一起柔直閥控系統(tǒng)跳閘原因分析及設(shè)備運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)計存在的不足，并針對性給出提升系統(tǒng)運行可靠性的升級改造建議。

【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撲結(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)）在換流站控制層級中屬于閥級控制保護系統(tǒng)，其主要功能是完成柔性直流換流閥的脈沖調(diào)制、脈沖分配并實現(xiàn)相關(guān)的保護功能，柔直閥控系統(tǒng)采用雙系統(tǒng)熱備用冗余化設(shè)計，冗余的A、B套柔直閥控系統(tǒng)與上層柔直極控系統(tǒng)一一對應(yīng)，不交叉冗余。

柔性直流系統(tǒng)運行過程中，任意一套冗余的柔直閥控系統(tǒng)發(fā)生故障，另一套可以完全獨立實現(xiàn)對柔性直流換流閥的控制保護功能，因此，閥控系統(tǒng)的設(shè)計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上報冗余切換請求，云南側(cè)換流單元三控制系統(tǒng)A由備用切換至主運，控制系統(tǒng)B由主運切換至停運，與此同時閥控系統(tǒng)A上報冗余切換請求及閥控切換失敗信號。06時21分34秒728毫秒，云南側(cè)換流單元三閥控系統(tǒng)A上報跳閘請求，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)信號及電壓電流采樣信號實現(xiàn)柔直閥的保護功能。閥控系統(tǒng)A和閥控系統(tǒng)B互為冗余，脈沖分配機箱的EX切換板與上層冗余的閥控主機通訊，實現(xiàn)對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現(xiàn)子模塊脈沖的正確分配，并反饋子模塊狀態(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

故障時刻閥控系統(tǒng)SER信號如表1所示，06時21分34秒726毫秒，閥控B報“閥控與切換板通訊故障”及“閥控請求切換”故障信號，約1ms后報“值班信號異?！惫收蠄缶盘?，閥控B系統(tǒng)切換至OFF狀態(tài)，06時21分34秒727毫秒，閥控A報“閥控請求切換”故障信號，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“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為閥控系統(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)同時發(fā)生故障，進而導(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的情況下進行更換等故障處理。對柔直閥控系統(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)維護時，另一套系統(tǒng)可保持正常運行;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，其對應(yīng)子模塊個數(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)運行可靠性提升方案

針對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分別與兩個切換板進行通訊，當(dāng)其中一塊切換板故障時，兩套閥控可自動切換為與另一個切換板進行數(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，仍然可以切換至正常通訊的閥控系統(tǒng)運行，有效改善了當(dāng)前EX板故障即出口跳閘的現(xiàn)狀，系統(tǒng)運行可靠性可大大提升。

參考文獻

[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系統(tǒng)運行維護。

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系統(tǒng)運行維護。

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系統(tǒng)運行維護。