鲁西换流站交流滤波器分裂母线逻辑缺陷分析及改进

唐海名 王 健 孙 浩 姚传涛 桂辉阳 龙英云

（中国南方电网超高压输电公司天生桥局，贵州黔西南562400）

0 引言

鲁西背靠背换流站在2017年曾发生交流滤波器分裂母线保护动作闭锁直流系统的事件，交流滤波器与交流母线分裂由与交流滤波器同串的交流线路瞬时故障跳闸引起，该次跳闸事件暴露出了交流滤波器分裂母线逻辑存在跳闸出口方式不合理，以及在交流滤波器与交流线路同串的接线方式下，未考虑线路单相故障重合闸时间协调配合的问题。而此逻辑缺陷使直流系统在本无需闭锁的情况下发生闭锁跳闸，扩大了事故范围。

本文结合鲁西背靠背换流站2017年发生的交流滤波器分裂母线保护动作闭锁直流系统事件，对交流滤波器分裂母线保护逻辑进行了分析，针对上述逻辑缺陷提出了逻辑改进方法。

1 交流滤波器分裂母线保护动作事件过程简介

鲁西背靠背换流站500 kV广西侧交流场为二分之三接线方式，其中第三大组交流滤波器与500 kV西百乙线同串。500 kV广西侧交流场接线图如图1所示。

2017年4月10日，鲁西站500 kV广西侧#4交流母线检修，换流单元二（常规直流）功率负荷在400 MW运行，换流单元二和广西侧第三大组交流滤波器运行于#3母线，西百乙线连接在#3母线运行（5151、5152开关在合位，5153开关在分位）。13：44：26，西百乙线路保护跳闸，导致广西侧第三大组交流滤波器和常规直流单元分裂运行，由于第三大组滤波器中有滤波器小组在投入状态，引发分裂母线保护闭锁常规直流系统。

2 交流滤波器分裂母线保护逻辑分析

图1 500 kV广西侧交流场接线图

2.1 分裂母线出口逻辑分析

交流滤波器分裂母线判断逻辑如图2所示，该判断逻辑满足条件：母线分裂运行、滤波器大组控制主机和直流站控通信正常、有滤波器小组已经连接投入使用、同时该大组和常规直流单元不在同一母线运行，如果检测上述状态同时存在，无延时立即闭锁常规直流系统。

滤波器小组连接状态判断逻辑条件如图3所示。

（1）滤波器小组相关地刀在分闸状态，且滤波器小组隔离开关和断路器在合闸状态，或滤波器小组末端相电流大于48.5 A（0.4 pu）；

（2）大组进线电压大于144 kV（相电压为83.14 kV）或进线开关在合闸状态。

此次事件中，在西百乙线跳闸后，导致广西侧第三大组滤波器和常规直流单元不在同一母线运行，第三大组交流滤波器母线失压，从理论上来说，此时大组进线电压＞0.3 pu条件不满足，滤波器小组连接状态不满足，导致滤波器分裂母线条件不满足。但通过分析第三大组滤波器进线电压录波发现，故障发生至电压下降到83.14 kV以下用了36 ms左右，由于大组被跳开后进线电压跌落存在36 ms左右的延时，滤波器小组退出状态没有被及时判出，分裂母线保护动作闭锁常规直流系统。

因此，交流滤波器分裂母线逻辑存在出口逻辑设置不合理的问题：

（1）分裂母线条件判断满足后，无切除小组交流滤波器的出口策略，使母线分裂后不能第一时间隔离分裂故障，避免直流闭锁；

（2）分裂母线条件判断满足后，无延时直接闭锁直流系统，未充分考虑到小组滤波器切除时间及滤波器母线电压跌落的延时配合。

2.2 分裂母线开关位置判断逻辑分析

在交流滤波器分裂母线跳闸逻辑中，开关位置通过开关位置节点判断，对于二分之三接线方式，其判断逻辑如图4、图5所示。

图2 交流滤波器分裂母线判断逻辑

图3 滤波器小组连接状态判断逻辑条件

图4 开关分闸位置判断逻辑

图5 开关合闸位置判断逻辑

开关分闸位置通过开关三相分闸位置节点按“三取一”方式判断，即开关三相中任一相位置为分位即判断该开关处于分闸位置；开关合闸位置通过开关三相合闸位置节点按“三取三”方式判断，即仅当开关三相均为合闸位置时才判断该开关为合闸位置。

对于交流滤波器大组与交流线路同串的接线方式（图1），若500 kV#3母线与#4母线仅通过第五串进行连接，直流单元仅连接在#3母线运行，此时若发生西百乙线单相故障，在单相重合闸成功之前，5151、5152开关单相均处于分闸位置，根据交流滤波器分裂母线开关位置判别逻辑，此时5151、5152开关均判断为分闸位置，从而将触发广西侧第三大组交流滤波器分裂母线保护动作。而此时5151、5152开关仍有两相在合闸位置，分裂母线逻辑判别此时滤波器与#3母线失去连接不合理。

因此，交流滤波器分裂母线逻辑存在开关位置判别不合理的问题：开关分闸位置采用三相分闸位置节点“三取一”的方式，当滤波器同串为交流线路，在交流线路单相重合闸期间分裂母线将因判断与母线连接开关为分闸位置而动作出口。

3 分裂母线逻辑改进策略

3.1 出口逻辑改进

原交流滤波器分裂母线出口方式为分裂母线条件满足后无延时立即启动直流单元闭锁，此方式未考虑到大组进线电压下降存在延时的问题，未给予判断小组滤波器退出需要的时间。对交流滤波器分裂母线动作出口方式逻辑作以下改进：

（1）增加切小组交流滤波器策略：在交流滤波器分裂母线条件判断满足以后，触发分裂母线跳闸逻辑，发送SER告警信息到监控后台，在该情况下立即选择切除滤波器小组，滤波器小组切除后滤波器连接条件将不再满足。

（2）增加动作出口延时：在交流滤波器分裂母线条件判断满足以后，需要经过200 ms延时才能出口，若200 ms内分裂母线条件不再满足，则跳闸出口应返回；若200 ms以后小组交流滤波器未切除或因其他原因导致分裂母线条件仍然满足，则出口闭锁直流系统。

3.2 开关分闸位置判断逻辑改进

在交流滤波器分裂母线开关位置判断逻辑中修改断路器分闸位置判断方式，开关分闸位置判别由原来的三相分闸位置节点按“三取一”方式改为三相分闸位置节点按“三取二”方式，如图6所示，即仅当开关三相中有两相及以上为分位时，分裂母线逻辑才判断该开关为分闸位置。更改后，在上述工况下，线路在单相重合闸过程中，即使5152、5153开关单相处于分闸位置，交流滤波器分裂母线条件也不会满足，从而避免分裂母线保护动作，切除滤波器甚至闭锁直流系统。

图6 开关分闸位置“三取二”判断逻辑

4 结语

交流滤波器分裂母线保护功能能够避免换流器与交流滤波器分裂运行而导致控制系统紊乱。根据后期直流工程运行中发生的事件，能够发现现有分裂母线逻辑在特定的接线方式下存在不合理或不够严密的问题，使得系统特定工况发生时分裂母线保护不正确动作，造成直流系统闭锁，扩大事故范围。本文根据鲁西换流站的接线方式及一次跳闸事件，分析了当前分裂母线逻辑的不足之处，同时针对保护出口方式及线路单相故障重合的配合，提出了逻辑优化策略。