葛洲壩換流站極I閥控觸發板故障導致直流閉鎖事件分析

國網湖北省電力公司檢修公司 曹 亮

葛洲壩換流站極I閥控觸發板故障導致直流閉鎖事件分析

國網湖北省電力公司檢修公司 曹 亮

葛洲壩至上海±500kV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。直流線路全長約1050公里，葛洲壩換流站，南橋換流站各一座，是我國第一條±500kV直流輸電工程。本文對2017年5月葛洲壩換流站極I閉鎖事件進行了深入分析，通過現場檢查，分析錄波等手段鎖定故障點，找出了閉鎖發生的原因，對避免同類故障在換流站的發生具有借鑒意義。

換流站；閥控；觸發板

1 事件經過

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主機檢測到TDM通道異常，保護裝置被閉鎖,極1極控系統P1PCPB由于故障退出運行狀態，P1PCPA切換至運行狀態，140ms后極控主機P1PCPA檢測到閥觸發脈沖丟失，極1直流系統閉鎖，事件記錄入圖1所示。極1閉鎖后極2直流588MW大地回線運行（后按調度令將極2直流轉至金屬回線580MW運行），直流負荷損失182MW。

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

圖1 事件記錄

2 檢查及處理情況

2.1 極I直流場測量柜P1.DMI裝置故障檢查處理

極I直流場測量柜P1.DMI裝置對應極1控制保護B系統，P1.DMI裝置故障后導致極1控制保護B系統退出運行。故障發生后，現場檢查發現極I直流場測量柜P1.DMI屏+1.H24層機箱（南瑞繼保合并單元）存在間歇性重啟現象，具體如圖2所示。

圖2 P1.DMI屏+1.H24層機箱發生重啟

申請國調將P1PPRB、P2PPRB主機切換到“測試”狀態后檢查發現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主機恢復正常運行（見圖3）。

合并單元+1.H24機箱通過光纖接口板NR1125A采集極1線路電壓Vd、中性母線電壓Vee、閥側中性母線電流IdYC、線路電流IdYL、閥側極母線電流IdDC、中性母線出線電流IdDL，經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致極控和極保護B系統TDM通道故障，造成極1極控系統P1PCPB退出運行狀態，P1PCPA切換到運行狀態。

圖3 P1.DMI屏+1.H24層機箱功能示意圖

2.2 P1PCPA閥觸發脈沖異常檢查處理

根據事件記錄，極1極控雙系統均檢測到“閥VB.V1檢測到觸發異常”，相對應軟件頁如圖4所示：

圖4 閥VB.V1檢測到觸發異常檢測邏輯

根據圖4所示軟件，故障報文顯示為D6閥脈沖窗口期發出觸發脈沖丟失告警。丟脈沖保護是按照在一個閥的CP脈沖窗口時間內檢測與之換相閥的EOC信號來判斷，如在CP脈沖窗口時間內檢測不到EOC則判斷為丟脈沖，如在CP窗口時間外檢測到EOC則判斷為誤觸發。例如，D6閥CP脈沖窗口時間內檢測不到D4閥的EOC信號則報D6閥丟脈沖；D6閥CP脈沖窗口時間外收到D4閥EOC則報D6閥誤觸發。因此初步判斷為A相D4閥發生了故障。

結合故障錄波進一步分析發現，換流閥的觸發存在如下幾個特征：

圖5 閥觸發異常故障錄波

（1）P1PCPA系統切換到運行狀態后，中性母線電壓Udn呈周期性波動，波動周期為一個周波20ms。

（2）系統切換前在閥4有觸發同步信號的時刻閥側電流IVD_ L1開始變化；系統切換以后在閥4有觸發同步信號的時刻前約0.8msIVD_L1開始變化。即閥4發生了提前觸發的情況。因此判斷閥4出現了觸發異常的情況。

根據上述分析，對A相D4閥觸發情況進行了重點檢查。進行閥觸發試驗發現D4閥120個晶閘管均無法導通，進一步檢查發現閥控VBE屏負責D4閥觸發的兩塊LE板芯片表面出現了不同程度的損壞現象，具體情況如圖6所示：

圖6 觸發芯片表面損傷情況

對上述兩塊LE板進行更換后再次進行觸發試驗，試驗結果正常。5月13日10:44葛洲壩站葛南直流極1不帶線路OLT（300kV）試驗正常。10:50葛南直流極1恢復運行正常。

3 故障原因分析

將更換下來的兩塊觸發板LE1和LE2對板卡光通道、電源、接口芯片和電源回路電容等方面進行了測試，發現兩塊觸發板卡測試均不合格。具體如表1所示：

表1板卡測試情況

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

檢測發現2塊LE板3.3V電源和5V電源均存在較大電壓波動，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2塊LE板電源回路電容容值進行測量，發現容值均衰減嚴重。具體如表2所示：

表2 電容測量值

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

圖10 3.3V電源正常波形

圖11 5V電源正常波形

圖12 LE板觸發脈沖正常波形

綜合上述檢測結果，閥控觸發板LE板故障原因為：板卡電容老化，容值下降，造成觸發板控制電源輸出異常，引起板卡接口芯片損壞，導致板卡觸發信號無法發出。

4 結論

葛洲壩換流站閥控設備安裝在閥塔頂部，電磁環境十分復雜，且無法單獨對閥控加裝空調設備，閥控運行環境溫度與閥廳溫度相同，運行溫度較高，經過8年運行，板卡電容出現老化現象，容值下降，造成極I閥控VBE柜A相D4閥兩塊觸發板卡LE板A系統的接口芯片損壞，導致A系統無法發出觸發脈沖。由于閥控內部板卡故障檢測機制不夠完善，無法檢測到該故障。當極I直流場測量柜P1.DMI裝置合并單元DSP板NR1122A故障導致極I極控B系統故障轉為極I極控A系統運行時，極I A相D4閥觸發脈沖丟失，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[J]．電網技術,1988,03(2):20-26．

[2]趙畹君．葛洲壩—上海直流輸電工程穩態運行特點[J]．電網技術,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概述[J]．電網技術,1988,03(1):11-14．

曹亮（1975—），男，工程師，副主任，長期從事直流換流站核心設備技術運維管理工作。