鲁西站广西侧柔性直流桥臂功率模块旁路跳闸事件分析及整改措施

摘 要：针对鲁西流站调试运行期间发生的一起广西侧柔性直流桥臂功率模块旁路数量超出冗余数量造成直流跳闸的事件，根据广西侧柔性直流阀塔功率模块结构，水冷结构，分析了事件的原因，对柔性直流阀塔水冷系统设计提出了整改建议，以避免类似事件再次发生。

关键词：鲁西换流站；柔性直流；功率模块

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

0 引 言

鲁西背靠背直流工程是南方电网公司重点工程，是目前世界上首次采用柔性直流与常规直流组合模式的背靠背工程，柔直单元容量达1000兆瓦，直流电压达±350千伏，电压和容量均为世界最高水平。工程率先采用柔性直流加常规直流组合模式。柔性直流是新一代的直流输电技术，较常规直流控制更为灵活，电能质量更高，配套换流站占地更小。工程最终规模3000兆瓦，本期建设1×1000兆瓦常规直流单元+1×1000兆瓦柔性直流单元。工程2015年3月正式开工，2016年8月30日建成投运。

1 跳闸过程

2016年08月21日11时20分，常规直流带负荷1000MW，柔性直流带10MW解锁；11时24分，鲁西换流站在进行调度远方控制柔性直流功率升降试验，柔性直流下达500MW功率命令，功率变化率为100MW/min；11时29分，柔性直流带负荷500MW，常规直流500MW运行。2016年08月21日11时54分，广西侧柔性直流C相上桥臂旁路模块个数迅速由1个上升至31个，广西侧柔性直流阀控系统发“跳闸：CU模块故障数过多 出现”，±350kV换流单元三由解锁状态转为备用状态。

2 广西侧柔性柔性直流系统介绍

±350kV/1000MVA柔性直流输电换流阀，每个桥臂由 468个MMC功率模块组成，其中有30个为冗余功率模块，整个换流阀6个桥臂共2808个功率模块，单个功率模块的直流侧电容额定电压为1.6kV。在系统满足输送1000MW有功功率的同时，还具有300Mvar （即30%无功支持）无功输出能力。功率模块是换流阀的核心元件，主要由IGBT、电容器，旁路晶闸管，旁路真空接触器，高位自取能电源，电压传感器、PMC（功率模块控制板卡），底板、钣金支撑件、水冷板、外壳等组成。阀段主要是由工字梁、水管、光缆槽及6个功率模块组成。每个阀塔有4层，每层有4个阀段。柔直广西侧阀塔进出水方式为二进二出，共30个阀塔。每个阀塔设置了单独的内冷水进出水检修阀门。

3 事故原因分析

根据功率模块结构及其工作原理，某一功率模块发生故障时将其旁路，而其余模块继续工作；功率模块晶闸管触发电路的电源来自功率模块内部电容C，当功率模块发送故障后，经过一定时间晶闸管驱动电路将无法获得电能，同时，当功率模块发生故障后，两只IGBT均被闭锁，功率模块输出的电压取决于电流方向且无法控制，因此需要加入快速开关，以实现功率模块旁路。 旁路开关采用不可逆机械开关（开关时间小于5ms）。

2016年08月21日11时54分，广西侧柔性直流C相上桥臂旁路模块个数迅速由1个上升至31个，阀控上报文全部为IGBT1过流故障。检查确认C相上桥臂31个子模块旁路全部为可靠旁路，用功率模块测试仪对故障的模块进行测试显示为下管IGBT损坏。针对上述情况进一步检查发现，由于C相上桥臂1号阀塔（CU-1）冷却内冷水的出水管检修阀门没有打开，C相上桥臂1号阀塔的冷却内冷水无法正常循环，功率模块无法正常散热，功率模块发热造成下管IGBT损坏，造成模块旁路，8月21日11时51分41秒至11时54分04秒期间，功率模块共被旁路31个，达到跳闸个数，柔性直流闭锁跳闸。

4 整改建议

原因调查清楚后，是由于运维人员在广西侧柔直换流阀进行消缺后未按照设备运行的正常状态开启阀塔的内冷水出水阀门导致该阀塔运行后无法散热，最终导致功率模块损坏，柔性直流闭锁跳闸。鲁西换流站广西侧共有30个阀塔，30个阀塔间水路连接采用并联设计，每个阀塔采用2进2出的DN50管道，每1条管道均配置了检修阀门。

现场阀冷运行数据，进阀流量230L/S，进阀压力0.38MPa，回水压力0.16MPa。鲁西站广西侧共有30个并联阀塔，单个阀塔压损较小，如其中一个阀塔进出水阀门未打开或阀塔堵塞，无法从阀冷运行数据上进行判断。在大型停电定检、消缺后难免存在人为未打开阀塔的冷却水进出水阀门，造成类似的直流闭锁，设备损坏的事件。提出如下整改方案。

方案一：鲁西站广西侧阀厅管路设计时，阀塔进出水处预留有仪表阀门和接口，为了减少现场工作量，方便现场对运行压力进行观察，在每个阀塔进出水的管道上安装压力表，每个阀塔共安装4个压力表，仪表安装于下图中法兰接口位置。正常工作时，每个阀塔的进出水压力差基本一致（即流量基本一致），当压力差降低或上升时，说明阀组运行流量偏小，需要检修维护。

方案二：在每个阀塔进出水的管道上安装一个压差表，每个阀塔共安装2个压差表，仪表安装于法兰接口位置。正常工作时，每个阀塔的进出水压差值基本一致（即流量基本一致），当压力差降低或上升时，说明阀组运行流量偏小，需要检修是否正常。

方案三：在每个阀塔进出水蝶阀上安装一件行程开关，可检测阀门检测状态，当阀门开关时，能作出相应的提示，当阀门不在开位状态时可报警，可5个阀塔作为一组信号进行上传。

参考文献：

[1]鲁西换流站运行规程[M].兴义：南方电网超高压输电公司天生桥局，2016.

[2]鲁西换流站广西侧柔性直流换流阀维护手册[M].西安：西安西电电力系统有限公司，2016.

作者简介：郝良收（1987-），男，山东菏泽人，本科，助理工程师，研究方向：高压直流系统运行维护，主要从事电力系统高压直流系统运行维护。