摘要：2014年03月05日，牛寨换流站牛从甲直流系统因交流无功补偿策略要求，在退出561交流小组滤波器后，由控制系统发出投入571交流小组滤波器的命令，系统通过控制571合闸的涌流抑制器发送启动合闸命令，但571开关没有合闸成功，涌流抑制器装置告警信号出现，滤波器投入失败，绝对最小滤波器条件不满足，牛从甲直流双极闭锁。
本文首先对交流滤波器合闸励磁涌流的形成原因及其危害做了详细描述，其次对涌流装置的结构和原理做了详细介绍，最后结合牛寨站涌流抑制器投切失败案例做了误动分析，通过对装置进行二次回路分析、试验、更改，并最终实施，证明了对装置误动原因分析的正确性和改进措施的合理性和可行性。
引言
在换流站中，交流滤波器提供换流所需要的容性无功呈现容性。由于容性负载在投切瞬间电容器两端的电压不能突变，故在投入瞬间会产生涌流。为了便于运行维护，交流滤波器往往分为若干组并联，每组由独立的断路器控制，每组滤波器小组分别由各组的断路器连接到母线上。当按顺序投入时，已经投入的第一组也会向第二组充电，由于两组交流滤波器的位置相近它们之间的互感很小所以由第一组交流滤波器向第二组充电，即会产生比第一组投入时更大的涌流。同理投入第三组、第四组时的涌流会越来越严重[1]。
涌流的频率较高可达几百到几千赫兹，幅值比电容器正常工作电流大几倍到几十倍，给电力系统带来的危害是不容忽视的，主要表现为[2]：
1）涌流过大会造成高压断路器触头熔焊、烧损；涌流产生的电动力可能会使零件损坏；
2）涌流可能诱发操作过电压，导致电气设备损坏；
3）涌流过大还可能给电流互感器和串联电抗器造成绝缘损伤；
4）造成滤波器的损坏以及滤波器保护误动作。投入交流滤波器时产生的涌流往往是引起电容器不平衡计数保护和电容器比值不平衡误动的主要原因。
因此采取措施对关合电容器组时产生的涌流电流抑制减小是非常必要的。涌流抑制器作为抑制励磁涌流的装置，已经被广泛用于有站用变、电容器组、长引线投退的场合。
本文从牛寨站滤波器小组合闸失败的事件记录和故障录波进行分析，对装置的二次回路进行排查和试验，证明此次合闸的失败是由于在投切滤波器时出现启动1条件不满足，程序进入启动2的合闸控制逻辑，合闸命令从未接入合闸线的出口2发出，导致了合闸失败。经过分析单合闸操作断路器，只需要接启动合闸1及合闸检验信号就可以实现正常启动，拆除启动合闸2开入的接线端子即可有效防止类似此次合闸失败的事件发生。经过实验验证，此次采取的措施是可行有效的，本文最后对涌流抑制装置其它可能误动原因作了分析，希望这些存在的劣势能随着各类涌流装置控制技术的提高和涌流控制新方法的出现而得到解决。
1.涌流抑制器及其控制原理
1.1涌流装置
SID-3YL微机涌流抑制器就是利用精确的相位控制技术来实现对操作过电压和涌流的有效抑制。其控制的核心是对断路器分合闸角度的精确控制[3]。
1.2涌流抑制器的控制原理
电容器投切是在三相电压过零时投切，因此断路器是三相分相分时操作，涌流抑制装置除了实现三相电压分相投切外，还可实现三相联动即切即合，适合于在备用电源自动投入装置切除工作电源后联动切除三相电容器，随即在备用电源投入时，通过涌流抑制装置立即按与分闸角相同的合闸角投入三相电容器，使用即切即投电容器不要安装放电线圈和其他放电设备。在具备分相操作断路器的场合，电容器要安装放电设备，以便按三相电压瞬时值过零投切的原则实施电容器的投切[4]。
图1涌流抑制器控制原理图
涌流抑制器的主要功能是控制断路器合闸操作，其原理框图如图1所示。输入信号有：电源侧TV、TA和断路器辅助接点，此外还有合闸控制命令输入，该命令可来自上位机的开关量或RS-485总线的通讯。涌流抑制器接收到合闸令后，根据前次记录的分闸角及预先设置的三相断路器合闸时间，通过电压互感器获得的电压采样测值，第一时间发出合断路器命令。断路器辅助接点作为向涌流抑制器提供测量断路器分、合闸时间的信号。由于辅助接点与主触头的动作有时差，涌流抑制器专门配有SID-3YL-M型测量装置，SID-3YL-M在断路器脱离一次回路电源时测量这一时差，用来修正断路器分、合闸时间。抑制器的输出送到断路器的合闸控制回路，断路器的分闸命令无需由抑制器控制，但抑制器在长期带电运行时不断在监视并记录变压器电源切除的切除角[5]。
2.涌流抑制器误动原因分析及处理
当然，凡事有利必有弊，涌流抑制装置的应用虽然很好地限制了变压器、电容器组等感性或容性负载投退时而产生的励磁涌流，但同时也会经常引起设备的保护误动，这样的案例已经屡见不鲜，而且也有大量的分析研究。然而，涌流抑制器误动而引起的事故并不是经常的，本文主要结合牛寨站的事例做一个分析，并且提出一些相关建议，希望今后电力系统中的运行维护工作中可以借鉴。
2.1涌流抑制器误动案例
案例2014年03月05日10点42分，昭通换流站牛从甲直流系统因交流无功补偿策略要求，在退出561交流小组滤波器后，由控制系统发出投入571交流小组滤波器的命令，系统通过控制571合闸的涌流抑制器发送启动合闸命令，但571开关没有合闸成功，涌流抑制器装置告警信号出现，滤波器投入失败，绝对最小滤波器条件不满足，牛从甲直流双极闭锁。
2.2故障分析
相关人员结合现场提取装置动作事件及录波，分析发现SID-3YL涌流抑制器正常接收到合闸启动命令，并完成合闸控制逻辑，但此次装置的合闸出口与正常时的合闸出口存在差异。
牛寨换流站现场为单出口控制。单出口控制时，合闸控制任务是周期执行的，在一个任务周期里装置只能够执行一次合闸控制。结合工程设计图纸发现，工程设计时从后台发出的合闸信号只有一个，但在屏柜端子排上已将启动合闸1和启动合闸2信号短接。根据此设计方案，在控制系统发送合闸启动命令时，装置将同时接收到2个合闸启动命令，但是装置只能够优先处理先接收到的合闸启动任务，无法同时执行2个合闸控制任务。并同时接入2个启动合闸信号，装置将根据最先接收到启动信号出口到对应的开出回路。
从事件记录如图2-4所示进行分析，2014-03-0510:42:27进行571滤波器投入控制时，装置先接收到“合闸启动2”开入信号，而“合闸启动1”则滞后1ms才被装置确认有效。装置当前对开入量采集的分辨率是1ms，在同一个合闸控制任务周期里，装置执行了合闸启动2的合闸控制任务。因此，装置按照分相控制2的动作定值从合闸出口2发出，但是由于合闸2出口没有接线到出口回路，从合闸出口2发出合闸命令，无法接通断路器合闸回路，因此导致了此次合闸的失败。
图2 2014-03-0510:42:27启动合闸的装置动作事件
2.3针对故障的处理措施
牛寨站现场滤波器回路配置的断路器为常规的单合闸操作断路器，只需要接启动合闸1及合闸检验信号就可以实现正常启动，因此要拆除启动合闸2开入。具体操作为：拆除装置JK5开入板的JK5-11端子接线（定义：启动合闸2），拆除装置JK5开入板的JK5-12端子接线（定义：启动分闸2），并检查装置定值，确认“双出口控制投退”定值设置为“退出”，合闸控制方式设置为“双开入正常同步”。
2.4采取处理措施后的效果
装置接到启动命令后装置根据定值1的控制策略从合闸出口1发出合闸命令。
图3试验接线原理图
试验结果：试验次数：3500次，”合闸出口1“动作次数：3500，”合闸出口2“动作次数：0。
试验结果：证明采取相关措施后涌流抑制器已经能够正确动作。
3.涌流抑制器其它误动原因
3.1开关分合闸时间难以控制
开关的控制时间都是毫秒级的，即使推算出最合理的合闸时刻，要精确的控制从发出合闸指令到合闸完成的时间，并非易事。现在使用的输入开关都是机械式的，其动作时间一般都有几个到十几个毫秒，而一个周期只有20毫秒，时间控制精度要做到1毫秒左右，时间参数稍有误差就会影响到控制的整体效果[6]。励磁涌流抑制器通过测定合闸开关的时间常数来确定合闸信号发出提前时间量，随着开关的老化，开关的更换励磁涌流抑制器的时间参数就需要调整，否则也会使得涌流抑制器的效果减退甚至产生负面效应。而且涌流抑制器是和继保设备相互独立的设备，增加了二次回路的复杂性。
3.2断路器分合闸角度还受到其它因素的影响
影响断路器分合闸角度的精确控制的因素主要还有环境温度，断路器操作电压，操作油压，SF6断路器的气压，动作间隔时间，动作累积次数等。因此将温度、操作电压、油压或气压等信号转换为0~5V信号接入装置中，供装置记录自学习会取得更好的控制效果。在没有条件的情况下，装置需要根据控制结果对补偿系数进行修正，以确保下次控制的效果。
3.3其他因素
装置本身各部件如硬件、板卡、芯片的长期运行或损坏也可能导致装置发生误动。
4.结论
此次牛寨站滤波器小组合闸失败是由于在投切滤波器时出现启动1条件不满足，程序进入启动2的合闸控制逻辑，合闸命令从未接入合闸线的出口2发出造成的。综合分析，也是现场的控制要求与装置实际应用存在配合问题，出现了装置工程设计与装置动作需求脱节的情况。经过分析单合闸操作断路器，只需要接启动合闸1及合闸检验信号就可以实现正常启动，拆除启动合闸2开入的接线端子即可有效防止类似此次合闸失败的事件发生。经过实验验证，此次采取的措施是可行有效的，本文最后对涌流抑制装置其它可能误动原因作了分析，希望这些存在的劣势能随着各类涌流装置控制技术的提高和涌流控制新方法的出现而得到解决。
5.建议改进的措施
解决涌流抑制器的使用而引起保护误动的问题有待于各类各类涌流装置控制技术的提高和涌流控制新方法的出现。但是解决涌流抑制器装置误动的问题与保护误动相比较是要简单很多的，而且也并不显得复杂，个人认为这样的问题是可以解决的。因此提出以下建议：1）希望装置的厂家能够根据电力系统工作现场的需要进行装置的设计、组装，可以避免此次由于合闸命令从未接入合闸回路的合闸出口2出口的事故；2）装置各部件如硬件、板卡、芯片的长期运行或损坏也可能导致装置发生误动，因此建议站内检修维护单位人员要按一定周期时间对装置进行程序、板卡等的全面检查，对老化的芯片、板卡要及时更换，同时对装置的二次回路要进行仔细的排查和试验，及时发现和排除存在的隐患；3）对于运行人员，应在运行工作中，对设备有足够的重视，在日常巡视和红外巡视时要对装置的各个部件仔细、认真巡视到位，及时发现异常和存在的隐患并且及时处理，避免再出现由于装置误动而引起出现了类似的情况。
参考文献
[1]SID-3YL型涌流抑制器使用说明书（2005.5.24）深圳市智能设备开发有限公司二00四年十月
[2]叶念国励磁涌流抑制原理及涌流抑制器的应用深圳市智能设备开发有限公司518033
[3]丛宝丰夏成军席亮HVDC交流滤波器合闸的涌流研究华南理工大学电力学院广州510640
[4]李秀强齐建林关合电容器组的涌流及涌流的限制兖矿集团济宁二号煤矿山东济宁272000)
[5]雒铮朱韬析交流滤波器投入的涌流对保护的影响及改进建议广东省电力设计研究院广东广州510663，南方电网超高压输电公司广州局广东广州，510405
[6]佘亚江，董南北涌流抑制装置在电力系统中的应用（安徽送变电工程公司，安徽合肥230001）
论文作者:陈佳欢,朱风来
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：抑制器论文; 装置论文; 滤波器论文; 断路器论文; 电容器论文; 命令论文; 回路论文; 《电力设备》2018年第26期论文;