一起阀控跳闸事件分析及改进建议

贺金宝

（中国南方电网超高压输电公司天生桥局，贵州黔西南562400）

0 引言

鲁西换流站位于云南省罗平县境内，由2个常规直流换流单元和1个柔性直流换流单元组成，3个换流单元容量均为1 000 MW。有2个交流场（500 kV交流场云南侧和广西侧），500 kV交流场云南侧连接云南电网，500 kV交流场广西侧连接广西电网，换流单元的两个交流侧分别接在500 kV交流场云南侧和广西侧。本文针对2016年11月22日鲁西换流站云南侧换流单元三（柔直）发生的闭锁事件，分析事件发生的原因，并提出改进措施，以提高鲁西换流站设备运行可靠性。

1 事件介绍

2016-11-22T17：19，鲁西换流站工作站发云南侧换流单元三（柔直）单元控制系统“IdP品质异常”信号，换流单元三云南侧（柔直）单元控制系统B套主运，A套系统切至OFF状态。

2016-11-22T21：51：49.305，鲁西换流站±350 kV换流单元三云南侧（柔直）阀控系统A报桥臂电流差动故障请求跳闸、换流单元三云南侧（柔直）阀控系统B请求跳闸，6个桥臂均发模块超限跳闸出现，±350 kV换流单元三退至备用状态。

2 现场检查情况

2.1 控制保护动作情况

单元控制系统、直流保护未动作，阀控系统A报“桥臂电流差动故障”“请求跳闸”，阀控系统B报“模块超限请求跳闸”出口跳闸（此时单元控制系统B套主运，A套系统OFF状态）。

从SER上看，云南侧换流阀各桥臂上功率模块旁路个数均超过25个，与功率模块超限跳闸逻辑相符。

2.2 功率模块检查情况

鲁西换流站换流单元三云南侧因跳闸引起的功率模块旁路个数一共有121个（不包括之前正常旁路的22个），经过检查现已经全部通过测试，且旁路接触器均已恢复至分位。

2.3 测量系统检查情况

2.3.1 云南侧IdP光CT电气联系说明

云南侧换流单元三正极母线电流互感器端子箱共4块远端模块在用，通过4面测量屏的MU模块，再分别接至柔直保护A和B、极控A和B、阀控A和B以及2套故障录波。

2.3.2 测量系统故障现象

现场检查云南侧合并单元柜1云南侧1n装置面板“RX3告警”及“采样异常”告警灯点亮，合并数据报文中对应的远端模块采样品质位异常。后台显示该远端模块状态量及对应的激光器工作电流、电压及接收光强均异常。经过初步判断，远端模块已掉电，且已停止发送采样报文。

2.3.3 测量系统故障检查

检查故障通道对应的供能光纤及通信光纤的布线情况，光纤布线无明显折弯。

使用调试软件，通过网口连接装置，查看并记录装置的自检报告及故障时通道3的采样值，发现电流值锁存为1 036.5 A。

合并单元装置断电后，将IdP与IdN对应的通信光纤与供能光纤进行对调，装置重启后，故障现象依旧存在，表现为IdP对应的LD1指示灯灭，由此确定装置运行异常是由于激光二极管插件RP6896A故障造成的。

3 阀控跳闸原因分析

3.1 录波分析

3.1.1 阀控A套阀差动故障

阀控A套接收的云南侧正极母线电流因2016-11-22 T17：19的品质异常故障被锁存为1 037 A。阀控A套阀差动故障期间柔直处于功率下降状态，随着功率下降桥臂电流减小，正极母线电流和上桥臂电流差值逐渐增大。21：51：49.305，正极母线电流和上桥臂电流差值达到317 A，高于阀差动保护定值300 A，阀控A套阀差动保护动作。

3.1.2 阀控B套旁路时间

在A套阀控发生阀差动故障后B套开始大量上报旁路SOE，最早旁路桥臂为B相下桥臂，旁路时间为2016-11-22 T21：51：49.306 110，B套 阀 控 旁 路 超 限 故 障 跳 闸 时 间 为2016-11-22T21：51：49.306 710，因此可以得出，在发生阀差动故障后才出现模块旁路现象。

3.2 阀控故障跳闸原因分析

3.2.1 模块10 ms频率超限故障原因分析

阀控A、B分别接MU，分别独立执行阀差动保护。在没有阀差动故障的情况下，阀控A、B分别和脉冲分配箱及单元执行周期性数据交换，我们可以称之为“普通数据包”，脉冲分配箱根据切换逻辑选择阀控A或阀控B的数据，分配给功率单元[1]。

为了保证阀差动能第一时间执行，设置了一个快速保护数据包（该数据包同时承载暂时性闭锁保护和双极短路保护），在发生阀差动故障瞬间，检查通信链路是否被普通数据包占用。

当阀控A发生阀差动故障，B没有发生阀差动故障时，考虑除阀差动发生的第一个控制周期之外的其他后续控制周期，脉冲板和单元板将在一个控制周期内分别得到来自阀控A的快速保护数据包和来自阀控B的普通数据包，单元同时接收来自阀控A的快速保护数据包和来自阀控B的普通数据包，分别“命令”单元闭锁和解锁，所以单元在每个控制周期时间内，IGBT开通又关断，超出10 ms开关频率保护阈值。此阈值设定值是12，意味着10 ms内IGBT1或IGBT2动作次数不得超过12次（正常情况动作次数为1～3次），即开关频率不得大于1 200 Hz，否则会执行保护[2-3]。

上述情况下，600 μs（A套阀控阀差动动作时间和B套首个旁路模块时间差）管子就会动作12次，达到保护阈值，这个时间能够契合阀差动保护到大批量模块旁路导致旁路超限跳闸，从另一方面印证了阀差动是引起开关频率保护动作的原因。

3.2.2 阀控B套旁路数量超限跳闸原因分析

根据上节所述，单元是先后达到开关频率保护限值的，先超过频率保护阈值的部分单元会被旁路掉，旁路模块数量随之增加。当旁路模块数量和请求旁路模块数量总和达到25时，阀控启动旁路数量超限保护，闭锁跳闸。

3.3 跳闸原因总结及改进措施

根据以上分析可知，本次跳闸事件最根本原因是IdP激光二极管插件RP6896A故障。IdP激光二极管插件故障后，导致远端模块掉电，合并单元发“IdP品质异常”，电流值锁存且使单元控制系统A套切至OFF，B套切至主运。

在“IdP品质异常”故障检查过程中，遇到功率调整，由于IdP电流值锁存，因此桥臂电流差值逐渐增大，触发阀控A套的阀差动保护，阀控A套请求跳闸，B套阀差动保护未动作。因此，单元控制系统同时接收来自阀控A的闭锁命令和来自阀控B的解锁命令，所以单元控制系统在每个控制周期时间内，IGBT开通又关断，600 μs就会动作12次。最终，阀控系统B因旁路超限，报“模块超限请求跳闸”出口跳闸。

单一元件（IdP激光二极管插件RP6896A）故障导致跳闸，究其根本原因，是阀控逻辑不完善。阀控的主备跟随单元控制进行切换，故障发生时，单元控制A套接收到合并单元发出的采样异常告警，已经转为OFF状态，阀控系统A套就不应该发出跳闸命令。因此需要在脉冲箱切换板中将“主套或备套阀控快速保护指令（包括阀差动保护指令）都执行”的逻辑，修改为“主套阀控的快速保护指令（包括阀差动保护指令）允许执行，备用阀控的快速保护指令（包括阀差动保护指令）不允许执行”。

4 结语

本文通过分析录波及阀控控制逻辑，发现阀控系统的逻辑缺陷，并提出改进措施，防止备用套故障导致设备不可用情况的发生。按照本文提到的改进措施处理后，设备恢复正常。鲁西换流站刚投运不久，是设备缺陷的高发期，我们要做到不放过任何一个缺陷，认真分析内在原因，将缺陷彻底消除，以确保设备的安全稳定运行，并为其他工程设计、运行提供参考。