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(biāo)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(fù)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(yán)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(dāng)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(fù)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。
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