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某高压直流输电(HVDC)换流站发生闭锁事故,事故是由于阀冷系统循环水泵变频器不具备高低电压穿越能力造成的。根据循环水泵的启动运行方式及变频器AC/DC/AC的特性,从变频器的直流环节入手,提出基于直流支撑技术的低电压穿越改进技术,通过直流支撑系统和变频器直流环节的改造还可以实现变频器的高电压穿越。
引言:阀冷系统是直流工程中最重要的辅助系统,它将阀体上各元器件的功耗发热量排放到阀厅外,保证晶闸管运行结温在正常范围内。阀冷系统的安全与否直接关系到整个直流系统运行情况。
主循环泵是阀冷系统的重要组成部分。主要给内冷水系统提供动力。在一些换流站中,主循环水泵启动方式采用变频器启动长期运行方式。在电网过压、欠压及换流阀换相失败等造成的电能质量问题,直接影响主循环泵的运行,造成阀冷系统停止运行,进而造成换流站直流闭锁。
1、直流闭锁事件过程
A-B高压直流换流站,A双极低端内冷水系统主泵变频器过压保护动作,主泵停运后内冷水流量低保护动作,双极低端阀组闭锁。
根据故障时段A-B站直流故障录波、事件记录和现场设备检查情况综合分析,判断原因为A-B直流逆变侧(B站)交流系统故障引起双极四阀组换相失败,进而引起整流侧(A站)交流系统电压扰动从而造成A站站用电源异常,导致双极低端四台阀水冷主泵和双极高端两台阀水冷主泵故障,双极低端阀组阀冷主水流量低保护动作。
事件过程如下所述:
1:13∶50∶01∶419,直流逆变侧(B站)双极四阀组同时发生换相失败。
2:13∶50∶01∶452,A站交流系统开始出现扰动,随后出现阀避雷器检测到冲击电压报警;且因逆变侧换相失败报出“极I、极II直流线路保护闭锁”信号;部分换流变冷却器电源故障;相关交流保护、故障录波启动等。
2、直流闭锁原因分析
从故障录波分析来看,B站因交流系统故障造成双极四阀组换相失败,换相失败告警持续53ms,期间极I、极II直流电流峰值达到7200A。
因A-B换流站直流发生双极换相失败,直流电流突升,直流电压跌落至零,在直流控制器和系统无功调节作用下,A站交流电压畸变严重,其中电压跌落达20%。
检查发现,故障时A站双极低端主水流量低于29L/s续超过1.1s(横轴每格2.5s),满足保护动作条件。
3、主泵停运原因分析
综合现场检查情况,初步分析认为主泵停运原因为:A-B换流站直流逆变侧双极换相失败,引起A站交流电压扰动,两路主用站用电电源异常,A站4个阀组8台主泵变频器中的6台(双极低端4台主泵变频器和双极高端2#主泵变频器)检测到直流电压超过内置过压保护定值,直流过压保护动作。另外2台高端1#泵的变频器由于测量误差,直流电压未达到内置过压保护定值,故直流过压保护未动作。故障发生时,4个阀组均为2#主泵运行,当4台主泵的变频器直流过压保护动作后,立即停运主泵并切至1#泵运行,并向运行人员工作站发“主泵故障”报警。
对于极I低端而言,由于2台泵同时故障,因此无法切换,2台主泵均停运,虽然几秒钟后2台主泵先后恢复运行,但是主水流量29L/s并持续超过1.1s延时,流量低保护二段动作,闭锁极I低端直流。
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