站用電源擾動引起的特高壓換流站輔助系統(tǒng)故障分析

余榮興，張志朝，劉茂濤

(中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州市，510405)

0 引言

穗東換流站是世界上首個±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)(云廣直流輸電系統(tǒng))的受端站，其故障將引起南方電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)多回直流不同程度地發(fā)生換相失敗。因此，穗東換流站的安全可靠運行對穩(wěn)定南方電網(wǎng)主網(wǎng)架具有非常重要的意義［1-4］。

穗東換流站站用電源共分3路:(1)500 kV 1號站用變，接于本站500 kV交流母線，帶10 kV 101M運行;(2)110 kV朱中線穗東支線，為外來電源，T接自110 kV朱中線，帶10 kV 102M運行;(3)110 kV朱穗線，作為備用電源帶10 kV 103M線路運行(正常時103 M空載)，也是外來電源，引自220 kV朱村變電站。正常運行時，10 kV 101M和102M分別接5臺10 kV/400 V干式變，由干式變帶400 V母線對負載供電［5］。

穗東換流站每極均包含高、低端2個閥組，全站共有4個閥組，分別設(shè)置4套獨立的閥冷卻系統(tǒng)對運行中的換流閥進行冷卻。閥冷系統(tǒng)采取強迫循環(huán)水冷方式，由閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)與噴淋水系統(tǒng)組成。內(nèi)冷卻水系統(tǒng)直接與換流閥接觸，帶走換流閥工作過程中的發(fā)熱量，噴淋水系統(tǒng)對內(nèi)冷水進行冷卻。每套噴淋水系統(tǒng)配置3座冷卻塔，每座冷卻塔配置2臺風扇。風扇采用西門子公司Micromaster 420通用型變頻器控制，變頻器受閥冷系統(tǒng)的可編程控制器(programmable logic controller，PLC)控制，以實現(xiàn)根據(jù)不同冷卻需求調(diào)整風扇轉(zhuǎn)速，從而達到節(jié)能低碳的目的。

正常情況下，閥冷系統(tǒng)均有2路電源，分別取自不同的10 kV母線，一路電源主用，一路電源備用。當主用電源掉電時，立即切換至備用的電源供電，以保證閥冷卻系統(tǒng)的可靠運行［6-10］。

1 閥冷卻系統(tǒng)故障

2010年07月25日19:48:32，監(jiān)控系統(tǒng)報10 kV 101M和102M同時發(fā)生瞬時性失壓并復(fù)歸的信號，瞬時性失壓持續(xù)時間24 ms，同時伴隨部分換流變冷卻系統(tǒng)電源丟失的信號并瞬時復(fù)歸，3個正在運行的閥組發(fā)換相失敗信號并瞬時復(fù)歸。所有信號復(fù)歸后，主控室監(jiān)控系統(tǒng)并無閥冷系統(tǒng)故障的任何信號。經(jīng)總調(diào)得知，廣東網(wǎng)內(nèi)有500 kV線路跳閘。查看故障錄波，發(fā)現(xiàn)事件發(fā)生時，廣東網(wǎng)內(nèi)的線路跳閘對穗東換流站交流母線電壓造成較大擾動，500 kV 1號站用變進線PT A相、B相電壓發(fā)生較明顯突降，A相電壓下降值達到了43%，錄波如圖1所示。

圖1 1號站用變高壓側(cè)電壓錄波Fig.1 The voltage wave of the No.1 station transformer when fault came

站用電源擾動發(fā)生30 min后，監(jiān)控系統(tǒng)突然報極2低端、極2高端閥冷卻系統(tǒng)內(nèi)冷水進水溫度高告警信號。查看雙極閥冷卻系統(tǒng)監(jiān)視界面，發(fā)現(xiàn)極2低端、極2高端閥組內(nèi)冷水入水溫度分別為47.1、47.2℃，已達內(nèi)冷水入水溫度高告警定值;極1低端閥冷系統(tǒng)內(nèi)冷水入水溫度為46.2℃，逼近內(nèi)冷水入水溫度高告警定值。

2 min后，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)極2低端、極2高端、極1低端閥組的閥冷控制系統(tǒng)顯示冷卻塔風扇變頻器故障信號，每閥組的6臺風扇變頻器(每個冷卻塔2臺風扇，每個閥組共計6臺)均處在“停機”的位置，冷卻塔風扇全部停止運轉(zhuǎn)，內(nèi)冷水失去冷卻。值班人員在閥冷控制系統(tǒng)集中顯示屏迅速按“復(fù)歸鍵”后信號復(fù)歸，所有冷卻塔風扇恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)，極2低端、極2高端、極1低端閥組的內(nèi)冷水溫度逐漸恢復(fù)至正常范圍。

2 事故分析

根據(jù)穗東換流站10 kV母線電壓監(jiān)視繼電器定值，當母線電壓低于70%額定電壓時，電壓監(jiān)視回路會發(fā)母線失壓告警，折算到站用電負載，負載電壓(三相制線電壓)應(yīng)低于280 V。從圖1可以看出，經(jīng)過1號站用變和10 kV干式變降壓后，當時10 kV 101M所帶負載電源電壓(三相制線電壓)實際僅為230 V左右。

冷卻塔風扇變頻器輸入電壓為三相380～480 V±10%，查看變頻器欠電壓保護定值后發(fā)現(xiàn)“三相380 V －10%”被作為缺省設(shè)置錄入變頻器的微處理器，作為欠電壓保護的定值。在站用電源擾動情況下，風扇變頻器的欠電壓保護動作，這一保護動作是無延時的，其動作后果隨即造成了變頻器的停機。

變頻器存在自動再啟動功能(對應(yīng)于定值P1210)。事件發(fā)生時，我站P1210的設(shè)定值為1，其動作后果為“上電后跳閘復(fù)位”。因此，根據(jù)定值P1210=1時的動作后果，變頻器在重新接收到ON命令之前，是不會重新啟動的。

而本次事件中，變頻器并沒有完全斷電，事件持續(xù)時間僅僅24 ms，屬于非常短暫的電源中斷，其控制模塊的顯示器在變暗或者消失之前電源已經(jīng)恢復(fù)。這一過程對于變頻器的控制模塊來說只能屬于“電源消隱”，不會造成變頻器控制邏輯模塊的掉電重啟和故障復(fù)歸。

3 閥冷卻系統(tǒng)存在問題及解決措施

3.1 存在問題

(1)站用電源的擾動導(dǎo)致的冷卻風扇變頻器停運，對±800 kV高壓直流輸電系統(tǒng)的影響是相當嚴重的。短短20 min之內(nèi)，由于換流閥的冷卻效果不夠，內(nèi)冷水的入水溫度已經(jīng)達到47℃的告警值。

(2)變頻器故障停機這種重要的信息竟然沒有送主控室，而由內(nèi)冷水溫度高告警才引起監(jiān)盤人員的注意，此時已錯過了最佳的處理時機，增加了后續(xù)處理過程中直流系統(tǒng)運行的風險。

(3)目前共有4套閥冷卻系統(tǒng)，較以前的±500 kV直流輸電系統(tǒng)增加了1倍。如果由于站用電源的擾動而導(dǎo)致4套閥冷卻系統(tǒng)風扇的同時停運，在直流主系統(tǒng)大負荷運行的條件下，內(nèi)冷水溫度必將很快升高，短短20 min內(nèi)即可達到告警值。在此期間內(nèi)，運行人員需先后去4個閥冷室對故障進行復(fù)歸，才能重新恢復(fù)閥冷系統(tǒng)的正常運行。

3.2 臨時措施

(1)增加雷雨天氣對閥冷系統(tǒng)的特巡，確保變頻器故障時，早期發(fā)現(xiàn)，及時處理。

(2)在監(jiān)盤時打開并監(jiān)視閥冷系統(tǒng)內(nèi)冷水入水溫度趨勢圖界面，根據(jù)內(nèi)冷水入水溫度變化曲線及時采取處理措施。

(3)夜班時間安排充足人手留在主控樓備班，確保發(fā)現(xiàn)變頻器故障后能迅速在閥冷控制屏對其進行復(fù)歸。

3.3 降低輔助系統(tǒng)運行風險的措施

(1)增加冷卻塔風扇變頻器故障送主控室監(jiān)控系統(tǒng)的SER信號。如此，當站用電源擾動等因素造成風扇變頻器故障停運時，運行人員能在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障，并立即采取應(yīng)對措施，避免了內(nèi)冷水溫度升高至告警值緊急處理時措手不及。

(2)啟用冷卻塔風扇變頻器的自動再啟動功能，將P1210參數(shù)設(shè)置為6，啟用變頻器在“電源消隱”情況下的自動再啟動功能，以避免站用電源擾動造成冷卻塔風扇變頻器的停機。

4 結(jié)語

采用本文提出的多種措施后，雖然多次出現(xiàn)站用電源擾動，但未再次出現(xiàn)由于站用電源擾動導(dǎo)致閥冷卻水內(nèi)冷水入水溫度高告警的惡劣后果。表明本文改進建議能夠使值班人員第一時間發(fā)現(xiàn)故障，同時也能第一時間消除站用電源的擾動導(dǎo)致的不良后果，改進措施是可行的、有效的，大大提高了特高壓直流主系統(tǒng)的安全水平。

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