STATCOM单个子模块旁路失败跳闸原因分析及改进方法

罗佼，周丽花，邓跃祥

（云南电网有限责任公司文山供电局，云南 文山 663000）

0 前言

STATCOM在运行过程因单个子模块旁路失败导致跳闸的原因一般为SMC（子模块控制单元）发送至VBC（阀基控制单元）的故障子模块电压接收延时较大，VBC判定旁路的子模块旁路失败，同时因子模块故障判别逻辑较为简单，最终导致设备跳闸。本文将对STATCOM及其控制保护系统进行简要介绍，同时对跳闸过程及跳闸原因进行分析。最后结合STATCOM子模块故障特性提出有效的跳闸判别逻辑。以避免因VBC误判子模块旁路故障导致设备跳闸的风险。

1 STATCOM基本情况

某±500 kV换流站配有三套STATCOM装置，STATCOM装置通过H桥链节输出首尾相连构成换流链，每相换流链对应一个阀塔，三相换流链位于阀厅内，通过室外角内电抗首尾相连，构成角形接法，每相换流链上正常情况下，共有50个子模块在运行，冗余度为4个。如因故障退出的子模块个数≤4，此时控制系统将对所有电容电压重新排序并进行均压控制以维持系统稳定运行，如若退出运行的功率模块个数＞4，此时子模块冗余耗尽保护动作，STATCOM闭锁跳闸以保证设备和系统安全。

STATCOM通常会配置控制保护系统，控保系统一般会设置三层保护，主要是为阀组和系统故障提供有效的保护功能。分别为器件级保护、换流链级保护和系统级保护。器件级由SMC（模块控制单元）板卡完成，由硬件电路检测阀组内部器件级的故障并将其上送至VBC（阀组控制单元）；换流链级主要针对角形接线换流链层级的保护；系统级保护主要针对STATCOM系统进行保护，此类故障一般为较严重的故障，当发生系统级故障时，STATCOM延时保护跳闸。

2 STATCOM单个子模块旁路失败导致跳闸的原因分析

本文以某±500 kV换流站STATCOM单个子模块旁路失败导致跳闸的事故为例，通过对事故过程的梳理，总结归纳出该类型事故的常见原因。事故过程如下：18时46分，该站后台监控报#2STATCOM阀控装置C相33号子模块下行通道故障；随即产生#2STATCOM阀控装置C相33号子模块过压故障；46分44秒766毫秒，#2STATCOM主控装置VBC监视子模块旁路失败，46分44秒767毫秒，#2STATCOM主控装置子模块故障保护动作，46分44秒768毫秒；#2STATCOM主控装置STATCOM闭锁跳闸。

现场对#2STATCOM CA 相33号子模块进行测试，功能测试结果为T1、T2、T3、T4能正常开通，各项数据均正常，则说明33号子模块通过单元测试，测试结果合格。对#2STATCOM阀控装置至33号子模块光纤段的上行通道、下行通道进行光纤衰耗检查，测试结果上行通道及下行通道光纤衰耗正常。由子模块原理框图（图1下）可知，33号子模块测试合格，且STATCOM阀控装置至33号子模块光纤段光纤衰耗满足要求，初步判断为33号子模块SMC（模块控制单元）检测到阀控下行光纤通道有瞬时故障，产生下行通道故障信号，并主动启动33号子模块旁路，33号子模块旁路开关辅助接点合位信号未及时上传，导致33号子模块SMC板卡判断旁路开关未合闸旁路失败，并将采集到旁路失败信号反馈至VBC（阀组控制单元），VBC将接收到的旁路失败判据上送主控装置请求跳闸信号，导致#2STATCOM主控装置子模块故障保护动作。从后台监视到的事件信号可以看出在阀控系统报出33号子模块旁路失败7 ms后报出33号子模块旁路开关合位信号。结合现场停电检查33号子模块旁路开关确在合位，初步判断为33号子模块旁路后，旁路开关合位信号延时较大，SMC未及时收到合位信号，判断旁路失败，并反馈至VBC，导致#2STATCOM主控装置子模块故障保护动作。

图1 换流链连接示意图（上），子模块接线示意图（下）

综上所述，#2STATCOM跳闸原因为SMC板卡监测到旁路开关合位信号的时间延迟较大，导致SMC判断子模块旁路失败，并将旁路失败信号上送至VBC，VBC将信号转发主控装置，该信号满足主控装置子模块故障保护动作逻辑，保护正确动作跳闸。

子模块旁路及拒动判别逻辑：

1）当子模块运行电压不大于2350 V时，SMC正常上送模块电压至VBC。相关逻辑如图2所示。

图2 子模块正常运行逻辑

2）当子模块运行电压超过2350 V时，经过一定的延时判据，SMC下发子模块旁路指令；自命令发出10 ms后，进行旁路开关状态判断；若此时开关合位未正常返回并接收，则认为旁路失败，SMC上报VBC旁路失败信号，VBC将信号转发给PCP（控制保护），触发PCP保护动作；若正常返回开关合位信号并接收，则认为旁路成功，SMC将模块旁路状态反馈给VBC。相关逻辑如图3所示。

图3 子模块非正常运行逻辑

3 避免STATCOM单个子模块旁路失败导致跳闸的改进方法

通过上述故障原因分析,STATCOM装置子模块非正常运行逻辑判别条件单一，仅通过旁路命令及延时就判别模块的状态导致判别错误是STATCOM单个子模块旁路失败导致跳闸的常见原因。本文将结合子模块旁路前后的特征，即子模块旁路前能采集到至少大于1500 V以上的正常电压，但子模块旁路后采集到的电压将降为零。将电压的判别条件加到子模块非正常运行的判别逻辑中，即可效避免上述情况的发生。

具体优化判别逻辑如下：

1）子模块运行电压大于2350 V，且旁路开关拒动的逻辑框图如图4所示。当子模块运行电压大于2350 V时，延时10 ms发出开关旁路命令，若此时发生旁路开关拒动，则增加一个模块电压判据，若采样电压大于2350 V，认为旁路开关未正常闭合，此时延时5 ms发生跳闸命令。此种情况可有效解决由于采样单元单一元件故障引起采样电压偏大导致跳闸的问题。

图4 模块电压大于2350 V，且旁路开关拒动的逻辑框图

2）子模块运行电压大于2350 V，且旁路开关动作的逻辑框图如图5所示。当模块运行电压大于2350 V时，延时15 ms发出开关旁路命令，若此时旁路开关正常闭合，此时模块将成功旁路，模块运行电压降低到正常运行电压之下。

图5 模块电压大于2350 V，且旁路开关动作的逻辑框图

4 结束语

本文对常见STATCOM子模块旁路失败保护动作进行了分析，同时结合阀组控制单元对旁路失败的判据，以及子模块旁路后采集到的电压量变化情况，提出了一种可以有效避免因VBC接收旁路开关状态信号延时导致VBC误判子模块旁路失败出口跳闸设备的优化方案。即增加对子模块旁路后的电压判据。正常情况下，子模块旁路后电压应在正常电压以下，若子模块旁路失败则电压依然存在（＞2350 V），此时可以判定子模块旁路失败出口跳闸。增加此判据后可以有效避免因信号延时传输问题导致STATCOM跳闸事件的发生。