高压直流输电CSD控制功能分析

杨跃辉，吕亮，杨明权

（1.南方电网超高压输电公司天生桥局，贵州兴义562400；2.国网浙江省电力公司绍兴供电公司，浙江绍兴312000）

高压直流输电CSD控制功能分析

杨跃辉1，吕亮2，杨明权1

（1.南方电网超高压输电公司天生桥局，贵州兴义562400；2.国网浙江省电力公司绍兴供电公司，浙江绍兴312000）

直流站控是高压直流换流站的控制系统之一，一般配置2套互为冗余的系统，CSD（控制关断）功能是针对直流站控系统故障的一种控制策略。分析了CSD控制功能的动作条件、过程、结果，根据现场实际情况，总结导致CSD动作的因素，并针对现场工作提出防范措施，防止正常运行过程中CSD的误动作。

高压直流输电；控制关断；控制

高压直流输电具备输送容量大、负荷调整快、输送距离远等优点，±500 kV兴安直流输电是南方电网西电东送的主要通道之一，额定输送容量为3 000 MW，国产化率高达70%，直流站控系统由西门子提供，于2008年1月份双极投入运行。在换流站配置有大量的交流滤波器，用以补偿换流器运行过程中消耗的无功和滤除换流器产生的谐波[1，2]。

直流输电的控制系统比交流系统更为复杂，设备故障时，不仅仅依靠保护动作切除故障，同时还需控制系统的调整，两者相互配合保护直流系统的安全。CSD（控制关断）功能是直流控制系统的多种控制策略之一，针对直流站控系统及交流滤波器的现场总线故障而设立。

1 CSD功能动作分析

1.1 CSD的启动

在控制系统中无功控制由直流站控通过FieldBus来实现[3]，当2套直流站控同时故障或者直流站控与交流滤波器之间的2套现场总线同时故障时，直流站控系统将失去对交流滤波器的控制，若投入的交流滤波器组数过少将无法满足直流系统的运行要求，投入组数过多将提升交流系统电压，影响系统的正常运行，此时启动CSD控制功能。

1.2 故障判断

图1为直流站控系统1的故障逻辑判断，其中：输出Q1.5为直流站控系统运行正常，F3.0为直流站控系统的控制器155H运行正常，F3.1为系统备用，F3.5为系统主运，F92.6为直流站控与交流滤波器的现场总线故障。结合逻辑图可以看出，直流站控系统正常与否主要由直流站控与交流滤波器的现场总线和控制器的状态决定。直流站控系统2与系统1判据相同，只是在软件中系统2的输出为Q1.6。

图1 直流站控故障逻辑

直流站控将运行正常的信号以常闭触点分别接入交流站控、极控系统及就地控制单元，如图2所示。一旦2套直流站控系统故障，串联在一起的常闭触点K6与K7断开，极控、交流站控等控制系统将接收不到直流站控运行正常的信息，此时执行降功率、切除交流滤波器，闭锁直流系统等控制逻辑。

图2 直流站控告警通过硬接线接入控制系统

1.3 降功率调整

在整流站将按照以下几个步骤执行降功率：

（1）以10 MW/s的速率降低直流功率；

（2）电流降低至最小电流（10%）后，进行强制移相，将触发角α移至120°，同时向逆变站发闭锁请求；

（3）如果输出直流接近于0时间达50 ms，则强制移相角到约160°；

（4）若输出直流接近于0时间达100 ms，则闭锁触发脉冲，停止控制。在CSD动作过程中，功率变化及交流滤波器切除对应关系如图3所示，具体切除顺序见表1。

表1 交流滤波器切除顺序

图3 CSD动作期间功率变化与交流滤波器切除波形

1.4 切除交流滤波器

CSD启动后，随着极控降低直流输送功率，换流器吸收的无功和产生的谐波会越来越少，而此时直流站控故障，已失去对交流滤波器的控制，无法切除交流滤波器。兴仁站一组交流滤波器将提升交流母线电压2～3 kV，若所有投入的交流滤波器不能及时切除，将抬高交流系统的电压，对交流系统影响非常大。所以CSD启动后，在功率下降的同时就地控制装置通过硬接线切除交流滤波器。

以切除573交流滤波器为例，如图4所示，在整个切除的硬接线回路中，引入了K3（远方/就地切换）和断路器合闸辅助触点BG。如果交流滤波器在就地控制位置，将不切除该组交流滤波器，通过硬接线直接将站控故障信号传递至573交流滤波器控制回路中。另外，由于接入了合闸辅助触点，如果切除序列中的交流滤波器未投入，合闸常闭辅助触点闭合，同样不考虑本组交流滤波器。一旦573交流滤波器在远方控制并在合闸位，将延时36 s切除573交流滤波器。

图4 切除573交流滤波器

交流滤波器切除的延时选择必须确保投入的交流滤波器个数大于当前系统对谐波或者无功要求，防止投入的交流滤波器和发电机过负荷。最后，如果交流站控系统接收到极控系统送来的将极由解锁状态转为闭锁状态信号，交流站控将延时60 s跳开所有交流滤波器的进线开关，防止存在由交流滤波器继续运行而造成交流母线过电压和发电机自激磁振荡的风险[4-6]。

1.5 案例分析

某日，工作人员在对直流站控进行维护工作过程中，误动运行的直流站控系统，造成2套直流站控同时故障，发CSD动作信号，同时开始降低直流功率。当时兴安直流为极2单极运行方式，输送功率1 500 MW，值班人员发现情况后立即恢复1套直流站控的运行，CSD动作信号解除，直流功率停止下调。整个事件持续55 s，功率由1 500 MW下降至965 MW，速率为9.73 MW/s，动作结果与设计逻辑一致，调整过程见图5。

图5 CSD动作时功率趋势

2 CSD故障可能原因及对策

2.1 直接原因

（1）软件故障：直流站控的控制器采用西门子SIMATIC S5-155H可编程控制器，其集成了多块功能不同的板卡，运行期间任一块板卡软件出现不同程度的问题都会导致站控系统不可用。

（2）硬件故障：主要指站控系统的155H控制器及其现场总线设备故障。现场总线故障体现在光电转换模块故障、中继器与终端电阻故障、光纤中断等相关板卡、模块故障。

2.2 间接原因

（1）人为误操作：SIMATIC S5-155H可编程控制器与国内的控制器不同，未单独设立故障复位按钮，其故障复位通过多键组合操作实现复归，操作复杂。发生异常情况时，如果人员技能水平不足或未按正常要求进行操作，会导致站控系统退出运行。另外，由于2套直流站控系统在同一屏柜中，在1套系统故障情况下，检修时如误断设备电源，将导致另1套系统故障。

（2）外部电源故障：155H控制器、现场总线的光电转换模块及中继器等采用外部的电源，电源系统失电、电源开关故障及人为断开电源等原因都可能导致系统故障而退出运行。

2.3 控制措施

针对现场可能出现的各种情况，提出以下几点建议：

（1）结合设备情况，编制现场作业指导书，规范操作行为，并定期进行学习，让所有人员掌握设备的各项操作；

（2）结合目视化管理手段，做好现场设备特别是重要电源回路开关及信号指示灯的标识，绘制电源回路图，并进行风险辨识、提示；

（3）对重要板卡、电源定期进行红外测试，并对测温数据进行对比分析，及时发现设备存在的异常、缺陷；

（4）单套直流站控系统因故障退出运行后，立即联系维护人员进行检查处理，减少站控系统无冗余运行时间，及时恢复系统冗余运行；

（5）编制事故CSD动作的事故应急预案，并定期进行演习。

（6）运行过程中如CSD动作，应及时进行检查，尽量恢复1套系统的正常运行，防止造成直流闭锁。

（7）加强备品备件管理，确保直流站控系统相关板卡、模块等有足够备品，在发生硬件故障时能及时更换，恢复设备的正常运行。

[1]赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]甘鹏，王林，杨健，等.兴安直流兴仁站交流滤波器运行分析[J].电力电容器与无功补偿，2011，32（3）:66-69.

[3]冯鸫.PROFIBUS现场总线在贵广二回直流工程换流站中的应用[J].电力信息化，2007，5（5）:40-42.

[4]XJ-SIEMENS.Guizhou-Guangdong II Line±500 kV DC Transmission Project，AC Filter Performance and ratingStudy Rport[R].2006.

[5]XJ-SIEMENS.Guizhou-Guangdong II Line±500 kV DC Transmission Project，Pole Control System Information Manual[R].2006.

[6]罗远峰，李标俊.贵广II回直流输电系统无功控制功能优化和改进[J].电力建设，2008，29（8）:29-32.

（本文编辑：杨勇）

Analysis on Control Function of CSD for HVDC Transmission

YANG Yuehui1，LYU Liang2，YANG Mingquan1
（1.Tianshengqiao Power Supply Bureau of EHV Power Transmission Company，CSG，Xingyi Guizhou 562400，China；2.State Grid Shaoxing Power Supply Company，Shaoxing Zhejiang 312000，China）

DC station control system，one of the control systems of the converter station，is generally equipped with two sets of redundancy system.CSD（Control Shut Down）function is a control strategy for DC station control system faults.The paper analyzes operation conditions，process，results and so on；according to the actual situation on site，it summarizes factors leading to operation of CSD control function.Furthermore，the paper proposes preventive measures in accordance with field work to prevent maloperation of CSD during normal operation.

HVDC transmission；CSD；control

TM721.1

B

1007-1881（2015）01-0014-03

2014-08-28

杨跃辉（1983），男，工程师，主要从事高压直流输电运行维护工作。