摘 要：針對魯西流站調(diào)試運行期間發(fā)生的一起廣西側(cè)柔性直流橋臂功率模塊旁路數(shù)量超出冗余數(shù)量造成直流跳閘的事件，根據(jù)廣西側(cè)柔性直流閥塔功率模塊結(jié)構(gòu)，水冷結(jié)構(gòu)，分析了事件的原因，對柔性直流閥塔水冷系統(tǒng)設(shè)計提出了整改建議，以避免類似事件再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：魯西換流站；柔性直流；功率模塊

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.008

0 引 言

魯西背靠背直流工程是南方電網(wǎng)公司重點工程，是目前世界上首次采用柔性直流與常規(guī)直流組合模式的背靠背工程，柔直單元容量達1000兆瓦，直流電壓達±350千伏，電壓和容量均為世界最高水平。工程率先采用柔性直流加常規(guī)直流組合模式。柔性直流是新一代的直流輸電技術(shù)，較常規(guī)直流控制更為靈活，電能質(zhì)量更高，配套換流站占地更小。工程最終規(guī)模3000兆瓦，本期建設(shè)1×1000兆瓦常規(guī)直流單元+1×1000兆瓦柔性直流單元。工程2015年3月正式開工，2016年8月30日建成投運。

1 跳閘過程

2016年08月21日11時20分，常規(guī)直流帶負荷1000MW，柔性直流帶10MW解鎖；11時24分，魯西換流站在進行調(diào)度遠方控制柔性直流功率升降試驗，柔性直流下達500MW功率命令，功率變化率為100MW/min；11時29分，柔性直流帶負荷500MW，常規(guī)直流500MW運行。2016年08月21日11時54分，廣西側(cè)柔性直流C相上橋臂旁路模塊個數(shù)迅速由1個上升至31個，廣西側(cè)柔性直流閥控系統(tǒng)發(fā)“跳閘：CU模塊故障數(shù)過多 出現(xiàn)”，±350kV換流單元三由解鎖狀態(tài)轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)。

2 廣西側(cè)柔性柔性直流系統(tǒng)介紹

±350kV/1000MVA柔性直流輸電換流閥，每個橋臂由 468個MMC功率模塊組成，其中有30個為冗余功率模塊，整個換流閥6個橋臂共2808個功率模塊，單個功率模塊的直流側(cè)電容額定電壓為1.6kV。在系統(tǒng)滿足輸送1000MW有功功率的同時，還具有300Mvar （即30%無功支持）無功輸出能力。功率模塊是換流閥的核心元件，主要由IGBT、電容器，旁路晶閘管，旁路真空接觸器，高位自取能電源，電壓傳感器、PMC（功率模塊控制板卡），底板、鈑金支撐件、水冷板、外殼等組成。閥段主要是由工字梁、水管、光纜槽及6個功率模塊組成。每個閥塔有4層，每層有4個閥段。柔直廣西側(cè)閥塔進出水方式為二進二出，共30個閥塔。每個閥塔設(shè)置了單獨的內(nèi)冷水進出水檢修閥門。

3 事故原因分析

根據(jù)功率模塊結(jié)構(gòu)及其工作原理，某一功率模塊發(fā)生故障時將其旁路，而其余模塊繼續(xù)工作；功率模塊晶閘管觸發(fā)電路的電源來自功率模塊內(nèi)部電容C，當功率模塊發(fā)送故障后，經(jīng)過一定時間晶閘管驅(qū)動電路將無法獲得電能，同時，當功率模塊發(fā)生故障后，兩只IGBT均被閉鎖，功率模塊輸出的電壓取決于電流方向且無法控制，因此需要加入快速開關(guān)，以實現(xiàn)功率模塊旁路。 旁路開關(guān)采用不可逆機械開關(guān)（開關(guān)時間小于5ms）。

2016年08月21日11時54分，廣西側(cè)柔性直流C相上橋臂旁路模塊個數(shù)迅速由1個上升至31個，閥控上報文全部為IGBT1過流故障。檢查確認C相上橋臂31個子模塊旁路全部為可靠旁路，用功率模塊測試儀對故障的模塊進行測試顯示為下管IGBT損壞。針對上述情況進一步檢查發(fā)現(xiàn)，由于C相上橋臂1號閥塔（CU-1）冷卻內(nèi)冷水的出水管檢修閥門沒有打開，C相上橋臂1號閥塔的冷卻內(nèi)冷水無法正常循環(huán)，功率模塊無法正常散熱，功率模塊發(fā)熱造成下管IGBT損壞，造成模塊旁路，8月21日11時51分41秒至11時54分04秒期間，功率模塊共被旁路31個，達到跳閘個數(shù)，柔性直流閉鎖跳閘。

4 整改建議

原因調(diào)查清楚后，是由于運維人員在廣西側(cè)柔直換流閥進行消缺后未按照設(shè)備運行的正常狀態(tài)開啟閥塔的內(nèi)冷水出水閥門導致該閥塔運行后無法散熱，最終導致功率模塊損壞，柔性直流閉鎖跳閘。魯西換流站廣西側(cè)共有30個閥塔，30個閥塔間水路連接采用并聯(lián)設(shè)計，每個閥塔采用2進2出的DN50管道，每1條管道均配置了檢修閥門。

現(xiàn)場閥冷運行數(shù)據(jù)，進閥流量230L/S，進閥壓力0.38MPa，回水壓力0.16MPa。魯西站廣西側(cè)共有30個并聯(lián)閥塔，單個閥塔壓損較小，如其中一個閥塔進出水閥門未打開或閥塔堵塞，無法從閥冷運行數(shù)據(jù)上進行判斷。在大型停電定檢、消缺后難免存在人為未打開閥塔的冷卻水進出水閥門，造成類似的直流閉鎖，設(shè)備損壞的事件。提出如下整改方案。

方案一：魯西站廣西側(cè)閥廳管路設(shè)計時，閥塔進出水處預留有儀表閥門和接口，為了減少現(xiàn)場工作量，方便現(xiàn)場對運行壓力進行觀察，在每個閥塔進出水的管道上安裝壓力表，每個閥塔共安裝4個壓力表，儀表安裝于下圖中法蘭接口位置。正常工作時，每個閥塔的進出水壓力差基本一致（即流量基本一致），當壓力差降低或上升時，說明閥組運行流量偏小，需要檢修維護。

方案二：在每個閥塔進出水的管道上安裝一個壓差表，每個閥塔共安裝2個壓差表，儀表安裝于法蘭接口位置。正常工作時，每個閥塔的進出水壓差值基本一致（即流量基本一致），當壓力差降低或上升時，說明閥組運行流量偏小，需要檢修是否正常。

方案三：在每個閥塔進出水蝶閥上安裝一件行程開關(guān)，可檢測閥門檢測狀態(tài)，當閥門開關(guān)時，能作出相應(yīng)的提示，當閥門不在開位狀態(tài)時可報警，可5個閥塔作為一組信號進行上傳。

參考文獻：

[1]魯西換流站運行規(guī)程[M].興義：南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局，2016.

[2]魯西換流站廣西側(cè)柔性直流換流閥維護手冊[M].西安：西安西電電力系統(tǒng)有限公司，2016.

作者簡介：郝良收（1987-），男，山東菏澤人，本科，助理工程師，研究方向：高壓直流系統(tǒng)運行維護，主要從事電力系統(tǒng)高壓直流系統(tǒng)運行維護。