±320kV柔性直流系統單極大量子模塊瞬間旁路跳閘分析

熊旭

摘 要：文章以2017年09月20日廈門±320kV柔性直流系統單極瞬間同時過多子模塊旁路，造成±320kV單極柔直系統跳閘事件為例，對±320kV柔性直流系統單極瞬間同時過多子模塊旁路原因做了分析，并得出處理結論。

關鍵詞：±320kV柔性直流系統；子模塊旁路；系統跳閘

中圖分類號：TM721.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）35-0179-02

廈門±320kV柔性直流工程是世界上第一個采用真雙極接線、電壓和容量雙創國際之最的柔性直流輸電工程，該工程是2015年國家電網的重點科技示范工程，其換流閥的運行工況、旁路及故障原因分析、整改策略，對柔性直流系統的發展，提供工程實際應用不可或缺的數據和運行經驗。

1 事件過程現象

1.1 換流閥監控主機報文

2017年09月20日23時36分32秒，鷺島±320kV換流站極I閥監控主機報文彈出：“SM旁路過多故障”“閥控請求跳閘”。閥監控主機監視界面顯示：極IC相下橋臂子模塊總旁路數20個；極IC相下橋臂：#1閥塔中間層子模塊28、30、31、32、35、36、38、40、41、42、44、45、46、47、48旁路，#1閥塔頂層子模塊49、50、52、53、54旁路。（除子模塊28，其余均為本次旁路）旁路數超過冗余（16個），閥控請求跳閘，極Ⅰ跳閘過程中200MW功率轉移至極Ⅱ，無負荷損失。

1.2 OWS監控后臺事件報文

2 現場設備檢查情況

2.1 現場一次設備檢查

#1閥塔頂層子模塊54爆裂（圖1、圖3）下封板脫落，掉落至#1閥塔中間層（圖2）。子模塊框架底面平臺上均為IGBT模塊內部的硅膠物質、破碎的封裝外殼以及破碎的驅動適配板。上管IGBT和下管IGBT模塊均只剩余基板，基板上的芯片均已損壞，且芯片的焊接引出線均被爆炸力拉斷，母排均已變形。

在#1閥塔中間層子模塊30（在子模塊54正下方）外殼（圖2）和#1閥塔頂層子模塊54處的均壓環上均發現放電痕跡，下封板脫落兩頭有放電灼傷痕跡。現場地板上留有IGBT爆裂碎片。該子模塊的IGBT發生炸裂，但防爆板并未嚴重變形，支路水管完好，未漏水。（見圖4）。

檢查發現爆裂子模塊54內部兩個IGBT模子模塊附近的均壓環、其正下方的子模塊及下封板上有燒灼的痕跡，如圖5-圖7所示。

2.2 二次設備檢查

對極Ⅰ二次設備進行檢查，未發現異常現象。

3 對保護動作情況分析

3.1 南瑞控保波形分析

故障閉鎖跳閘前極Ⅰ網側電流、橋臂電流波形見圖8。在系統跳閘前，極Ⅰ網側電流、橋臂電流波形有變化現象，經分析是因為同時發生閃絡的模塊數過多，無法滿足當時調制波需要投入的子模塊數量，導致橋臂電壓不平衡引成環流造成。

3.2 閥控動作行為分析

從圖9可以看出C相下橋臂共旁路子模塊20個（黑色圓圈），超過一個橋臂子模塊冗余能力16個，根據閥控“一個橋臂子模塊旁路數超過16個需申請跳閘”的邏輯，閥控系統動作行為正確。

3.3 大量子模塊瞬時被旁路原因分析

同一閥塔同層子模塊并不是所有都被旁路，而是部分被旁路的原因見圖10。子模塊有三種工作狀態，狀態1，兩個IGBT關斷；狀態2，上IGBT開通，下IGBT關斷；狀態3，上IGBT關斷，下IGBT開通。

本次故障發生后，閥段出現層間短路，處于狀態2的“投入放電”或者狀態3的子模塊會報IGBT過流故障，處于狀態1和狀態2的“投入充電”的子模塊無故障。閥控制系統根據南瑞控制系統的投切命令控制層間的子模塊，因此子模塊的狀態不斷發生變化。有可能從狀態1切換至狀態3，從而再次發生過流故障。本次故障為下封板脫落造成層間短路，短路過程較短，短路消除較快，因此有些子模塊在短路期間會因調制原因發生2次過流而旁路，而有些模塊則不會上報過流或者故障。

4 結束語

（1）子模塊54的爆裂現象與前期發生情況類似，上下管IGBT芯片均已損壞，初步分析為IGBT發生了上下管直通短路故障導致，即上下管IGBT同時打開會導致IGBT驅動器檢測到過流故障。

（2）子模塊54的爆裂導致下封板掉落，在下落中引起與該模塊等電位的均壓環與下方的模塊之間發生放電，造成第二層和第三層的閥段間出現電壓閃絡，導致位于短路區間內的子模塊大多數發生IGBT過流故障而旁路。

（3）閥控系統在判斷到橋臂子模塊失去冗余能力后正確跳閘。

（4）極控制系統動作行為正確，功率轉帶正常，負荷未損失。

（5）對發生IGBT擊穿的C相下橋臂子模塊54進行更換，并且對本次旁路的其他子模塊進行功能測試，功能正常，打開旁路開關繼續運行。

參考文獻：

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