一起柔直閥控系統(tǒng)跳閘原因分析及設(shè)備運(yùn)行可靠性提升的探討

熊銀武 姬奎江 徐鴻

【摘? 要】分析一起柔性直流換流閥控制系統(tǒng)單一元件故障導(dǎo)致出口跳閘的原因，聚焦閥控系統(tǒng)插件冗余化設(shè)計(jì)存在的不足，并針對(duì)性給出提升系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的升級(jí)改造建議。

【關(guān)鍵詞】柔性直流;閥控系統(tǒng);單一元件故障;冗余化

引言

魯西背靠背柔性直流輸電工程柔直換流閥拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為模塊化多電平結(jié)構(gòu)，采用脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM）控制，可靈活實(shí)現(xiàn)輸送有功功率及無功功率的調(diào)節(jié)，背靠背直流工程的竣工投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了云南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)主網(wǎng)的非同步聯(lián)網(wǎng)。柔性直流換流閥控制系統(tǒng)（簡稱柔直閥控系統(tǒng)）在換流站控制層級(jí)中屬于閥級(jí)控制保護(hù)系統(tǒng)，其主要功能是完成柔性直流換流閥的脈沖調(diào)制、脈沖分配并實(shí)現(xiàn)相關(guān)的保護(hù)功能，柔直閥控系統(tǒng)采用雙系統(tǒng)熱備用冗余化設(shè)計(jì)，冗余的A、B套柔直閥控系統(tǒng)與上層柔直極控系統(tǒng)一一對(duì)應(yīng)，不交叉冗余。

柔性直流系統(tǒng)運(yùn)行過程中，任意一套冗余的柔直閥控系統(tǒng)發(fā)生故障，另一套可以完全獨(dú)立實(shí)現(xiàn)對(duì)柔性直流換流閥的控制保護(hù)功能，因此，閥控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需充分考慮杜絕單一元件故障導(dǎo)致直流閉鎖的原則，這就要求柔直閥控系統(tǒng)的A、B系統(tǒng)插件需盡可能冗余化配置，只有無法實(shí)現(xiàn)冗余配置的公共部分發(fā)生故障的情況下，才允許出口閉鎖直流系統(tǒng)。

1.事件描述

2019年09月25日06時(shí)21分34秒726毫秒，魯西換流站±350kV云南側(cè)換流單元三閥控系統(tǒng)B上報(bào)冗余切換請(qǐng)求，云南側(cè)換流單元三控制系統(tǒng)A由備用切換至主運(yùn)，控制系統(tǒng)B由主運(yùn)切換至停運(yùn)，與此同時(shí)閥控系統(tǒng)A上報(bào)冗余切換請(qǐng)求及閥控切換失敗信號(hào)。06時(shí)21分34秒728毫秒，云南側(cè)換流單元三閥控系統(tǒng)A上報(bào)跳閘請(qǐng)求，換流單元三由解鎖狀態(tài)退至備用狀態(tài)。

2.柔直閥控系統(tǒng)簡介

柔性直流閥控系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)如圖1所示，柔直閥控系統(tǒng)主要由閥控系統(tǒng)A、閥控系統(tǒng)B及12面脈沖分配屏構(gòu)成，閥控控制屏通過脈沖箱分發(fā)控制指令實(shí)現(xiàn)所有子模塊的統(tǒng)籌控制，收集匯總子模塊狀態(tài)信號(hào)及電壓電流采樣信號(hào)實(shí)現(xiàn)柔直閥的保護(hù)功能。閥控系統(tǒng)A和閥控系統(tǒng)B互為冗余，脈沖分配機(jī)箱的EX切換板與上層冗余的閥控主機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)上層兩套閥控屏命令的切換選擇，出口主套閥控的命令以及實(shí)現(xiàn)子模塊脈沖的正確分配，并反饋?zhàn)幽K狀態(tài)、電壓和故障類型到閥控系統(tǒng)屏，脈沖箱EX切換板為非冗余配置。

3.故障原因分析

故障時(shí)刻閥控系統(tǒng)SER信號(hào)如表1所示，06時(shí)21分34秒726毫秒，閥控B報(bào)“閥控與切換板通訊故障”及“閥控請(qǐng)求切換”故障信號(hào)，約1ms后報(bào)“值班信號(hào)異?！惫收蠄?bào)警信號(hào)，閥控B系統(tǒng)切換至OFF狀態(tài)，06時(shí)21分34秒727毫秒，閥控A報(bào)“閥控請(qǐng)求切換”故障信號(hào)，由于閥控B已切換至OFF，閥控?zé)o可用系統(tǒng)，閥控A立即報(bào)“切換失敗”故障，立即出口閉鎖跳閘。

由閥控系統(tǒng)配置情況及故障后果來看，本次閉鎖跳閘的根本原因?yàn)殚y控系統(tǒng)脈沖箱內(nèi)部EX切換板為非冗余配置，作為閥控系統(tǒng)A與閥控系統(tǒng)B的公用部分，單一EX切換板導(dǎo)致了兩套閥控系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生故障，進(jìn)而導(dǎo)致直流系統(tǒng)閉鎖造成輸送直流功率損失。

4.系統(tǒng)運(yùn)行可靠性提升分析

4.1柔直閥控系統(tǒng)配置選型建議

反措要求新建直流工程閥控系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)完全冗余配置，除光接收板卡外，其他板卡均應(yīng)能夠在換流閥不停運(yùn)的情況下進(jìn)行更換等故障處理。對(duì)柔直閥控系統(tǒng)，閥控（含脈沖分配屏）硬件應(yīng)具備N-1冗余能力，即包括信號(hào)匯集板、脈沖分配板等在內(nèi)任何單一元件或板卡故障不應(yīng)影響閥控及換流閥的正常運(yùn)行。閥控系統(tǒng)應(yīng)完全雙重化配置，任一系統(tǒng)發(fā)生故障或系統(tǒng)維護(hù)時(shí)，另一套系統(tǒng)可保持正常運(yùn)行;考慮到柔直子模塊數(shù)量一般預(yù)留了約10%的裕度，單一脈沖板故障情況下，其對(duì)應(yīng)子模塊個(gè)數(shù)大大低于冗余模塊數(shù)，因此脈沖板可參照常規(guī)直流VBE系統(tǒng)的光接收板配置為無冗余方式，但與閥控主機(jī)通訊的EX切換板應(yīng)冗余配置，防止單一EX切換板造成直流閉鎖，另外，保證脈沖箱正常工作的電源板也必須冗余配置。

4.2系統(tǒng)運(yùn)行可靠性提升方案

針對(duì)魯西背靠背直流工程，可采用如圖2所示冗余化提升方案，在脈沖箱增加配置一塊冗余EX切換板，閥控系統(tǒng)A、閥控系統(tǒng)B分別與兩個(gè)切換板進(jìn)行通訊，當(dāng)其中一塊切換板故障時(shí)，兩套閥控可自動(dòng)切換為與另一個(gè)切換板進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，無需系統(tǒng)切換，在一塊EX切換板已完全故障情況下，冗余EX切換板與一套閥控系統(tǒng)通訊故障時(shí)，仍然可以切換至正常通訊的閥控系統(tǒng)運(yùn)行，有效改善了當(dāng)前EX板故障即出口跳閘的現(xiàn)狀，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性可大大提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 湯廣福.基于電壓源換流器的高壓直流輸電技術(shù).中國電力出版社，2010.1

[2] 南方電網(wǎng)公司.南方電網(wǎng)公司反事故措施（2018版）

作者簡介：熊銀武（1986-），男，工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)。

姬奎江（1992-），男，助理工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)。

徐鴻（1988-），男，工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)。