摘要：在永富直流系统调试期间，发生了由于电流过零故障信号导致极控系统ESOF。通过电流过零故障原因进行分析，提出了对极控系统程序进行优化、添加电压过零信号滤波环节的处理措施，并对优化后的程序进行验证，证实了处理措施的有效性，成功解决了永富直流工程由于系统电压扰动导致换流阀电流过零信号故障误报及换相失败的情况。
关键词：EOC；程序；极控系统。
引言
富宁换流站是国内±500千伏电压等级规模最大的换流站，在国内首次采用了换流站、交流变电站、串补装置、STATCOM装置一站式建设方式，工程还大量运用了新技术新设备，首次在直流输电系统中应用直流输电全送、分送新技术，300万千瓦输送电量可实现全送云南、全送广西、分送云南和广西各150万千瓦三种运行方式。永富直流工程采用许继公司生产的HCM3000控制保护系统，由于运行方式复杂，给极控系统提出了更高的要求，由于在编写程序软件时未考虑现场复杂的电网环境，极控程序软件考虑不周，造成极控系统多次电流过零信号故障导致系统ESOF。本文就极控系统频发电流过零信号故障原因进行分析，提出了解决方法。
1 电流过零故障原因分析
换流阀电流过零信号简称EOC（Extinction Of Current）。换流阀在换相过程中会产生电流过零和电压过零点，极控系统通过测量板卡ESP10计算每一个换流阀电流过零到电压过零的时间，可以精确得到每一个换流阀的熄弧角。电流的过零信号EOC通过12个换流阀的晶闸管电压监视（TVM）板来检测，并通过VBE传送给极控系统；实际上，EOC取决于晶闸管电流关断时的换流阀晶闸管负向电流。换流阀电压的过零信号是通过ESP10进行处理换流变三相进线电压与0V交叉点的信号。
当逆变侧满足以下条件：（1）交流电压大于75%；（2）极解锁；（3）VBE正常；（4）没有紧急停机或者闭锁命令；（5）没有投旁通对；（6）极控主机的启动已经完成。如果检测到电压过零信号，而没有检测到电流过零信号；或者检测到电流过零信号，而没有检测到电压过零信号，都会产生电流过零故障信号。因为电压过零信号和电流过零信号总是配对出现的。
1.1 故障描述
在永富直流系统调试期间，发生了由于电流过零故障信号导致极控系统ESOF。2016年5月26日，永富直流双极500WM功率送电期间富宁站出现极1ES0F。极1系统1的电流过零信号故障导致本系统软件故障并发生主从系统切换。在极1系统2切换为主系统200ms后本系统也产生电流过零信号故障从而导致极1系统2软件故障。由于极1两套系统均不OK，从而极1两套系统的COL启动极控切换逻辑跳闸，富宁站极1由解锁状态转为备用状态。
在此之前，5月23日永富直流双极运行，富宁站进行极1近端短路故障实验，极1线路故障重启成功，实验数据和SER报文显示正常。短路实验完成约3min后，由于极1、极2共4套极控系统同时出现电流过零故障引起极控软件故障从而导致双极极控走ESOF顺控。
1.2 故障分析
以2016年5月26日富宁站双极运行极1ESOF问题分析为例。极控ESOF之前交流进线三相电压正常无畸变，在极1系统1为主系统且未发生系统切换之前EOC_D3_FLT最长持续脉宽为250ms，极控程序判断逆变站主系统发生电流过零故障脉宽超过200ms时判定本系统软件故障（逆变站极控主系统电流过零故障持续200ms、从系统电流过零故障持续30s时判定极控软件故障)，因此极1系统1软件不OK导致系统切换。极1系统2切换为主系统到本系统ESOF产生出现了EOC_Y1_FLT最长持续脉宽为210ms，超过极控判断软件故障的200ms，此时极1系统2判定软件故障，从而极1两套系统均故障导致极控切换逻辑跳闸ESOF产生。
1.3故障定位
由于电流过零信号故障判据为某一阀片的电压过零信号先于电流过零信号产生，由录波文件可知极1ESOF之前交流电压未发生畸变，故为进一步确定问题原因，将极控ESP板卡接收VBE的12路电流过零信号和极控程序自身判断的12路电压过零信号引入极控内置故障录波进行监测，同时将任意一路电流过零故障产生作为触发极控内置故障录波的条件。
1.4故障录波回放验证
极控系统连续报电流过零故障期间，通过示波器抓取电压波形，通过测试设备模拟现场故障。故障模拟方案:通过RTDS装置在同步电压的过零点附近叠加幅值约80mv，周期20-30μs的谐波信号，持续时间为1ms。具体如图1所示。此时，检测设备（ESP10C)检测到的电压过零信号如图2黄色波形所示。
图1 同步电压叠加干扰信号波形
图2 硬件检测到的电压过零信号图
由图2可见，在电压过零点附近，由于叠加了谐波信号，硬件电路可以检测到多个过零脉冲，该脉冲是用于熄弧角检测的其中一个判据，如果该脉冲在同一个周波多次出现，必然会导致控制系统发出电流过零故障的事件。
针对以上现象，我们在软件中做了软件滤波，滤波前后波形对比图如下图3所示。
图3 滤波前后波形对比图
通过示波器，测量了滤波前后的波形图，其中蓝色波形表示叠加了谐波的电压过零信号，可见有多个脉冲，黄色波形为经过软件滤波后输出的波形，这个波形用于后续的熄弧角测量。经过滤波后的电压过零信号，经过实测，实际波形仍然为10ms有效宽度，可见该滤波方法不会造成电压过零信号延时，因此不会影响熄弧角的测量精度。
2 电流过零故障解决方法
2.1 ESP10C程序优化处理
图4 电流过零故障检测逻辑优化前逻辑框图
当极控系统采集到网侧电压有干扰时，在一个周期（20ms）内，就会产生多个电压过零信号，而由VBE送至极控的电流过零信号只有一个，这就造成电流过零信号和电压过零信号不配对，此时，极控系统就会发出电流过零故障信号进行切系统，此时从系统也由于某种的原因发电流过零故障信号，则两套极控系统均严重故障不可用导致系统ESOF跳闸。极控系统电流过零故障检测逻辑如图4所示。
图5 电压过零检测逻辑优化后逻辑框图
为了能有效滤除现场的谐波波形，且能更大程度保证熄弧角测量的准确性，通过增加底层软件滤波的方式来解决现场问题。软件解决实施方案如图5所示，在每个周波内，当检测到类似波形①所示电压过零信号（无论是正常的电压过零或是收到干扰的包含多个脉冲的过零信号）时，系统启动一个RS触发器，同时启动一个1ms的计数器，在1ms时间范围内，RS触发器的输出始终为有效高电平，直到计数器截止复位RS触发器，此时触发器输出一个类似波形②的脉冲。该脉冲与检测到的原始电压过零信号①进行逻辑或操作之后产生一个没有任何干扰的类似波形③的信号，该信号用于熄弧角的测量。该功能的主要作用就是可以有效滤除电压过零点附件的多个干扰脉冲，使其只能输出一个有效脉冲，且相对于真实信号基本没有延时，可以保证熄弧角的测量精度。
2.2 极控程序优化处理
为了方便检测电流过零、电压过零，Y/Y，Y/A相位差等信息，特在极控程序中将12路电压过零信号和12路电流过零信号引入极控内置故障录波（采样周期0.625ms)。
3 试验验证
在ESP10C板卡中对程序进行优化后进行了以下3项试验，故障录波文件中U1至U6为星星变换流器六路电流过零信号，U7至U12为星角变换流器六路电流过零信号；I1至I6为星星变换流器六路电压过零信号，I7至I12为星角变换流器六路电压过零信号。
3.1 升功率过程中分接头动作熄弧角变化试验
在升功率试验过程中，电压过零及电流过零信号都可以正确检测到。电流过零故障信息一直为0，没有故障发生。换流变Y侧6路电流过零信号，正常情况下每周波可以检测到一个150μs的脉冲，为了有效录波，将该波形的每一个上升沿作为一个录波波形的翻转时刻，也就是每个脉冲的上升沿及下降沿都代表一个有效的电流过零信号。正常情况下脉冲宽度20ms，占空比50%。如果脉冲超过20ms，则认为有丢失脉冲的情况。换流变Y侧6路电压过零信号，正常情况下每周波可以检测到一个10ms脉冲，为了有效录波，将该波形的每一个上升沿作为一个录波波形的翻转时刻，也就是每个脉冲的上升沿及下降沿都代表一个有效的电压过零信号。正常情况下录波脉冲宽度20ms，占空比50%。如果脉冲超过20ms，则认为有丢失脉冲的情况。通过升功率试验，电压过零及电流过零信号表示极控系统运行正常。
3.2 1500MW功率时交流单相接地故障试验
在1500MW工况下，启动单相接地故障，故障时刻熄弧角测量功能可以正确响应。
3.3 丢脉冲故障试验
人工制造换流阀单相丢脉冲80ms，电流过零和电压过零故障能正确检测到，熄弧角测量及控制均作出了正确的响应。
结论
经过故障模拟，找到了电流过零故障原因，对原有电压过零信号添加了滤波环节，不仅有效的消除了电压过零信号的抖动，且对电压过零信号没有延迟，有效的保证了熄弧角的计算精度，经过正常情况下的升降功率过程，非正常情况下的交流单相接地试验及丢脉冲试验，证明了本次程序修改能保证熄弧角的正确计算，成功解决了富宁换流站换流阀电流过零故障受同步电压过零点附近干扰而误报及换相失败的问题。
参考文献
[1] 许继直流输电系统公司.±500kV永富直流工程极控系统设计规范[Z].2015，P110、P117.
[2] 云南电网有限责任公司文山供电局．富宁换流站运行规程［Z］.2016，P16-33．
论文作者:苏云东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/7
标签：信号论文; 电流论文; 电压论文; 故障论文; 系统论文; 脉冲论文; 波形论文; 《电力设备》2017年第23期论文;