站用電源擾動引起的特高壓換流站輔助系統故障分析

余榮興，張志朝，劉茂濤

(中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣州市，510405)

0 引言

穗東換流站是世界上首個±800 kV特高壓直流輸電系統(云廣直流輸電系統)的受端站，其故障將引起南方電網系統內多回直流不同程度地發生換相失敗。因此，穗東換流站的安全可靠運行對穩定南方電網主網架具有非常重要的意義［1-4］。

穗東換流站站用電源共分3路:(1)500 kV 1號站用變，接于本站500 kV交流母線，帶10 kV 101M運行;(2)110 kV朱中線穗東支線，為外來電源，T接自110 kV朱中線，帶10 kV 102M運行;(3)110 kV朱穗線，作為備用電源帶10 kV 103M線路運行(正常時103 M空載)，也是外來電源，引自220 kV朱村變電站。正常運行時，10 kV 101M和102M分別接5臺10 kV/400 V干式變，由干式變帶400 V母線對負載供電［5］。

穗東換流站每極均包含高、低端2個閥組，全站共有4個閥組，分別設置4套獨立的閥冷卻系統對運行中的換流閥進行冷卻。閥冷系統采取強迫循環水冷方式，由閥內冷卻水系統與噴淋水系統組成。內冷卻水系統直接與換流閥接觸，帶走換流閥工作過程中的發熱量，噴淋水系統對內冷水進行冷卻。每套噴淋水系統配置3座冷卻塔，每座冷卻塔配置2臺風扇。風扇采用西門子公司Micromaster 420通用型變頻器控制，變頻器受閥冷系統的可編程控制器(programmable logic controller，PLC)控制，以實現根據不同冷卻需求調整風扇轉速，從而達到節能低碳的目的。

正常情況下，閥冷系統均有2路電源，分別取自不同的10 kV母線，一路電源主用，一路電源備用。當主用電源掉電時，立即切換至備用的電源供電，以保證閥冷卻系統的可靠運行［6-10］。

1 閥冷卻系統故障

2010年07月25日19:48:32，監控系統報10 kV 101M和102M同時發生瞬時性失壓并復歸的信號，瞬時性失壓持續時間24 ms，同時伴隨部分換流變冷卻系統電源丟失的信號并瞬時復歸，3個正在運行的閥組發換相失敗信號并瞬時復歸。所有信號復歸后，主控室監控系統并無閥冷系統故障的任何信號。經總調得知，廣東網內有500 kV線路跳閘。查看故障錄波，發現事件發生時，廣東網內的線路跳閘對穗東換流站交流母線電壓造成較大擾動，500 kV 1號站用變進線PT A相、B相電壓發生較明顯突降，A相電壓下降值達到了43%，錄波如圖1所示。

圖1 1號站用變高壓側電壓錄波Fig.1 The voltage wave of the No.1 station transformer when fault came

站用電源擾動發生30 min后，監控系統突然報極2低端、極2高端閥冷卻系統內冷水進水溫度高告警信號。查看雙極閥冷卻系統監視界面，發現極2低端、極2高端閥組內冷水入水溫度分別為47.1、47.2℃，已達內冷水入水溫度高告警定值;極1低端閥冷系統內冷水入水溫度為46.2℃，逼近內冷水入水溫度高告警定值。

2 min后，現場檢查發現極2低端、極2高端、極1低端閥組的閥冷控制系統顯示冷卻塔風扇變頻器故障信號，每閥組的6臺風扇變頻器(每個冷卻塔2臺風扇，每個閥組共計6臺)均處在“停機”的位置，冷卻塔風扇全部停止運轉，內冷水失去冷卻。值班人員在閥冷控制系統集中顯示屏迅速按“復歸鍵”后信號復歸，所有冷卻塔風扇恢復正常運轉，極2低端、極2高端、極1低端閥組的內冷水溫度逐漸恢復至正常范圍。

2 事故分析

根據穗東換流站10 kV母線電壓監視繼電器定值，當母線電壓低于70%額定電壓時，電壓監視回路會發母線失壓告警，折算到站用電負載，負載電壓(三相制線電壓)應低于280 V。從圖1可以看出，經過1號站用變和10 kV干式變降壓后，當時10 kV 101M所帶負載電源電壓(三相制線電壓)實際僅為230 V左右。

冷卻塔風扇變頻器輸入電壓為三相380～480 V±10%，查看變頻器欠電壓保護定值后發現“三相380 V －10%”被作為缺省設置錄入變頻器的微處理器，作為欠電壓保護的定值。在站用電源擾動情況下，風扇變頻器的欠電壓保護動作，這一保護動作是無延時的，其動作后果隨即造成了變頻器的停機。

變頻器存在自動再啟動功能(對應于定值P1210)。事件發生時，我站P1210的設定值為1，其動作后果為“上電后跳閘復位”。因此，根據定值P1210=1時的動作后果，變頻器在重新接收到ON命令之前，是不會重新啟動的。

而本次事件中，變頻器并沒有完全斷電，事件持續時間僅僅24 ms，屬于非常短暫的電源中斷，其控制模塊的顯示器在變暗或者消失之前電源已經恢復。這一過程對于變頻器的控制模塊來說只能屬于“電源消隱”，不會造成變頻器控制邏輯模塊的掉電重啟和故障復歸。

3 閥冷卻系統存在問題及解決措施

3.1 存在問題

(1)站用電源的擾動導致的冷卻風扇變頻器停運，對±800 kV高壓直流輸電系統的影響是相當嚴重的。短短20 min之內，由于換流閥的冷卻效果不夠，內冷水的入水溫度已經達到47℃的告警值。

(2)變頻器故障停機這種重要的信息竟然沒有送主控室，而由內冷水溫度高告警才引起監盤人員的注意，此時已錯過了最佳的處理時機，增加了后續處理過程中直流系統運行的風險。

(3)目前共有4套閥冷卻系統，較以前的±500 kV直流輸電系統增加了1倍。如果由于站用電源的擾動而導致4套閥冷卻系統風扇的同時停運，在直流主系統大負荷運行的條件下，內冷水溫度必將很快升高，短短20 min內即可達到告警值。在此期間內，運行人員需先后去4個閥冷室對故障進行復歸，才能重新恢復閥冷系統的正常運行。

3.2 臨時措施

(1)增加雷雨天氣對閥冷系統的特巡，確保變頻器故障時，早期發現，及時處理。

(2)在監盤時打開并監視閥冷系統內冷水入水溫度趨勢圖界面，根據內冷水入水溫度變化曲線及時采取處理措施。

(3)夜班時間安排充足人手留在主控樓備班，確保發現變頻器故障后能迅速在閥冷控制屏對其進行復歸。

3.3 降低輔助系統運行風險的措施

(1)增加冷卻塔風扇變頻器故障送主控室監控系統的SER信號。如此，當站用電源擾動等因素造成風扇變頻器故障停運時，運行人員能在第一時間內發現故障，并立即采取應對措施，避免了內冷水溫度升高至告警值緊急處理時措手不及。

(2)啟用冷卻塔風扇變頻器的自動再啟動功能，將P1210參數設置為6，啟用變頻器在“電源消隱”情況下的自動再啟動功能，以避免站用電源擾動造成冷卻塔風扇變頻器的停機。

4 結語

采用本文提出的多種措施后，雖然多次出現站用電源擾動，但未再次出現由于站用電源擾動導致閥冷卻水內冷水入水溫度高告警的惡劣后果。表明本文改進建議能夠使值班人員第一時間發現故障，同時也能第一時間消除站用電源的擾動導致的不良后果，改進措施是可行的、有效的，大大提高了特高壓直流主系統的安全水平。

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