葛洲壩換流站極I閥控觸發(fā)板故障導(dǎo)致直流閉鎖事件分析

國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司 曹 亮

葛洲壩換流站極I閥控觸發(fā)板故障導(dǎo)致直流閉鎖事件分析

國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司 曹 亮

葛洲壩至上?！?00kV直流輸電工程，額定電壓±500kV,額定電流1200A，額定容量雙極1200MW，單極600MW。直流線路全長(zhǎng)約1050公里，葛洲壩換流站，南橋換流站各一座，是我國(guó)第一條±500kV直流輸電工程。本文對(duì)2017年5月葛洲壩換流站極I閉鎖事件進(jìn)行了深入分析，通過現(xiàn)場(chǎng)檢查，分析錄波等手段鎖定故障點(diǎn)，找出了閉鎖發(fā)生的原因，對(duì)避免同類故障在換流站的發(fā)生具有借鑒意義。

換流站；閥控；觸發(fā)板

1 事件經(jīng)過

2017年5月12日11:01:28，葛洲壩換流站P1.DMI裝置故障告警，P1PPRB、P2PPRB主機(jī)檢測(cè)到TDM通道異常，保護(hù)裝置被閉鎖,極1極控系統(tǒng)P1PCPB由于故障退出運(yùn)行狀態(tài)，P1PCPA切換至運(yùn)行狀態(tài)，140ms后極控主機(jī)P1PCPA檢測(cè)到閥觸發(fā)脈沖丟失，極1直流系統(tǒng)閉鎖，事件記錄入圖1所示。極1閉鎖后極2直流588MW大地回線運(yùn)行（后按調(diào)度令將極2直流轉(zhuǎn)至金屬回線580MW運(yùn)行），直流負(fù)荷損失182MW。

5月13日10:44葛洲壩站葛南直流極1不帶線路OLT（300kV）試驗(yàn)正常。10:50葛南直流極1恢復(fù)運(yùn)行正常。

圖1 事件記錄

2 檢查及處理情況

2.1 極I直流場(chǎng)測(cè)量柜P1.DMI裝置故障檢查處理

極I直流場(chǎng)測(cè)量柜P1.DMI裝置對(duì)應(yīng)極1控制保護(hù)B系統(tǒng)，P1.DMI裝置故障后導(dǎo)致極1控制保護(hù)B系統(tǒng)退出運(yùn)行。故障發(fā)生后，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)極I直流場(chǎng)測(cè)量柜P1.DMI屏+1.H24層機(jī)箱（南瑞繼保合并單元）存在間歇性重啟現(xiàn)象，具體如圖2所示。

圖2 P1.DMI屏+1.H24層機(jī)箱發(fā)生重啟

申請(qǐng)國(guó)調(diào)將P1PPRB、P2PPRB主機(jī)切換到“測(cè)試”狀態(tài)后檢查發(fā)現(xiàn)重啟是由于該合并單元+1.H24.2位置DSP板NR1122A故障造成的，更換該板卡后P1PPRB、P2PPRB主機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行（見圖3）。

合并單元+1.H24機(jī)箱通過光纖接口板NR1125A采集極1線路電壓Vd、中性母線電壓Vee、閥側(cè)中性母線電流IdYC、線路電流IdYL、閥側(cè)極母線電流IdDC、中性母線出線電流IdDL，經(jīng)DSP板NR1122A處理后通過TDM總線分別送P1PCPB、P1PPRB和P2PCPB、P2PPRB。由于P1.DMI屏+1.H24位置合并單元重啟導(dǎo)致極控和極保護(hù)B系統(tǒng)TDM通道故障，造成極1極控系統(tǒng)P1PCPB退出運(yùn)行狀態(tài)，P1PCPA切換到運(yùn)行狀態(tài)。

圖3 P1.DMI屏+1.H24層機(jī)箱功能示意圖

2.2 P1PCPA閥觸發(fā)脈沖異常檢查處理

根據(jù)事件記錄，極1極控雙系統(tǒng)均檢測(cè)到“閥VB.V1檢測(cè)到觸發(fā)異常”，相對(duì)應(yīng)軟件頁(yè)如圖4所示：

圖4 閥VB.V1檢測(cè)到觸發(fā)異常檢測(cè)邏輯

根據(jù)圖4所示軟件，故障報(bào)文顯示為D6閥脈沖窗口期發(fā)出觸發(fā)脈沖丟失告警。丟脈沖保護(hù)是按照在一個(gè)閥的CP脈沖窗口時(shí)間內(nèi)檢測(cè)與之換相閥的EOC信號(hào)來判斷，如在CP脈沖窗口時(shí)間內(nèi)檢測(cè)不到EOC則判斷為丟脈沖，如在CP窗口時(shí)間外檢測(cè)到EOC則判斷為誤觸發(fā)。例如，D6閥CP脈沖窗口時(shí)間內(nèi)檢測(cè)不到D4閥的EOC信號(hào)則報(bào)D6閥丟脈沖；D6閥CP脈沖窗口時(shí)間外收到D4閥EOC則報(bào)D6閥誤觸發(fā)。因此初步判斷為A相D4閥發(fā)生了故障。

結(jié)合故障錄波進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，換流閥的觸發(fā)存在如下幾個(gè)特征：

圖5 閥觸發(fā)異常故障錄波

（1）P1PCPA系統(tǒng)切換到運(yùn)行狀態(tài)后，中性母線電壓Udn呈周期性波動(dòng)，波動(dòng)周期為一個(gè)周波20ms。

（2）系統(tǒng)切換前在閥4有觸發(fā)同步信號(hào)的時(shí)刻閥側(cè)電流IVD_ L1開始變化；系統(tǒng)切換以后在閥4有觸發(fā)同步信號(hào)的時(shí)刻前約0.8msIVD_L1開始變化。即閥4發(fā)生了提前觸發(fā)的情況。因此判斷閥4出現(xiàn)了觸發(fā)異常的情況。

根據(jù)上述分析，對(duì)A相D4閥觸發(fā)情況進(jìn)行了重點(diǎn)檢查。進(jìn)行閥觸發(fā)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)D4閥120個(gè)晶閘管均無法導(dǎo)通，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)閥控VBE屏負(fù)責(zé)D4閥觸發(fā)的兩塊LE板芯片表面出現(xiàn)了不同程度的損壞現(xiàn)象，具體情況如圖6所示：

圖6 觸發(fā)芯片表面損傷情況

對(duì)上述兩塊LE板進(jìn)行更換后再次進(jìn)行觸發(fā)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果正常。5月13日10:44葛洲壩站葛南直流極1不帶線路OLT（300kV）試驗(yàn)正常。10:50葛南直流極1恢復(fù)運(yùn)行正常。

3 故障原因分析

將更換下來的兩塊觸發(fā)板LE1和LE2對(duì)板卡光通道、電源、接口芯片和電源回路電容等方面進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)兩塊觸發(fā)板卡測(cè)試均不合格。具體如表1所示：

表1板卡測(cè)試情況

電壓，為板卡控制與接口芯片提供電源。供電回路如圖7所示：

圖7 LE板電源供電回路

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)2塊LE板3.3V電源和5V電源均存在較大電壓波動(dòng)，其中：3.3V電源，最大值4.4V，最小值2.9V；5V電源，最大值10.92V，最小值3.6V。3.3V電源和5V電源電壓波形如圖8，9所示：

圖8 3.3V電源異常波形

圖9 5V電源異常波形

對(duì)2塊LE板電源回路電容容值進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)容值均衰減嚴(yán)重。具體如表2所示：

表2 電容測(cè)量值

對(duì)2塊LE板損傷的芯片和電源回路電容進(jìn)行更換后，板卡3.3V、5V電源正常，A、B系統(tǒng)觸發(fā)脈沖輸出正常。

圖10 3.3V電源正常波形

圖11 5V電源正常波形

圖12 LE板觸發(fā)脈沖正常波形

綜合上述檢測(cè)結(jié)果，閥控觸發(fā)板LE板故障原因?yàn)椋喊蹇娙堇匣?，容值下降，造成觸發(fā)板控制電源輸出異常，引起板卡接口芯片損壞，導(dǎo)致板卡觸發(fā)信號(hào)無法發(fā)出。

4 結(jié)論

葛洲壩換流站閥控設(shè)備安裝在閥塔頂部，電磁環(huán)境十分復(fù)雜，且無法單獨(dú)對(duì)閥控加裝空調(diào)設(shè)備，閥控運(yùn)行環(huán)境溫度與閥廳溫度相同，運(yùn)行溫度較高，經(jīng)過8年運(yùn)行，板卡電容出現(xiàn)老化現(xiàn)象，容值下降，造成極I閥控VBE柜A相D4閥兩塊觸發(fā)板卡LE板A系統(tǒng)的接口芯片損壞，導(dǎo)致A系統(tǒng)無法發(fā)出觸發(fā)脈沖。由于閥控內(nèi)部板卡故障檢測(cè)機(jī)制不夠完善，無法檢測(cè)到該故障。當(dāng)極I直流場(chǎng)測(cè)量柜P1.DMI裝置合并單元DSP板NR1122A故障導(dǎo)致極I極控B系統(tǒng)故障轉(zhuǎn)為極I極控A系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，極I A相D4閥觸發(fā)脈沖丟失，直流閉鎖。

[1]趙畹君,陶瑜．葛洲壩—上海直流輸電工程的基本特點(diǎn)[J]．電網(wǎng)技術(shù),1988,03(2):20-26．

[2]趙畹君．葛洲壩—上海直流輸電工程穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特點(diǎn)[J]．電網(wǎng)技術(shù),1989,06(2):32-35．

[3]曾南超．葛洲壩—上海直流輸電工程的控制和保護(hù)概述[J]．電網(wǎng)技術(shù),1988,03(1):11-14．

曹亮（1975—），男，工程師，副主任，長(zhǎng)期從事直流換流站核心設(shè)備技術(shù)運(yùn)維管理工作。