±320kV柔性直流系統(tǒng)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(tǒng)單極瞬間同時過多子模塊旁路，造成±320kV單極柔直系統(tǒng)跳閘事件為例，對±320kV柔性直流系統(tǒng)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(jié)論。

關(guān)鍵詞：±320kV柔性直流系統(tǒng)；子模塊旁路；系統(tǒng)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(chuàng)國際之最的柔性直流輸電工程，該工程是2015年國家電網(wǎng)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(tǒng)的發(fā)展，提供工程實際應(yīng)用不可或缺的數(shù)據(jù)和運行經(jīng)驗。

1 事件過程現(xiàn)象

1.1 換流閥監(jiān)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(jiān)控主機報文彈出：“SM旁路過多故障”“閥控請求跳閘”。閥監(jiān)控主機監(jiān)視界面顯示：極IC相下橋臂子模塊總旁路數(shù)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(shù)超過冗余（16個），閥控請求跳閘，極Ⅰ跳閘過程中200MW功率轉(zhuǎn)移至極Ⅱ，無負荷損失。

1.2 OWS監(jiān)控后臺事件報文

2 現(xiàn)場設(shè)備檢查情況

2.1 現(xiàn)場一次設(shè)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(nèi)部的硅膠物質(zhì)、破碎的封裝外殼以及破碎的驅(qū)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(huán)上均發(fā)現(xiàn)放電痕跡，下封板脫落兩頭有放電灼傷痕跡?，F(xiàn)場地板上留有IGBT爆裂碎片。該子模塊的IGBT發(fā)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(fā)現(xiàn)爆裂子模塊54內(nèi)部兩個IGBT模子模塊附近的均壓環(huán)、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(shè)備檢查

對極Ⅰ二次設(shè)備進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)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(wǎng)側(cè)電流、橋臂電流波形見圖8。在系統(tǒng)跳閘前，極Ⅰ網(wǎng)側(cè)電流、橋臂電流波形有變化現(xiàn)象，經(jīng)分析是因為同時發(fā)生閃絡(luò)的模塊數(shù)過多，無法滿足當時調(diào)制波需要投入的子模塊數(shù)量，導(dǎo)致橋臂電壓不平衡引成環(huán)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(jù)閥控“一個橋臂子模塊旁路數(shù)超過16個需申請?zhí)l”的邏輯，閥控系統(tǒng)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(tài)，狀態(tài)1，兩個IGBT關(guān)斷；狀態(tài)2，上IGBT開通，下IGBT關(guān)斷；狀態(tài)3，上IGBT關(guān)斷，下IGBT開通。

本次故障發(fā)生后，閥段出現(xiàn)層間短路，處于狀態(tài)2的“投入放電”或者狀態(tài)3的子模塊會報IGBT過流故障，處于狀態(tài)1和狀態(tài)2的“投入充電”的子模塊無故障。閥控制系統(tǒng)根據(jù)南瑞控制系統(tǒng)的投切命令控制層間的子模塊，因此子模塊的狀態(tài)不斷發(fā)生變化。有可能從狀態(tài)1切換至狀態(tài)3，從而再次發(fā)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(diào)制原因發(fā)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(jié)束語

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

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

（3）閥控系統(tǒng)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(tǒng)動作行為正確，功率轉(zhuǎn)帶正常，負荷未損失。

（5）對發(fā)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(guān)繼續(xù)運行。

參考文獻：

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