一起閥控跳閘事件分析及改進建議

賀金寶

（中國南方電網超高壓輸電公司天生橋局，貴州黔西南562400）

0 引言

魯西換流站位于云南省羅平縣境內，由2個常規直流換流單元和1個柔性直流換流單元組成，3個換流單元容量均為1 000 MW。有2個交流場（500 kV交流場云南側和廣西側），500 kV交流場云南側連接云南電網，500 kV交流場廣西側連接廣西電網，換流單元的兩個交流側分別接在500 kV交流場云南側和廣西側。本文針對2016年11月22日魯西換流站云南側換流單元三（柔直）發生的閉鎖事件，分析事件發生的原因，并提出改進措施，以提高魯西換流站設備運行可靠性。

1 事件介紹

2016-11-22T17：19，魯西換流站工作站發云南側換流單元三（柔直）單元控制系統“IdP品質異常”信號，換流單元三云南側（柔直）單元控制系統B套主運，A套系統切至OFF狀態。

2016-11-22T21：51：49.305，魯西換流站±350 kV換流單元三云南側（柔直）閥控系統A報橋臂電流差動故障請求跳閘、換流單元三云南側（柔直）閥控系統B請求跳閘，6個橋臂均發模塊超限跳閘出現，±350 kV換流單元三退至備用狀態。

2 現場檢查情況

2.1 控制保護動作情況

單元控制系統、直流保護未動作，閥控系統A報“橋臂電流差動故障”“請求跳閘”，閥控系統B報“模塊超限請求跳閘”出口跳閘（此時單元控制系統B套主運，A套系統OFF狀態）。

從SER上看，云南側換流閥各橋臂上功率模塊旁路個數均超過25個，與功率模塊超限跳閘邏輯相符。

2.2 功率模塊檢查情況

魯西換流站換流單元三云南側因跳閘引起的功率模塊旁路個數一共有121個（不包括之前正常旁路的22個），經過檢查現已經全部通過測試，且旁路接觸器均已恢復至分位。

2.3 測量系統檢查情況

2.3.1 云南側IdP光CT電氣聯系說明

云南側換流單元三正極母線電流互感器端子箱共4塊遠端模塊在用，通過4面測量屏的MU模塊，再分別接至柔直保護A和B、極控A和B、閥控A和B以及2套故障錄波。

2.3.2 測量系統故障現象

現場檢查云南側合并單元柜1云南側1n裝置面板“RX3告警”及“采樣異?！备婢療酎c亮，合并數據報文中對應的遠端模塊采樣品質位異常。后臺顯示該遠端模塊狀態量及對應的激光器工作電流、電壓及接收光強均異常。經過初步判斷，遠端模塊已掉電，且已停止發送采樣報文。

2.3.3 測量系統故障檢查

檢查故障通道對應的供能光纖及通信光纖的布線情況，光纖布線無明顯折彎。

使用調試軟件，通過網口連接裝置，查看并記錄裝置的自檢報告及故障時通道3的采樣值，發現電流值鎖存為1 036.5 A。

合并單元裝置斷電后，將IdP與IdN對應的通信光纖與供能光纖進行對調，裝置重啟后，故障現象依舊存在，表現為IdP對應的LD1指示燈滅，由此確定裝置運行異常是由于激光二極管插件RP6896A故障造成的。

3 閥控跳閘原因分析

3.1 錄波分析

3.1.1 閥控A套閥差動故障

閥控A套接收的云南側正極母線電流因2016-11-22 T17：19的品質異常故障被鎖存為1 037 A。閥控A套閥差動故障期間柔直處于功率下降狀態，隨著功率下降橋臂電流減小，正極母線電流和上橋臂電流差值逐漸增大。21：51：49.305，正極母線電流和上橋臂電流差值達到317 A，高于閥差動保護定值300 A，閥控A套閥差動保護動作。

3.1.2 閥控B套旁路時間

在A套閥控發生閥差動故障后B套開始大量上報旁路SOE，最早旁路橋臂為B相下橋臂，旁路時間為2016-11-22 T21：51：49.306 110，B套 閥 控 旁 路 超 限 故 障 跳 閘 時 間 為2016-11-22T21：51：49.306 710，因此可以得出，在發生閥差動故障后才出現模塊旁路現象。

3.2 閥控故障跳閘原因分析

3.2.1 模塊10 ms頻率超限故障原因分析

閥控A、B分別接MU，分別獨立執行閥差動保護。在沒有閥差動故障的情況下，閥控A、B分別和脈沖分配箱及單元執行周期性數據交換，我們可以稱之為“普通數據包”，脈沖分配箱根據切換邏輯選擇閥控A或閥控B的數據，分配給功率單元[1]。

為了保證閥差動能第一時間執行，設置了一個快速保護數據包（該數據包同時承載暫時性閉鎖保護和雙極短路保護），在發生閥差動故障瞬間，檢查通信鏈路是否被普通數據包占用。

當閥控A發生閥差動故障，B沒有發生閥差動故障時，考慮除閥差動發生的第一個控制周期之外的其他后續控制周期，脈沖板和單元板將在一個控制周期內分別得到來自閥控A的快速保護數據包和來自閥控B的普通數據包，單元同時接收來自閥控A的快速保護數據包和來自閥控B的普通數據包，分別“命令”單元閉鎖和解鎖，所以單元在每個控制周期時間內，IGBT開通又關斷，超出10 ms開關頻率保護閾值。此閾值設定值是12，意味著10 ms內IGBT1或IGBT2動作次數不得超過12次（正常情況動作次數為1～3次），即開關頻率不得大于1 200 Hz，否則會執行保護[2-3]。

上述情況下，600 μs（A套閥控閥差動動作時間和B套首個旁路模塊時間差）管子就會動作12次，達到保護閾值，這個時間能夠契合閥差動保護到大批量模塊旁路導致旁路超限跳閘，從另一方面印證了閥差動是引起開關頻率保護動作的原因。

3.2.2 閥控B套旁路數量超限跳閘原因分析

根據上節所述，單元是先后達到開關頻率保護限值的，先超過頻率保護閾值的部分單元會被旁路掉，旁路模塊數量隨之增加。當旁路模塊數量和請求旁路模塊數量總和達到25時，閥控啟動旁路數量超限保護，閉鎖跳閘。

3.3 跳閘原因總結及改進措施

根據以上分析可知，本次跳閘事件最根本原因是IdP激光二極管插件RP6896A故障。IdP激光二極管插件故障后，導致遠端模塊掉電，合并單元發“IdP品質異?！?，電流值鎖存且使單元控制系統A套切至OFF，B套切至主運。

在“IdP品質異?！惫收蠙z查過程中，遇到功率調整，由于IdP電流值鎖存，因此橋臂電流差值逐漸增大，觸發閥控A套的閥差動保護，閥控A套請求跳閘，B套閥差動保護未動作。因此，單元控制系統同時接收來自閥控A的閉鎖命令和來自閥控B的解鎖命令，所以單元控制系統在每個控制周期時間內，IGBT開通又關斷，600 μs就會動作12次。最終，閥控系統B因旁路超限，報“模塊超限請求跳閘”出口跳閘。

單一元件（IdP激光二極管插件RP6896A）故障導致跳閘，究其根本原因，是閥控邏輯不完善。閥控的主備跟隨單元控制進行切換，故障發生時，單元控制A套接收到合并單元發出的采樣異常告警，已經轉為OFF狀態，閥控系統A套就不應該發出跳閘命令。因此需要在脈沖箱切換板中將“主套或備套閥控快速保護指令（包括閥差動保護指令）都執行”的邏輯，修改為“主套閥控的快速保護指令（包括閥差動保護指令）允許執行，備用閥控的快速保護指令（包括閥差動保護指令）不允許執行”。

4 結語

本文通過分析錄波及閥控控制邏輯，發現閥控系統的邏輯缺陷，并提出改進措施，防止備用套故障導致設備不可用情況的發生。按照本文提到的改進措施處理后，設備恢復正常。魯西換流站剛投運不久，是設備缺陷的高發期，我們要做到不放過任何一個缺陷，認真分析內在原因，將缺陷徹底消除，以確保設備的安全穩定運行，并為其他工程設計、運行提供參考。