一起閥控跳閘事件分析及改進建議

賀金寶

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局，貴州黔西南562400）

0 引言

魯西換流站位于云南省羅平縣境內(nèi)，由2個常規(guī)直流換流單元和1個柔性直流換流單元組成，3個換流單元容量均為1 000 MW。有2個交流場（500 kV交流場云南側(cè)和廣西側(cè)），500 kV交流場云南側(cè)連接云南電網(wǎng)，500 kV交流場廣西側(cè)連接廣西電網(wǎng)，換流單元的兩個交流側(cè)分別接在500 kV交流場云南側(cè)和廣西側(cè)。本文針對2016年11月22日魯西換流站云南側(cè)換流單元三（柔直）發(fā)生的閉鎖事件，分析事件發(fā)生的原因，并提出改進措施，以提高魯西換流站設(shè)備運行可靠性。

1 事件介紹

2016-11-22T17：19，魯西換流站工作站發(fā)云南側(cè)換流單元三（柔直）單元控制系統(tǒng)“IdP品質(zhì)異常”信號，換流單元三云南側(cè)（柔直）單元控制系統(tǒng)B套主運，A套系統(tǒng)切至OFF狀態(tài)。

2016-11-22T21：51：49.305，魯西換流站±350 kV換流單元三云南側(cè)（柔直）閥控系統(tǒng)A報橋臂電流差動故障請求跳閘、換流單元三云南側(cè)（柔直）閥控系統(tǒng)B請求跳閘，6個橋臂均發(fā)模塊超限跳閘出現(xiàn)，±350 kV換流單元三退至備用狀態(tài)。

2 現(xiàn)場檢查情況

2.1 控制保護動作情況

單元控制系統(tǒng)、直流保護未動作，閥控系統(tǒng)A報“橋臂電流差動故障”“請求跳閘”，閥控系統(tǒng)B報“模塊超限請求跳閘”出口跳閘（此時單元控制系統(tǒng)B套主運，A套系統(tǒng)OFF狀態(tài)）。

從SER上看，云南側(cè)換流閥各橋臂上功率模塊旁路個數(shù)均超過25個，與功率模塊超限跳閘邏輯相符。

2.2 功率模塊檢查情況

魯西換流站換流單元三云南側(cè)因跳閘引起的功率模塊旁路個數(shù)一共有121個（不包括之前正常旁路的22個），經(jīng)過檢查現(xiàn)已經(jīng)全部通過測試，且旁路接觸器均已恢復(fù)至分位。

2.3 測量系統(tǒng)檢查情況

2.3.1 云南側(cè)IdP光CT電氣聯(lián)系說明

云南側(cè)換流單元三正極母線電流互感器端子箱共4塊遠端模塊在用，通過4面測量屏的MU模塊，再分別接至柔直保護A和B、極控A和B、閥控A和B以及2套故障錄波。

2.3.2 測量系統(tǒng)故障現(xiàn)象

現(xiàn)場檢查云南側(cè)合并單元柜1云南側(cè)1n裝置面板“RX3告警”及“采樣異常”告警燈點亮，合并數(shù)據(jù)報文中對應(yīng)的遠端模塊采樣品質(zhì)位異常。后臺顯示該遠端模塊狀態(tài)量及對應(yīng)的激光器工作電流、電壓及接收光強均異常。經(jīng)過初步判斷，遠端模塊已掉電，且已停止發(fā)送采樣報文。

2.3.3 測量系統(tǒng)故障檢查

檢查故障通道對應(yīng)的供能光纖及通信光纖的布線情況，光纖布線無明顯折彎。

使用調(diào)試軟件，通過網(wǎng)口連接裝置，查看并記錄裝置的自檢報告及故障時通道3的采樣值，發(fā)現(xiàn)電流值鎖存為1 036.5 A。

合并單元裝置斷電后，將IdP與IdN對應(yīng)的通信光纖與供能光纖進行對調(diào)，裝置重啟后，故障現(xiàn)象依舊存在，表現(xiàn)為IdP對應(yīng)的LD1指示燈滅，由此確定裝置運行異常是由于激光二極管插件RP6896A故障造成的。

3 閥控跳閘原因分析

3.1 錄波分析

3.1.1 閥控A套閥差動故障

閥控A套接收的云南側(cè)正極母線電流因2016-11-22 T17：19的品質(zhì)異常故障被鎖存為1 037 A。閥控A套閥差動故障期間柔直處于功率下降狀態(tài)，隨著功率下降橋臂電流減小，正極母線電流和上橋臂電流差值逐漸增大。21：51：49.305，正極母線電流和上橋臂電流差值達到317 A，高于閥差動保護定值300 A，閥控A套閥差動保護動作。

3.1.2 閥控B套旁路時間

在A套閥控發(fā)生閥差動故障后B套開始大量上報旁路SOE，最早旁路橋臂為B相下橋臂，旁路時間為2016-11-22 T21：51：49.306 110，B套 閥 控 旁 路 超 限 故 障 跳 閘 時 間 為2016-11-22T21：51：49.306 710，因此可以得出，在發(fā)生閥差動故障后才出現(xiàn)模塊旁路現(xiàn)象。

3.2 閥控故障跳閘原因分析

3.2.1 模塊10 ms頻率超限故障原因分析

閥控A、B分別接MU，分別獨立執(zhí)行閥差動保護。在沒有閥差動故障的情況下，閥控A、B分別和脈沖分配箱及單元執(zhí)行周期性數(shù)據(jù)交換，我們可以稱之為“普通數(shù)據(jù)包”，脈沖分配箱根據(jù)切換邏輯選擇閥控A或閥控B的數(shù)據(jù)，分配給功率單元[1]。

為了保證閥差動能第一時間執(zhí)行，設(shè)置了一個快速保護數(shù)據(jù)包（該數(shù)據(jù)包同時承載暫時性閉鎖保護和雙極短路保護），在發(fā)生閥差動故障瞬間，檢查通信鏈路是否被普通數(shù)據(jù)包占用。

當(dāng)閥控A發(fā)生閥差動故障，B沒有發(fā)生閥差動故障時，考慮除閥差動發(fā)生的第一個控制周期之外的其他后續(xù)控制周期，脈沖板和單元板將在一個控制周期內(nèi)分別得到來自閥控A的快速保護數(shù)據(jù)包和來自閥控B的普通數(shù)據(jù)包，單元同時接收來自閥控A的快速保護數(shù)據(jù)包和來自閥控B的普通數(shù)據(jù)包，分別“命令”單元閉鎖和解鎖，所以單元在每個控制周期時間內(nèi)，IGBT開通又關(guān)斷，超出10 ms開關(guān)頻率保護閾值。此閾值設(shè)定值是12，意味著10 ms內(nèi)IGBT1或IGBT2動作次數(shù)不得超過12次（正常情況動作次數(shù)為1～3次），即開關(guān)頻率不得大于1 200 Hz，否則會執(zhí)行保護[2-3]。

上述情況下，600 μs（A套閥控閥差動動作時間和B套首個旁路模塊時間差）管子就會動作12次，達到保護閾值，這個時間能夠契合閥差動保護到大批量模塊旁路導(dǎo)致旁路超限跳閘，從另一方面印證了閥差動是引起開關(guān)頻率保護動作的原因。

3.2.2 閥控B套旁路數(shù)量超限跳閘原因分析

根據(jù)上節(jié)所述，單元是先后達到開關(guān)頻率保護限值的，先超過頻率保護閾值的部分單元會被旁路掉，旁路模塊數(shù)量隨之增加。當(dāng)旁路模塊數(shù)量和請求旁路模塊數(shù)量總和達到25時，閥控啟動旁路數(shù)量超限保護，閉鎖跳閘。

3.3 跳閘原因總結(jié)及改進措施

根據(jù)以上分析可知，本次跳閘事件最根本原因是IdP激光二極管插件RP6896A故障。IdP激光二極管插件故障后，導(dǎo)致遠端模塊掉電，合并單元發(fā)“IdP品質(zhì)異常”，電流值鎖存且使單元控制系統(tǒng)A套切至OFF，B套切至主運。

在“IdP品質(zhì)異?！惫收蠙z查過程中，遇到功率調(diào)整，由于IdP電流值鎖存，因此橋臂電流差值逐漸增大，觸發(fā)閥控A套的閥差動保護，閥控A套請求跳閘，B套閥差動保護未動作。因此，單元控制系統(tǒng)同時接收來自閥控A的閉鎖命令和來自閥控B的解鎖命令，所以單元控制系統(tǒng)在每個控制周期時間內(nèi)，IGBT開通又關(guān)斷，600 μs就會動作12次。最終，閥控系統(tǒng)B因旁路超限，報“模塊超限請求跳閘”出口跳閘。

單一元件（IdP激光二極管插件RP6896A）故障導(dǎo)致跳閘，究其根本原因，是閥控邏輯不完善。閥控的主備跟隨單元控制進行切換，故障發(fā)生時，單元控制A套接收到合并單元發(fā)出的采樣異常告警，已經(jīng)轉(zhuǎn)為OFF狀態(tài)，閥控系統(tǒng)A套就不應(yīng)該發(fā)出跳閘命令。因此需要在脈沖箱切換板中將“主套或備套閥控快速保護指令（包括閥差動保護指令）都執(zhí)行”的邏輯，修改為“主套閥控的快速保護指令（包括閥差動保護指令）允許執(zhí)行，備用閥控的快速保護指令（包括閥差動保護指令）不允許執(zhí)行”。

4 結(jié)語

本文通過分析錄波及閥控控制邏輯，發(fā)現(xiàn)閥控系統(tǒng)的邏輯缺陷，并提出改進措施，防止備用套故障導(dǎo)致設(shè)備不可用情況的發(fā)生。按照本文提到的改進措施處理后，設(shè)備恢復(fù)正常。魯西換流站剛投運不久，是設(shè)備缺陷的高發(fā)期，我們要做到不放過任何一個缺陷，認真分析內(nèi)在原因，將缺陷徹底消除，以確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，并為其他工程設(shè)計、運行提供參考。