站用電系統(tǒng)作為特高壓換流站的重要輔助系統(tǒng)，是保證特高壓直流輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。相較于常規(guī)變電站，換流站站用電系統(tǒng)的可靠性要求更高，換流閥的閥冷系統(tǒng)、換流變的冷卻系統(tǒng)、閥廳的空調(diào)系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)均需站用電系統(tǒng)提供電源。當(dāng)站用電系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，站內(nèi)的輔助系統(tǒng)均會(huì)受到影響，換流站甚至?xí)霈F(xiàn)由輔助系統(tǒng)異常引起的雙極強(qiáng)迫停運(yùn)。

為確保站用電供電的可靠性，目前特高壓換流站均采用三路獨(dú)立的電源供電，同時(shí)為保證在丟失任一路電源后不影響設(shè)備的正常運(yùn)行，換流站還設(shè)計(jì)了10kV和400kV兩級(jí)備自投功能。

1 特高壓換流站站用電簡(jiǎn)介

特高壓淮安換流站站用電系統(tǒng)如圖1所示。站用電采用3路獨(dú)立電源供電，其中主用電源2路，備用電源1路。第一路主用電源取自本站500kV 4M母線，經(jīng)500kV/10kV降壓變壓器接入10kV 1M；第二路主用電源引自1000kV鄰建特高壓盱眙站110kV/10kV降壓變壓器10kV側(cè)，經(jīng)10kV高壓電纜引接至本站10kV 2M。

圖1 特高壓淮安換流站站用電系統(tǒng)

備用電源引自35kV王店變電站，經(jīng)本站內(nèi)35kV/10kV降壓變壓器后接入10kV0M。10kV 1M通過111B、113B、121B、123B、101B站用變壓器帶400V極1高端閥組Ⅰ段P1HA、極1低端閥組Ⅰ段P1LA、極2高端閥組Ⅰ段P2HA、極2低端閥組Ⅰ段P2LA、站公用Ⅰ段SA；10kV 2M通過112B、114B、122B、124B、102B站用變壓器帶400V極1高端閥組Ⅱ段P1HB、極1低端閥組Ⅱ段P1LB、極2高端閥組Ⅱ段P2HB、極2低端閥組Ⅱ段P2LB、站公用Ⅱ段SB。

特高壓淮安換流站站用電10kV電源采用兩主一備的動(dòng)作邏輯：①當(dāng)主用電源進(jìn)線失電壓且備用電源電壓正常時(shí)，備自投裝置自動(dòng)延時(shí)分開主用電源進(jìn)線開關(guān)，合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，投入備用電源；②當(dāng)主用電源恢復(fù)供電后，備自投裝置自動(dòng)分開聯(lián)絡(luò)開關(guān)，合上主用電源進(jìn)線開關(guān)；③當(dāng)備用電源進(jìn)線失電壓時(shí)，備自投裝置不動(dòng)作。

400V電源采用兩路電源分列運(yùn)行的備自投邏輯：①當(dāng)一路電源進(jìn)線失電壓且另一路電源電壓正常時(shí)，備自投裝置自動(dòng)分開故障電源進(jìn)線開關(guān)合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，兩段母線并列運(yùn)行；②當(dāng)故障電源恢復(fù)供電后，備自投裝置自動(dòng)延時(shí)分開母聯(lián)開關(guān)再自動(dòng)合上該路電源進(jìn)線開關(guān)。

根據(jù)備自投先投電源側(cè)、再投負(fù)荷側(cè)的設(shè)計(jì)原則，為防止備自投越級(jí)動(dòng)作，10kV備自投動(dòng)作時(shí)間小于400V備自投動(dòng)作時(shí)間，即當(dāng)一路10kV主用電源故障后，10kV備自投首先動(dòng)作，若動(dòng)作不成功則由400V備自投作為后備動(dòng)作。

2 故障過程分析

2019年6月2日11:08，淮安換流站執(zhí)行10kV備自投驗(yàn)證試驗(yàn)。執(zhí)行方式一試驗(yàn)，如圖2所示，拉開511B進(jìn)線開關(guān)51A3，51A3開關(guān)拉開1.5s后10kV 1M進(jìn)線開關(guān)D101自動(dòng)拉開，但母聯(lián)開關(guān)D110未自動(dòng)合上，10kV備自投未正確動(dòng)作。4.5s后400V備自投越級(jí)動(dòng)作，400V母線P1HA、P1LA、P2HA、P2LA、SA的進(jìn)線開關(guān)D411、D413、D421、D423、D401自動(dòng)拉開，母聯(lián)開關(guān)D410、D420、D430、D440、D450開關(guān)自動(dòng)合上。

圖2 方式一試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)檢查淮安換流站的事件順序記錄（sequence of event, SOE）發(fā)現(xiàn)，在51A3開關(guān)斷開后，D110開關(guān)報(bào)出未儲(chǔ)能信號(hào)（現(xiàn)場(chǎng)檢查該開關(guān)實(shí)際狀態(tài)為已儲(chǔ)能），隨后報(bào)出10kV站用電備自投閉鎖信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)檢修人員隨即對(duì)后臺(tái)的SOE進(jìn)行了詳細(xì)的梳理，見表1。

表1 故障過程的SOE

3 故障原因分析

查看站用電控制邏輯，發(fā)現(xiàn)D110開關(guān)控制模塊中，在合開關(guān)時(shí)，若判斷開關(guān)處于未儲(chǔ)能狀態(tài)，則立即閉鎖合閘命令，如圖3所示。同時(shí)檢查10kV備自投閉鎖邏輯，當(dāng)D101、D102、D103、D110、D120開關(guān)動(dòng)作失敗（命令下發(fā)2s后，開關(guān)位置未完成分合操作）時(shí)，立即閉鎖10kV備自投功能，如圖4所示。

圖3 開關(guān)未儲(chǔ)能閉鎖邏輯

圖4 備自投閉鎖邏輯

由于10kV備自投閉鎖，10kV 1M進(jìn)線一直處于欠電壓狀態(tài)，其所帶的400V母線P1HA、P1LA、P2HA、P2LA、SA均處于欠電壓狀態(tài)。延時(shí)4.5s后，400V備自投拉開進(jìn)線開關(guān)D411、D413、D421、D423、D401，合上母聯(lián)開關(guān)D410、D420、D430、D440、D450。400V備自投動(dòng)作后，D110開關(guān)未儲(chǔ)能信號(hào)消失。整個(gè)備自投動(dòng)作過程如圖5所示。

圖5 備自投動(dòng)作過程

經(jīng)判斷，備自投邏輯及動(dòng)作過程正確。本次10kV備自投越級(jí)動(dòng)作是由于母聯(lián)開關(guān)D110錯(cuò)誤報(bào)出未儲(chǔ)能信號(hào)造成的。10kV開關(guān)柜使用的斷路器為ABB VD4型真空斷路器，為彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)。彈簧機(jī)構(gòu)的斷路器，合閘操作之后會(huì)立即給合閘彈簧儲(chǔ)能，以確保能夠進(jìn)行一次分-合-分操作，母聯(lián)開關(guān)儲(chǔ)能回路如圖6所示。

圖6 母聯(lián)開關(guān)儲(chǔ)能回路

由于開關(guān)需要向兩套站用電接口屏（station auxiliary power system interface, SPI） A、SPI B分別上傳合閘彈簧未儲(chǔ)能信號(hào)，而VD4本體只提供了一對(duì)合閘彈簧未儲(chǔ)能信號(hào)觸點(diǎn)（一常開、一常閉），無法滿足實(shí)際需求。故在控制回路中通過串入中間繼電器CR的方法獲得了兩副常閉報(bào)警觸點(diǎn)，該中間繼電器接入圖6所示的220V單相交流回路中。

該220V交流信號(hào)取自站公用Ⅰ段SA，由10kV 1M供電，試驗(yàn)時(shí)拉開51A3開關(guān)后，10kV 1M失電，連帶著掛在10kV 1M上的站公用Ⅰ段SA失電，從而導(dǎo)致CR中間繼電器失電向兩套控制系統(tǒng)報(bào)“合閘彈簧未儲(chǔ)能”信號(hào)，控制系統(tǒng)執(zhí)行閉鎖程序，母聯(lián)開關(guān)D110無法合上。

4 改進(jìn)措施

修改開關(guān)信號(hào)回路接線，取消X3:1A與X3:1之間的短接線，改連至直流正電公共端X161L+:12，取消X3:5與X3:4之間的短接線，改連接至直流負(fù)電公共端X161L◆:12。將中間繼電器CR與合閘彈簧未儲(chǔ)能信號(hào)觸點(diǎn)接入直流電源回路，改進(jìn)后的母聯(lián)開關(guān)儲(chǔ)能回路如圖7所示。

圖7 改進(jìn)后的母聯(lián)開關(guān)儲(chǔ)能回路

修改接線后重新進(jìn)行方式一試驗(yàn)，拉開511B進(jìn)線開關(guān)51A3，51A3開關(guān)拉開1.5s后10kV 1M進(jìn)線開關(guān)D101自動(dòng)拉開，隨后母聯(lián)開關(guān)D110自動(dòng)合上，10kV備自投正確動(dòng)作。

5 結(jié)論

特高壓換流站對(duì)站用電的供電可靠性要求極高，因此除了采用三路獨(dú)立的電源供電外，還設(shè)計(jì)了10kV與400V兩級(jí)備自投功能來提高其可靠性。為保證兩級(jí)備自投功能的正常運(yùn)行，根據(jù)先投電源側(cè)、再投負(fù)荷側(cè)的設(shè)計(jì)原則，特高壓換流站內(nèi)的10kV備自投應(yīng)先于400V備自投動(dòng)作。

本文針對(duì)一起特高壓換流站的備自投越級(jí)動(dòng)作進(jìn)行了深入的分析，指出了故障原因?yàn)?0kV開關(guān)信號(hào)回路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。針對(duì)該原因，本文提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，并通過后續(xù)的試驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)措施的有效性，對(duì)后續(xù)新建特高壓換流站的建設(shè)有一定的指導(dǎo)意義。

本文編自2021年第5期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“特高壓換流站站用電備自投越級(jí)動(dòng)作的故障分析及改進(jìn)措施”，作者為李然、孫毅、金銘、呂力。