國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司 曹 亮
葛洲壩換流站極I閥控觸發(fā)板故障導(dǎo)致直流閉鎖事件分析
國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司 曹 亮
葛洲壩至上?!?00kV直流輸電工程,額定電壓±500kV,額定電流1200A,額定容量雙極1200MW,單極600MW。直流線路全長(zhǎng)約1050公里,葛洲壩換流站,南橋換流站各一座,是我國(guó)第一條±500kV直流輸電工程。本文對(duì)2017年5月葛洲壩換流站極I閉鎖事件進(jìn)行了深入分析,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查,分析錄波等手段鎖定故障點(diǎn),找出了閉鎖發(fā)生的原因,對(duì)避免同類故障在換流站的發(fā)生具有借鑒意義。
換流站;閥控;觸發(fā)板
2017年5月12日11:01:28,葛洲壩換流站P1.DMI裝置故障告警,P1PPRB、P2PPRB主機(jī)檢測(cè)到TDM通道異常,保護(hù)裝置被閉鎖,極1極控系統(tǒng)P1PCPB由于故障退出運(yùn)行狀態(tài),P1PCPA切換至運(yùn)行狀態(tài),140ms后極控主機(jī)P1PCPA檢測(cè)到閥觸發(fā)脈沖丟失,極1直流系統(tǒng)閉鎖,事件記錄入圖1所示。極1閉鎖后極2直流588MW大地回線運(yùn)行(后按調(diào)度令將極2直流轉(zhuǎn)至金屬回線580MW運(yùn)行),直流負(fù)荷損失182MW。
5月13日10:44葛洲壩站葛南直流極1不帶線路OLT(300kV)試驗(yàn)正常。10:50葛南直流極1恢復(fù)運(yùn)行正常。
圖1 事件記錄
2.1 極I直流場(chǎng)測(cè)量柜P1.DMI裝置故障檢查處理
極I直流場(chǎng)測(cè)量柜P1.DMI裝置對(duì)應(yīng)極1控制保護(hù)B系統(tǒng),P1.DMI裝置故障后導(dǎo)致極1控制保護(hù)B系統(tǒng)退出運(yùn)行。故障發(fā)生后,現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)極I直流場(chǎng)測(cè)量柜P1.DMI屏+1.H24層機(jī)箱(南瑞繼保合并單元)存在間歇性重啟現(xiàn)象,具體如圖2所示。
圖2 P1.DMI屏+1.H24層機(jī)箱發(fā)生重啟
申請(qǐng)國(guó)調(diào)將P1PPRB、P2PPRB主機(jī)切換到“測(cè)試”狀態(tài)后檢查發(fā)現(xiàn)重啟是由于該合并單元+1.H24.2位置DSP板NR1122A故障造成的,更換該板卡后P1PPRB、P2PPRB主機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行(見(jiàn)圖3)。
合并單元+1.H24機(jī)箱通過(guò)光纖接口板NR1125A采集極1線路電壓Vd、中性母線電壓Vee、閥側(cè)中性母線電流IdYC、線路電流IdYL、閥側(cè)極母線電流IdDC、中性母線出線電流IdDL,經(jīng)DSP板NR1122A處理后通過(guò)TDM總線分別送P1PCPB、P1PPRB和P2PCPB、P2PPRB。由于P1.DMI屏+1.H24位置合并單元重啟導(dǎo)致極控和極保護(hù)B系統(tǒng)TDM通道故障,造成極1極控系統(tǒng)P1PCPB退出運(yùn)行狀態(tài),P1PCPA切換到運(yùn)行狀態(tài)。
圖3 P1.DMI屏+1.H24層機(jī)箱功能示意圖
2.2 P1PCPA閥觸發(fā)脈沖異常檢查處理
根據(jù)事件記錄,極1極控雙系統(tǒng)均檢測(cè)到“閥VB.V1檢測(cè)到觸發(fā)異常”,相對(duì)應(yīng)軟件頁(yè)如圖4所示:
圖4 閥VB.V1檢測(cè)到觸發(fā)異常檢測(cè)邏輯
根據(jù)圖4所示軟件,故障報(bào)文顯示為D6閥脈沖窗口期發(fā)出觸發(fā)脈沖丟失告警。丟脈沖保護(hù)是按照在一個(gè)閥的CP脈沖窗口時(shí)間內(nèi)檢測(cè)與之換相閥的EOC信號(hào)來(lái)判斷,如在CP脈沖窗口時(shí)間內(nèi)檢測(cè)不到EOC則判斷為丟脈沖,如在CP窗口時(shí)間外檢測(cè)到EOC則判斷為誤觸發(fā)。例如,D6閥CP脈沖窗口時(shí)間內(nèi)檢測(cè)不到D4閥的EOC信號(hào)則報(bào)D6閥丟脈沖;D6閥CP脈沖窗口時(shí)間外收到D4閥EOC則報(bào)D6閥誤觸發(fā)。因此初步判斷為A相D4閥發(fā)生了故障。
結(jié)合故障錄波進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),換流閥的觸發(fā)存在如下幾個(gè)特征:
圖5 閥觸發(fā)異常故障錄波
(1)P1PCPA系統(tǒng)切換到運(yùn)行狀態(tài)后,中性母線電壓Udn呈周期性波動(dòng),波動(dòng)周期為一個(gè)周波20ms。
(2)系統(tǒng)切換前在閥4有觸發(fā)同步信號(hào)的時(shí)刻閥側(cè)電流IVD_ L1開(kāi)始變化;系統(tǒng)切換以后在閥4有觸發(fā)同步信號(hào)的時(shí)刻前約0.8msIVD_L1開(kāi)始變化。即閥4發(fā)生了提前觸發(fā)的情況。因此判斷閥4出現(xiàn)了觸發(fā)異常的情況。
根據(jù)上述分析,對(duì)A相D4閥觸發(fā)情況進(jìn)行了重點(diǎn)檢查。進(jìn)行閥觸發(fā)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)D4閥120個(gè)晶閘管均無(wú)法導(dǎo)通,進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)閥控VBE屏負(fù)責(zé)D4閥觸發(fā)的兩塊LE板芯片表面出現(xiàn)了不同程度的損壞現(xiàn)象,具體情況如圖6所示:
圖6 觸發(fā)芯片表面損傷情況
對(duì)上述兩塊LE板進(jìn)行更換后再次進(jìn)行觸發(fā)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果正常。5月13日10:44葛洲壩站葛南直流極1不帶線路OLT(300kV)試驗(yàn)正常。10:50葛南直流極1恢復(fù)運(yùn)行正常。
將更換下來(lái)的兩塊觸發(fā)板LE1和LE2對(duì)板卡光通道、電源、接口芯片和電源回路電容等方面進(jìn)行了測(cè)試,發(fā)現(xiàn)兩塊觸發(fā)板卡測(cè)試均不合格。具體如表1所示:
表1板卡測(cè)試情況
電壓,為板卡控制與接口芯片提供電源。供電回路如圖7所示:
圖7 LE板電源供電回路
檢測(cè)發(fā)現(xiàn)2塊LE板3.3V電源和5V電源均存在較大電壓波動(dòng),其中:3.3V電源,最大值4.4V,最小值2.9V;5V電源,最大值10.92V,最小值3.6V。3.3V電源和5V電源電壓波形如圖8,9所示:
圖8 3.3V電源異常波形
圖9 5V電源異常波形
對(duì)2塊LE板電源回路電容容值進(jìn)行測(cè)量,發(fā)現(xiàn)容值均衰減嚴(yán)重。具體如表2所示:
表2 電容測(cè)量值
對(duì)2塊LE板損傷的芯片和電源回路電容進(jìn)行更換后,板卡3.3V、5V電源正常,A、B系統(tǒng)觸發(fā)脈沖輸出正常。
圖10 3.3V電源正常波形
圖11 5V電源正常波形
圖12 LE板觸發(fā)脈沖正常波形
綜合上述檢測(cè)結(jié)果,閥控觸發(fā)板LE板故障原因?yàn)椋喊蹇娙堇匣?,容值下降,造成觸發(fā)板控制電源輸出異常,引起板卡接口芯片損壞,導(dǎo)致板卡觸發(fā)信號(hào)無(wú)法發(fā)出。
葛洲壩換流站閥控設(shè)備安裝在閥塔頂部,電磁環(huán)境十分復(fù)雜,且無(wú)法單獨(dú)對(duì)閥控加裝空調(diào)設(shè)備,閥控運(yùn)行環(huán)境溫度與閥廳溫度相同,運(yùn)行溫度較高,經(jīng)過(guò)8年運(yùn)行,板卡電容出現(xiàn)老化現(xiàn)象,容值下降,造成極I閥控VBE柜A相D4閥兩塊觸發(fā)板卡LE板A系統(tǒng)的接口芯片損壞,導(dǎo)致A系統(tǒng)無(wú)法發(fā)出觸發(fā)脈沖。由于閥控內(nèi)部板卡故障檢測(cè)機(jī)制不夠完善,無(wú)法檢測(cè)到該故障。當(dāng)極I直流場(chǎng)測(cè)量柜P1.DMI裝置合并單元DSP板NR1122A故障導(dǎo)致極I極控B系統(tǒng)故障轉(zhuǎn)為極I極控A系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),極I A相D4閥觸發(fā)脈沖丟失,直流閉鎖。
[1]趙畹君,陶瑜.葛洲壩—上海直流輸電工程的基本特點(diǎn)[J].電網(wǎng)技術(shù),1988,03(2):20-26.
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[3]曾南超.葛洲壩—上海直流輸電工程的控制和保護(hù)概述[J].電網(wǎng)技術(shù),1988,03(1):11-14.
曹亮(1975—),男,工程師,副主任,長(zhǎng)期從事直流換流站核心設(shè)備技術(shù)運(yùn)維管理工作。