兴安直流输电工程直流滤波器C电容器不平衡保护动作情况分析

高肇、兴安直流输电工程直流滤波器C1电容器不平衡保护动作情况分析 * 欢迎词 * 高肇、兴安直流输电工程 直流滤波器C1电容器不平衡保护动作情况分析 本次汇报的主要内容 * 高肇、兴安直流输电工程 直流滤波器C1电容器不平衡保护动作情况分析 * 高肇、兴安直流滤波器C1不平衡保护的现状 高肇、兴安直流系统自从投运以来，多次出现直流滤波器保护误动使直流滤波器退出运行的异常，针对这一问题，07年至今已多次对直流滤波器相关保护软件的逻辑进行了升级，但直流滤波器C1不平衡保护误动的情况依然存在。 直流系统虽然具备以上优点，但是所对应的也会带来各类问题需要解决。 其中长距离输电中，线路遭受各类故障时导致直流闭锁的问题尤为突出。 * 高肇、兴安直流输电工程 直流滤波器C1电容器不平衡保护动作情况分析 * 直流滤波器C1不平衡保护基本原理 高肇、兴安直流系统的直流滤波器保护均基于SIEMENS公司的SIMADYN D平台，电容器采用分支接线，如右图所示，将电容器分成容量相等的两个支路，当某一支路中电容器有损坏时，两个支路中的谐波电流就会出现不平衡，根据这一特征就可以迅速检测到故障。 * 直流滤波器C1不平衡保护基本原理 高压直流输电在远距离、大容量输送电能时具有显著优势。 * 直流滤波器C1不平衡保护基本原理 1、C1电容器不平衡保护的判据 C1电容器不平衡保护主要由静态段和动态段组成： （1）静态段：静态段主要用于反应C1不平衡电流的累积效应，判据为 出口时间800ms。 （2）动态段：动态段主要用于反应C1不平衡电流的变化量 ，判据为出口时间800ms。 其中，ITD/ITS为C1电容器两侧桥臂之间的差电流与和电流的比值，取12次（600Hz）谐波量。 * 直流滤波器C1不平衡保护基本原理 2、C1电容器不平衡保护的动作后果及投入条件 C1电容器不平衡保护的动作结果为： ITS < 100A，退出该组直流滤波器； ITS > 100A，相应极ESOF，并退出该组直流滤波器。 C1电容器不平衡保护C1不平衡保护在满足以下条件时才投入： （1）总谐波和电流大于5%（有效值6.6A）； （2）在直流滤波器刚投入时，保护被闭锁1002ms，以防止滤波器投入操作时的扰动引起保护误动作。 * 直流滤波器C1不平衡保护基本原理 3、C1电容器不平衡保护的实现逻辑 C1电容器不平衡保护的软件图如图2所示，图中ITD/ITS 标示为IR11/IT1。 * 高肇、兴安直流输电工程 直流滤波器C1电容器不平衡保护动作情况分析 * 直流滤波器C1电容器不平衡保护软件升级情况介绍 自2007年以来，对高肇、兴安直流系统的直流滤波器C1电容器不平衡保护软件逻辑提出过两部分修改方案，主要修改内容为： 1、第一次修改方案 （1）C1电容器不平衡保护动态段和静态段的正、负定值越限判据分别进行800ms延时出口； （2）将防止直流滤波器刚投入时保护误动作的闭锁时间由600ms改为1000ms； （3）在计算IR11/IT1时，分母IT1加最小值为1％的限制。同时为减小CPU的负荷率，将计算IR11/IT1的功能块由功能包FP-FILTER移至功能包FP-EVALUA； （4）C1电容器不平衡保护动作时，增加总谐波电流IT1_GD的TRACE录波。 1、第二次修改方案 （1）C1电容器不平衡保护动态段在满足现有动作条件的情况下需同时满足“|IR11/IT1|>Δ1”才允许保护出口； （2）C1电容器不平衡保护在“|IR11/IT1|<Δ2”持续600ms后将积分器复位。 直流系统虽然具备以上优点，但是所对应的也会带来各类问题需要解决。 其中长距离输电中，线路遭受各类故障时导致直流闭锁的问题尤为突出。 * 高肇、兴安直流输电工程 直流滤波器C1电容器不平衡保护动作情况分析 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 本章节案例分析将结合直流滤波器C1不平衡保护的两次升级进行讲解。 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 1、软件逻辑未升级前的C1电容器保护动作典型案例 在直流滤波器保护软件未升级之前，高肇、兴安直流C1不平衡保护历史动作典型波形如下图所示： （1） 高坡站2006年6月5日IR11/IT1 Trace波形 （2）高坡站2008年1月21日IR11/IT1 Trace波形 （3）高坡站2009年5月19日IR11/IT1 Trace波形 （4）深圳站2009年5月10日IR11/IT1 Trace波形 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 从本阶段C1电容器不平衡保护动作的IR11/IT1录波波形可以看出，IR11/IT1在超过正、负定值两个方向快速不规则跳变，而单个方向超过定值的连续时间均未达到出口时间800ms，这与直流滤波器C1电容器内部真正发生故障时的波形不一致。造成这种情况是由于当前运行版本软件中动态段和静态段的800ms延时逻辑均放在或逻辑之后，因此当IR11/IT1交替满足正、负定值动作判据时造成保护的误动作。 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 2、对直流滤波器C1不平衡保护进行的第一次升级 针对以上问题，2010年2月对高肇直流C1电容器不平衡保护软件逻辑进行了第一次软件升级：将动态段和静态段分别经800ms延时后出口。 （1）C1电容器不平衡保护动态段修改后的逻辑图 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 同时针对深圳站2009年5月10日IR11/IT1 Trace波形中数值在+200%与-200%之间波动的情况，为使直流滤波器正常运行时IR11/IT1的值不出现±200%之间快速不规则变化，将分母IT1加最小值1%的限定。 修改前IT1未作最小值限定（FP-FILTER） 修改后IT1最小值限定为1%（FP-EVALUA） * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 3、对直流滤波器C1不平衡保护第一次升级后保护误动案例 在对高肇直流滤波器C1不平衡保护升级后两个月，即2010年4月13日，高坡换流站再次发生直流滤波器C1不平衡保护动作的情况，经检查直流滤波器相关一次设备及二次回路均未发现异常。TRACE波形如图 4月13日高坡换流站IR11/IT1 Trace波形 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 本次IR11/IT1动作波形与历次动作波形的明显区别是：本次保护动作时刻前的800ms时间段内IR11/IT1的值较小，但在-800ms左右时刻前的一段时间内（持续时间超过800ms）在超过正、负定值之间跳变；而历次保护动作时刻前后IR11/IT1的值均在超过正、负定值间跳变。造成这种现象的原因为2010年2月对高肇直流C1不平衡保护程序进行了升级后，C1电容器不平衡保护动态段和静态段的正、负定值越限判据改为分别进行800ms延时出口，因此在IR11/IT1在超过正、负定值间跳变时保护不会动作。 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 本次保护动作原因： 根据历次保护动作情况及RTDS仿真试验情况，本次C1不平衡保护动作原因可初步确定为：在t=-800ms左右（IR11/IT1= -13.886）扰动消失后，IR11/IT1的值保持在±4%附近波动，而此时积分器的输出B220.Y长时间保持一个很高的数值（扰动数据IR11/IT1在偏向超过正方向定值的数据较多），在-800ms到0ms 之间，因积分器B220.Y的值很大，而IR11/IT1的值又较小， 的值在800ms内持续超过保护动作定值，导致C1不平衡保护最终动作。 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 4、对直流滤波器C1不平衡保护进行第二次升级 根据上述案例，2010年2月升级的程序能够有效防止扰动过程中保护的误动作问题，这与反施的实施目标是一致的；但根据第一次升级后的C1不平衡保护软件 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 逻辑，对于扰动持续时间较长、在扰动消失后C1不平衡保护仍有动作的可能，需要增加防扰动闭锁逻辑以防止类似保护误动作的发生。因此，在2010年10月对高肇、兴安直流进行了第二次直流滤波器C1不平衡保护软件升级。改进方案逻辑修改内容为： （1）C1不平衡保护快速段在满足现有动作条件的情况下需同时满足“|IR11/IT1|>15%”才允许保护出口。 （2）C1不平衡保护在“|IR11/IT1|<20%”持续600ms后将积分器复位。 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 具体软件逻辑修改如图所示： 修改逻辑部分1 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 具体软件逻辑修改如图所示： 修改逻辑部分2 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 5、对直流滤波器C1不平衡保护进行第二次升级后的误动案例 进行了第二部分保护软件逻辑升级后，2010年11月01日宝安换流站极2 021LB直流滤波器C1电容器不平衡保护动作导致该直流滤波器退出运行。检查直流滤波器相关一次设备及二次回路均未发现异常。现场读取的极2直流滤波器保护TRACE录波图如下： * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 录波显示，021LB直流滤波器两套保护屏内TRACE录波图基本一致，并且在保护动作时刻前2000ms开始，差电流ITD、和电流ITS均发生了比较大的跳变，初步判断为系统扰动造成。根据ITD/ITS（差点流与和电流比值）的波形,可以看出系统出现了两次扰动，在-800ms时刻，第二次扰动消失，根据TRACE文件，此时差电流ITD减小到大概为0.5%，和电流ITS变为3.9%，同时差电流与和电流的比值ITD/ITS约为14%，（该数据比正常时刻数值要大，初步怀疑一次的电容器桥臂出现不平衡的情况）但是并没有超过定值。但是从保护软件逻辑图中我们可以发现，C1不平衡保护动态段的判据是由当前差电流与和电流的比值ITD/ITS与积分器模块的当前值（图中B220.Y）做差取绝对值（ ）再与定值30.3%进行比较，判断保护是否出口。 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 动态段出口逻辑判据 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 由以上分析，第二次系统扰动消失后，鉴于15S的时间常数，在800ms内积分器的数值变化可以理解为非常小，因此ITD/ITS与积分器的当前值（B220.Y）做差的绝对值将超过30.3%的动态段定值而导致保护出口。 对此，为了防止上述情况即大扰动消失后的动态速动段的情况，对于软件逻辑还进行如下修改： （I）C1 不平衡保护快速段在满足现有动作条件的情况下需同时满足“|IR11/IT1|>13.43%”持续20ms，才允许保护出口。 （II）C1 不平衡保护在“|IR11/IT1|<16.86%”持续600ms 后将积分器复位。 * C1电容器保护动作典型案例及相应的改进措施 对于第一个条件，通过TRACE数据可以看出，在-20ms到0ms时间段，|IR11/IT1|的值均大于13.43%，此数据较正常数据来说偏大，导致该条件满足，开放保护出口。 对于第二个复归积分器的条件，通过TRACE数据可以看出，-800ms到0ms时间段内在还出现过多次比较小的扰动，-580ms左右|IR11/IT1|的值达到过24%，因此该复归积分器的条件也不满足。 综上所述，本次直流滤波器保护动作出口主要是由于系统干扰所致，同时由于一次电容器设备可能存在桥臂的不平衡，导致进行升级之后的保护软件算法无法有效闭锁保护出口。 * 高肇、兴安直流输电工程 直流滤波器C1电容器不平衡保护动作情况分析 * 结论及建议 1、目前高肇、兴安直流输电工程的直流滤波器C1电容器不平衡保护软件逻辑存在较大缺陷，尽管已多次进行了软件逻辑的优化升级，但是由于直流系统运行方式的多样性以及谐波电压、电流的多变性，导致很难在现有的保护软件逻辑平台上完全避免系统扰动对保护带来的不良影响； 2、建议考虑将目前的高肇、兴安直流输电工程的直流滤波器C1电容器不平衡保护作为试验平台，通过不断的在运行过程中暴露问题、解决问题，提高对直流输电系统运行维护能力； 3、建议考虑参考国内外其它直流工程运行情况良好的直流滤波器C1电容器不平衡保护软件逻辑； 4、建议考虑在电容器接线方式、电流互感器配置及选型等方面进行进一步的研究。 * 高肇、兴安直流输电工程 直流滤波器C1电容器不平衡保护动作情况分析 谢谢各位专家领导！ 欢迎词 * 本次汇报的主要内容 * * 直流系统虽然具备以上优点，但是所对应的也会带来各类问题需要解决。 其中长距离输电中，线路遭受各类故障时导致直流闭锁的问题尤为突出。 * * * 高压直流输电在远距离、大容量输送电能时具有显著优势。 * * * * * 直流系统虽然具备以上优点，但是所对应的也会带来各类问题需要解决。 其中长距离输电中，线路遭受各类故障时导致直流闭锁的问题尤为突出。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *