一起柔直阀控系统跳闸原因分析及设备运行可靠性提升的探讨

熊银武 姬奎江 徐鸿

【摘  要】分析一起柔性直流换流阀控制系统单一元件故障导致出口跳闸的原因，聚焦阀控系统插件冗余化设计存在的不足，并针对性给出提升系统运行可靠性的升级改造建议。

【关键词】柔性直流;阀控系统;单一元件故障;冗余化

引言

鲁西背靠背柔性直流输电工程柔直换流阀拓扑结构为模块化多电平结构，采用脉宽调制技术（PWM）控制，可灵活实现输送有功功率及无功功率的调节，背靠背直流工程的竣工投产，实现了云南电网与南方电网主网的非同步联网。柔性直流换流阀控制系统（简称柔直阀控系统）在换流站控制层级中属于阀级控制保护系统，其主要功能是完成柔性直流换流阀的脉冲调制、脉冲分配并实现相关的保护功能，柔直阀控系统采用双系统热备用冗余化设计，冗余的A、B套柔直阀控系统与上层柔直极控系统一一对应，不交叉冗余。

柔性直流系统运行过程中，任意一套冗余的柔直阀控系统发生故障，另一套可以完全独立实现对柔性直流换流阀的控制保护功能，因此，阀控系统的设计需充分考虑杜绝单一元件故障导致直流闭锁的原则，这就要求柔直阀控系统的A、B系统插件需尽可能冗余化配置，只有无法实现冗余配置的公共部分发生故障的情况下，才允许出口闭锁直流系统。

1.事件描述

2019年09月25日06时21分34秒726毫秒，鲁西换流站±350kV云南侧换流单元三阀控系统B上报冗余切换请求，云南侧换流单元三控制系统A由备用切换至主运，控制系统B由主运切换至停运，与此同时阀控系统A上报冗余切换请求及阀控切换失败信号。06时21分34秒728毫秒，云南侧换流单元三阀控系统A上报跳闸请求，换流单元三由解锁状态退至备用状态。

2.柔直阀控系统简介

柔性直流阀控系统控制器结构如图1所示，柔直阀控系统主要由阀控系统A、阀控系统B及12面脉冲分配屏构成，阀控控制屏通过脉冲箱分发控制指令实现所有子模块的统筹控制，收集汇总子模块状态信号及电压电流采样信号实现柔直阀的保护功能。阀控系统A和阀控系统B互为冗余，脉冲分配机箱的EX切换板与上层冗余的阀控主机通讯，实现对上层两套阀控屏命令的切换选择，出口主套阀控的命令以及实现子模块脉冲的正确分配，并反馈子模块状态、电压和故障类型到阀控系统屏，脉冲箱EX切换板为非冗余配置。

3.故障原因分析

故障时刻阀控系统SER信号如表1所示，06时21分34秒726毫秒，阀控B报“阀控与切换板通讯故障”及“阀控请求切换”故障信号，约1ms后报“值班信号异常”故障报警信号，阀控B系统切换至OFF状态，06时21分34秒727毫秒，阀控A报“阀控请求切换”故障信号，由于阀控B已切换至OFF，阀控无可用系统，阀控A立即报“切换失败”故障，立即出口闭锁跳闸。

由阀控系统配置情况及故障后果来看，本次闭锁跳闸的根本原因为阀控系统脉冲箱内部EX切换板为非冗余配置，作为阀控系统A与阀控系统B的公用部分，单一EX切换板导致了两套阀控系统同时发生故障，进而导致直流系统闭锁造成输送直流功率损失。

4.系统运行可靠性提升分析

4.1柔直阀控系统配置选型建议

反措要求新建直流工程阀控系统应实现完全冗余配置，除光接收板卡外，其他板卡均应能够在换流阀不停运的情况下进行更换等故障处理。对柔直阀控系统，阀控（含脉冲分配屏）硬件应具备N-1冗余能力，即包括信号汇集板、脉冲分配板等在内任何单一元件或板卡故障不应影响阀控及换流阀的正常运行。阀控系统应完全双重化配置，任一系统发生故障或系统维护时，另一套系统可保持正常运行;考虑到柔直子模块数量一般预留了约10%的裕度，单一脉冲板故障情况下，其对应子模块个数大大低于冗余模块数，因此脉冲板可参照常规直流VBE系统的光接收板配置为无冗余方式，但与阀控主机通讯的EX切换板应冗余配置，防止单一EX切换板造成直流闭锁，另外，保证脉冲箱正常工作的电源板也必须冗余配置。

4.2系统运行可靠性提升方案

针对鲁西背靠背直流工程，可采用如图2所示冗余化提升方案，在脉冲箱增加配置一块冗余EX切换板，阀控系统A、阀控系统B分别与两个切换板进行通讯，当其中一块切换板故障时，两套阀控可自动切换为与另一个切换板进行数据通讯，无需系统切换，在一块EX切换板已完全故障情况下，冗余EX切换板与一套阀控系统通讯故障时，仍然可以切換至正常通讯的阀控系统运行，有效改善了当前EX板故障即出口跳闸的现状，系统运行可靠性可大大提升。

参考文献

[1] 汤广福.基于电压源换流器的高压直流输电技术.中国电力出版社，2010.1

[2] 南方电网公司.南方电网公司反事故措施（2018版）

作者简介：熊银武（1986-），男，工程师，工学学士，主要从事高压直流控制保护系统运行维护。

姬奎江（1992-），男，助理工程师，工学学士，主要从事高压直流控制保护系统运行维护。

徐鸿（1988-），男，工程师，工学学士，主要从事高压直流控制保护系统运行维护。