魯西站廣西側(cè)柔性直流橋臂功率模塊旁路跳閘事件分析及整改措施

摘 要：針對(duì)魯西流站調(diào)試運(yùn)行期間發(fā)生的一起廣西側(cè)柔性直流橋臂功率模塊旁路數(shù)量超出冗余數(shù)量造成直流跳閘的事件，根據(jù)廣西側(cè)柔性直流閥塔功率模塊結(jié)構(gòu)，水冷結(jié)構(gòu)，分析了事件的原因，對(duì)柔性直流閥塔水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了整改建議，以避免類(lèi)似事件再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：魯西換流站；柔性直流；功率模塊

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.008

0 引 言

魯西背靠背直流工程是南方電網(wǎng)公司重點(diǎn)工程，是目前世界上首次采用柔性直流與常規(guī)直流組合模式的背靠背工程，柔直單元容量達(dá)1000兆瓦，直流電壓達(dá)±350千伏，電壓和容量均為世界最高水平。工程率先采用柔性直流加常規(guī)直流組合模式。柔性直流是新一代的直流輸電技術(shù)，較常規(guī)直流控制更為靈活，電能質(zhì)量更高，配套換流站占地更小。工程最終規(guī)模3000兆瓦，本期建設(shè)1×1000兆瓦常規(guī)直流單元+1×1000兆瓦柔性直流單元。工程2015年3月正式開(kāi)工，2016年8月30日建成投運(yùn)。

1 跳閘過(guò)程

2016年08月21日11時(shí)20分，常規(guī)直流帶負(fù)荷1000MW，柔性直流帶10MW解鎖；11時(shí)24分，魯西換流站在進(jìn)行調(diào)度遠(yuǎn)方控制柔性直流功率升降試驗(yàn)，柔性直流下達(dá)500MW功率命令，功率變化率為100MW/min；11時(shí)29分，柔性直流帶負(fù)荷500MW，常規(guī)直流500MW運(yùn)行。2016年08月21日11時(shí)54分，廣西側(cè)柔性直流C相上橋臂旁路模塊個(gè)數(shù)迅速由1個(gè)上升至31個(gè)，廣西側(cè)柔性直流閥控系統(tǒng)發(fā)“跳閘：CU模塊故障數(shù)過(guò)多 出現(xiàn)”，±350kV換流單元三由解鎖狀態(tài)轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)。

2 廣西側(cè)柔性柔性直流系統(tǒng)介紹

±350kV/1000MVA柔性直流輸電換流閥，每個(gè)橋臂由 468個(gè)MMC功率模塊組成，其中有30個(gè)為冗余功率模塊，整個(gè)換流閥6個(gè)橋臂共2808個(gè)功率模塊，單個(gè)功率模塊的直流側(cè)電容額定電壓為1.6kV。在系統(tǒng)滿(mǎn)足輸送1000MW有功功率的同時(shí)，還具有300Mvar （即30%無(wú)功支持）無(wú)功輸出能力。功率模塊是換流閥的核心元件，主要由IGBT、電容器，旁路晶閘管，旁路真空接觸器，高位自取能電源，電壓傳感器、PMC（功率模塊控制板卡），底板、鈑金支撐件、水冷板、外殼等組成。閥段主要是由工字梁、水管、光纜槽及6個(gè)功率模塊組成。每個(gè)閥塔有4層，每層有4個(gè)閥段。柔直廣西側(cè)閥塔進(jìn)出水方式為二進(jìn)二出，共30個(gè)閥塔。每個(gè)閥塔設(shè)置了單獨(dú)的內(nèi)冷水進(jìn)出水檢修閥門(mén)。

3 事故原因分析

根據(jù)功率模塊結(jié)構(gòu)及其工作原理，某一功率模塊發(fā)生故障時(shí)將其旁路，而其余模塊繼續(xù)工作；功率模塊晶閘管觸發(fā)電路的電源來(lái)自功率模塊內(nèi)部電容C，當(dāng)功率模塊發(fā)送故障后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間晶閘管驅(qū)動(dòng)電路將無(wú)法獲得電能，同時(shí)，當(dāng)功率模塊發(fā)生故障后，兩只IGBT均被閉鎖，功率模塊輸出的電壓取決于電流方向且無(wú)法控制，因此需要加入快速開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)功率模塊旁路。 旁路開(kāi)關(guān)采用不可逆機(jī)械開(kāi)關(guān)（開(kāi)關(guān)時(shí)間小于5ms）。

2016年08月21日11時(shí)54分，廣西側(cè)柔性直流C相上橋臂旁路模塊個(gè)數(shù)迅速由1個(gè)上升至31個(gè)，閥控上報(bào)文全部為IGBT1過(guò)流故障。檢查確認(rèn)C相上橋臂31個(gè)子模塊旁路全部為可靠旁路，用功率模塊測(cè)試儀對(duì)故障的模塊進(jìn)行測(cè)試顯示為下管IGBT損壞。針對(duì)上述情況進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，由于C相上橋臂1號(hào)閥塔（CU-1）冷卻內(nèi)冷水的出水管檢修閥門(mén)沒(méi)有打開(kāi)，C相上橋臂1號(hào)閥塔的冷卻內(nèi)冷水無(wú)法正常循環(huán)，功率模塊無(wú)法正常散熱，功率模塊發(fā)熱造成下管IGBT損壞，造成模塊旁路，8月21日11時(shí)51分41秒至11時(shí)54分04秒期間，功率模塊共被旁路31個(gè)，達(dá)到跳閘個(gè)數(shù)，柔性直流閉鎖跳閘。

4 整改建議

原因調(diào)查清楚后，是由于運(yùn)維人員在廣西側(cè)柔直換流閥進(jìn)行消缺后未按照設(shè)備運(yùn)行的正常狀態(tài)開(kāi)啟閥塔的內(nèi)冷水出水閥門(mén)導(dǎo)致該閥塔運(yùn)行后無(wú)法散熱，最終導(dǎo)致功率模塊損壞，柔性直流閉鎖跳閘。魯西換流站廣西側(cè)共有30個(gè)閥塔，30個(gè)閥塔間水路連接采用并聯(lián)設(shè)計(jì)，每個(gè)閥塔采用2進(jìn)2出的DN50管道，每1條管道均配置了檢修閥門(mén)。

現(xiàn)場(chǎng)閥冷運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)閥流量230L/S，進(jìn)閥壓力0.38MPa，回水壓力0.16MPa。魯西站廣西側(cè)共有30個(gè)并聯(lián)閥塔，單個(gè)閥塔壓損較小，如其中一個(gè)閥塔進(jìn)出水閥門(mén)未打開(kāi)或閥塔堵塞，無(wú)法從閥冷運(yùn)行數(shù)據(jù)上進(jìn)行判斷。在大型停電定檢、消缺后難免存在人為未打開(kāi)閥塔的冷卻水進(jìn)出水閥門(mén)，造成類(lèi)似的直流閉鎖，設(shè)備損壞的事件。提出如下整改方案。

方案一：魯西站廣西側(cè)閥廳管路設(shè)計(jì)時(shí)，閥塔進(jìn)出水處預(yù)留有儀表閥門(mén)和接口，為了減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，方便現(xiàn)場(chǎng)對(duì)運(yùn)行壓力進(jìn)行觀察，在每個(gè)閥塔進(jìn)出水的管道上安裝壓力表，每個(gè)閥塔共安裝4個(gè)壓力表，儀表安裝于下圖中法蘭接口位置。正常工作時(shí)，每個(gè)閥塔的進(jìn)出水壓力差基本一致（即流量基本一致），當(dāng)壓力差降低或上升時(shí)，說(shuō)明閥組運(yùn)行流量偏小，需要檢修維護(hù)。

方案二：在每個(gè)閥塔進(jìn)出水的管道上安裝一個(gè)壓差表，每個(gè)閥塔共安裝2個(gè)壓差表，儀表安裝于法蘭接口位置。正常工作時(shí)，每個(gè)閥塔的進(jìn)出水壓差值基本一致（即流量基本一致），當(dāng)壓力差降低或上升時(shí)，說(shuō)明閥組運(yùn)行流量偏小，需要檢修是否正常。

方案三：在每個(gè)閥塔進(jìn)出水蝶閥上安裝一件行程開(kāi)關(guān)，可檢測(cè)閥門(mén)檢測(cè)狀態(tài)，當(dāng)閥門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，能作出相應(yīng)的提示，當(dāng)閥門(mén)不在開(kāi)位狀態(tài)時(shí)可報(bào)警，可5個(gè)閥塔作為一組信號(hào)進(jìn)行上傳。

參考文獻(xiàn)：

[1]魯西換流站運(yùn)行規(guī)程[M].興義：南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局，2016.

[2]魯西換流站廣西側(cè)柔性直流換流閥維護(hù)手冊(cè)[M].西安：西安西電電力系統(tǒng)有限公司，2016.

作者簡(jiǎn)介：郝良收（1987-），男，山東菏澤人，本科，助理工程師，研究方向：高壓直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)，主要從事電力系統(tǒng)高壓直流系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)。