±320kV柔性直流系统单极大量子模块瞬间旁路跳闸分析

熊旭

摘 要：文章以2017年09月20日厦门±320kV柔性直流系统单极瞬间同时过多子模块旁路，造成±320kV单极柔直系统跳闸事件为例，对±320kV柔性直流系统单极瞬间同时过多子模块旁路原因做了分析，并得出处理结论。

关键词：±320kV柔性直流系统；子模块旁路；系统跳闸

中图分类号：TM721.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）35-0179-02

厦门±320kV柔性直流工程是世界上第一个采用真双极接线、电压和容量双创国际之最的柔性直流输电工程，该工程是2015年国家电网的重点科技示范工程，其换流阀的运行工况、旁路及故障原因分析、整改策略，对柔性直流系统的发展，提供工程实际应用不可或缺的数据和运行经验。

1 事件过程现象

1.1 换流阀监控主机报文

2017年09月20日23时36分32秒，鹭岛±320kV换流站极I阀监控主机报文弹出：“SM旁路过多故障”“阀控请求跳闸”。阀监控主机监视界面显示：极IC相下桥臂子模块总旁路数20个；极IC相下桥臂：#1阀塔中间层子模块28、30、31、32、35、36、38、40、41、42、44、45、46、47、48旁路，#1閥塔顶层子模块49、50、52、53、54旁路。（除子模块28，其余均为本次旁路）旁路数超过冗余（16个），阀控请求跳闸，极Ⅰ跳闸过程中200MW功率转移至极Ⅱ，无负荷损失。

1.2 OWS监控后台事件报文

2 现场设备检查情况

2.1 现场一次设备检查

#1阀塔顶层子模块54爆裂（图1、图3）下封板脱落，掉落至#1阀塔中间层（图2）。子模块框架底面平台上均为IGBT模块内部的硅胶物质、破碎的封装外壳以及破碎的驱动适配板。上管IGBT和下管IGBT模块均只剩余基板，基板上的芯片均已损坏，且芯片的焊接引出线均被爆炸力拉断，母排均已变形。

在#1阀塔中间层子模块30（在子模块54正下方）外壳（图2）和#1阀塔顶层子模块54处的均压环上均发现放电痕迹，下封板脱落两头有放电灼伤痕迹。现场地板上留有IGBT爆裂碎片。该子模块的IGBT发生炸裂，但防爆板并未严重变形，支路水管完好，未漏水。（见图4）。

检查发现爆裂子模块54内部两个IGBT模子模块附近的均压环、其正下方的子模块及下封板上有烧灼的痕迹，如图5-图7所示。

2.2 二次设备检查

对极Ⅰ二次设备进行检查，未发现异常现象。

3 对保护动作情况分析

3.1 南瑞控保波形分析

故障闭锁跳闸前极Ⅰ网侧电流、桥臂电流波形见图8。在系统跳闸前，极Ⅰ网侧电流、桥臂电流波形有变化现象，经分析是因为同时发生闪络的模块数过多，无法满足当时调制波需要投入的子模块数量，导致桥臂电压不平衡引成环流造成。

3.2 阀控动作行为分析

从图9可以看出C相下桥臂共旁路子模块20个（黑色圆圈），超过一个桥臂子模块冗余能力16个，根据阀控“一个桥臂子模块旁路数超过16个需申请跳闸”的逻辑，阀控系统动作行为正确。

3.3 大量子模块瞬时被旁路原因分析

同一阀塔同层子模块并不是所有都被旁路，而是部分被旁路的原因见图10。子模块有三种工作状态，状态1，两个IGBT关断；状态2，上IGBT开通，下IGBT关断；状态3，上IGBT关断，下IGBT开通。

本次故障发生后，阀段出现层间短路，处于状态2的“投入放电”或者状态3的子模块会报IGBT过流故障，处于状态1和状态2的“投入充电”的子模块无故障。阀控制系统根据南瑞控制系统的投切命令控制层间的子模块，因此子模块的状态不断发生变化。有可能从状态1切换至状态3，从而再次发生过流故障。本次故障为下封板脱落造成层间短路，短路过程较短，短路消除较快，因此有些子模块在短路期间会因调制原因发生2次过流而旁路，而有些模块则不会上报过流或者故障。

4 结束语

（1）子模块54的爆裂现象与前期发生情况类似，上下管IGBT芯片均已损坏，初步分析为IGBT发生了上下管直通短路故障导致，即上下管IGBT同时打开会导致IGBT驱动器检测到过流故障。

（2）子模块54的爆裂导致下封板掉落，在下落中引起与该模块等电位的均压环与下方的模块之间发生放电，造成第二层和第三层的阀段间出现电压闪络，导致位于短路区间内的子模块大多数发生IGBT过流故障而旁路。

（3）阀控系统在判断到桥臂子模块失去冗余能力后正确跳闸。

（4）极控制系统动作行为正确，功率转带正常，负荷未损失。

（5）对发生IGBT击穿的C相下桥臂子模块54进行更换，并且对本次旁路的其他子模块进行功能测试，功能正常，打开旁路开关继续运行。

参考文献：

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