換流站換相失敗淺析

張萌 覃文念 黃超

(1.國網湖北省電力公司檢修公司,湖北武漢 430050;2.國網湖北省電力公司宜都市供電公司,湖北宜昌 443000;3.國網湖北省電力公司檢修公司,湖北武漢 430050)

換流站換相失敗淺析

張萌1覃文念2黃超3

(1.國網湖北省電力公司檢修公司,湖北武漢 430050;2.國網湖北省電力公司宜都市供電公司,湖北宜昌 443000;3.國網湖北省電力公司檢修公司,湖北武漢 430050)

對換相失敗原理進行分析,就換相失敗的波形分析及ABB MACH2系統中關于換相失敗保護原理做出介紹。同時對引起換相失敗的幾種原因進行了探討,對丟失脈沖和交流系統故障引起的換相失敗波形進行了分析。

換相失敗 丟脈沖 交流系統故障

1 逆變站換相本原理

現就逆變站正常換相原理作簡單介紹(圖1）:

圖1 RTDS模型上得到的逆變站正常換相時的波形

以1號閥和3號閥換相進行說明,具體時刻如波形上紅軸至綠軸,紅色坐標軸為1號閥開始關斷,3號閥開始導通。綠色軸為換相結束,1號閥關斷,3號閥完全導通,可以看到在換相結束后在換相結束后A相的電壓(－222KV)是低于B相(-193)的,1號閥可以關斷。

換相失敗的特征是:①關斷角小于7度；②直流電壓下降到零；③直流電流增大；④交流側短時開路；⑤基波或二次諧波分量進入直流系統。

此外,引起逆變器發生換相失敗的原因主要有,閥短路、丟脈沖、交流系統故障等,下面簡單對這些情況進行分析。

2 實例分析

在2006年6月19日,龍泉換流站因控制系統切換導致觸發脈沖短暫丟失而引起換相失敗(圖2)。

圖2 極II換流閥結構圖

故障錄波的觸發時刻是15:10:38:723。從錄波圖中看出極II控制系統PCP A系統發出的觸發脈沖是正常的,是按照正常的換流閥觸發時序發出的觸發脈沖。【注:故障錄波圖中的CPRY和CPRD分別表示Y橋換流閥和D橋換流閥的觸發脈沖。在程序中分別用6位二進制數表示具體觸發的閥(每一位二進制數分別表示一個閥,最低位表示1號閥,最高位表示6號閥)。例如:000011(B)這個二進制數表示當前觸發的閥分別是1號和2號閥,在錄波圖中轉換為10進制數3顯示；000011(B)這個二進制數表示當前觸發的閥分別是2號和3號閥,在錄波圖中轉換為10進制數6顯示。】

15:10:15:660控制系統由于檢測到故障而發生了切換。

在15:10:28:723時刻,極II PCP A系統切換為Active系統,此時CPRY和CPRD的數值均為12,轉換為二進制001100(B),即Y橋換流閥和D橋換流閥此時導通的換流閥均為3號和4號閥。

在15:10:30:723時刻,CPRD數值變為24,轉換為二進制011000(B),極控系統發出D橋換流閥4號閥和5號閥的觸發脈沖。D橋的3號閥應該和5號閥進行換相,IVD_L3電流應該逐漸增大為正向的最大值,IVD_L2應該逐漸減小為0,但是IVD_L3電流值并未增大,而是保持為0,證明5號閥并沒有收到觸發脈沖。3號和4號閥保持導通狀態。

在15:10:33:723時刻,CPRD數值變為48,轉換為二進制110000(B),極控系統發出D橋換流閥5號閥和6號閥的觸發脈沖。由于之前5號閥沒有導通,3號和4號閥繼續導通,加在6號閥上的電壓是正向電壓,當控制系統給出6號閥的觸發脈沖時,6號閥開始導通,4號閥開始關斷。3號和6號閥導通后,D橋換流閥被旁通。

D橋換流閥被旁通后,極II的直流電壓和直流電壓僅有Y橋換流閥提供,直流電壓下降至250KV左右,直流電流下降至1650A左右。

在15:10:36:723時刻,CPRD數值變為33,轉換為二進制100001(B),極控系統發出D橋換流閥1號閥和6號閥的觸發脈沖。1號閥和6號閥導通,3號閥關斷。IVD_L1電流逐漸增大到正向最大值,IVD_L2逐漸增大到反向最大值,隨后各換流閥恢復了正常的觸發順序,直流電壓和電流恢復正常。

從上述整個過程分析極II控制系統進行系統切換后,雖然極IIPCP A系統發出了觸發脈沖,但是閥控單元VCU沒有接收到D橋的5號換流閥觸發脈沖,是導致產生換相失敗報警的直接原因。

3 交流系統故障

當交流系統發生單相短路接地后,假設控制系統不起調節作用,觸發角和直流電流不發生變化時,根據關斷角的公式:

γ＝cos-1[(πVd+3XμId)/(1．35πE)]

關斷角γ隨著直流電壓Vd或電流Id,以及等值短路壓降Xμ的增加而減小,隨著換相電壓E的減小而減小；當γ小于γmin時,將失去換流閥控制能力。在交流系統故障時,很容易因為換相電壓的降低而導致換相失敗。在ABB的MACH2系統中,基于防止交流系統擾動導致換相失敗,設計換相失敗預測控制。

保護檢測交流電壓的零序分量和α/β分量,當交流電壓發生異常時,此功能迅速發出減小觸發角的命令以避免換相失敗。根據公式:

[1]趙婉君.《高壓直流輸電工程技術》.中國電力出版社.