母联开关储能回路

由于开关需要向两套站用电接口屏(station auxiliary power system interface, SPI) A、SPI B分别上传合闸弹簧未储能信号,而VD4本体只提供了一对合闸弹簧未储能信号触点(一常开、一常闭),无法满足实际需求。故在控制回路中通过串入中间继电器CR的方法获得了两副常闭报警触点,该中间继电器接入图6所示的220V单相交流回路中。

该220V交流信号取自站公用Ⅰ段SA,由10kV 1M供电,试验时拉开51A3开关后,10kV 1M失电,连带着挂在10kV 1M上的站公用Ⅰ段SA失电,从而导致CR中间继电器失电向两套控制系统报“合闸弹簧未储能”信号,控制系统执行闭锁程序,母联开关D110无法合上。

4  改进措施

修改开关信号回路接线,取消X3:1A与X3:1之间的短接线,改连至直流正电公共端X161L+:12,取消X3:5与X3:4之间的短接线,改连接至直流负电公共端X161L?:12。将中间继电器CR与合闸弹簧未储能信号触点接入直流电源回路,改进后的母联开关储能回路如图7所示。

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图7  改进后的母联开关储能回路

修改接线后重新进行方式一试验,拉开511B进线开关51A3,51A3开关拉开1.5s后10kV 1M进线开关D101自动拉开,随后母联开关D110自动合上,10kV备自投正确动作。

5  结论

特高压换流站对站用电的供电可靠性要求极高,因此除了采用三路独立的电源供电外,还设计了10kV与400V两级备自投功能来提高其可靠性。为保证两级备自投功能的正常运行,根据先投电源侧、再投负荷侧的设计原则,特高压换流站内的10kV备自投应先于400V备自投动作。

本文针对一起特高压换流站的备自投越级动作进行了深入的分析,指出了故障原因为10kV开关信号回路设计错误。针对该原因,本文提出了相应的改进措施,并通过后续的试验验证了改进措施的有效性,对后续新建特高压换流站的建设有一定的指导意义。


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这个家伙什么也没有留下。。。

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