穆家換流站換相失敗問題分析

摘要：直流輸電工程中換相失敗是逆變站經常出現的故障，換相失敗所造成的系統波動和諧波會影響到直流系統運行的穩定性及可靠性，本文敘述了直流輸電換相失敗的原因和現象，結合對穆家換流站投運以來的換相失敗故障，通過對控制保護軟件的分析和解讀，對逆變站換相失敗問題做了簡要的分析，結合工程實際提出了改進控制保護軟件調節參數的方案，以提高直流運行可靠性。

關鍵詞：直流輸電；換相失敗；逆變站；控制保護

1.穆家換流站多次發生換相失敗的現狀

穆家站在調試和運行過程中多次出現換相失敗現象，按照當時工況分為以下幾類：

1.1交流系統沖擊導致的換相失敗

2011年1月2日，伊穆電廠兩臺機組跳閘，穆家站穆鞍#1、#2線過壓保護動作未出口，伊穆直流功率由1100MW迅速降至700MW，故障前CPPY=48，即V5，V6導通。此時交流母線電壓C相幅值下降，導致線電壓UCB降低。當V5向V1進行換相時由于UCB幅值減小，換相重疊角μ增大，使越前關斷角γ減小到某一確定值γ0（一般為5°～8°）之下，導致換相失敗發生。

由此可見，交流電壓波動時引起的換相失敗會導致閥側電流、直流電流下降到0，再經過150ms以上的時間恢復正常。系統進行切換時除丟失電源外出現的換相失敗時電流出現瞬時上升、下降的幅度要小，不會下降到零。

2.針對系統中換相失敗的調節的分析和改進建議

2.1 GAMMA0控制功能（在逆變側實現）

當直流電壓UDL滿足如下式（3）條件時，有GAMMA0控制單元輸出UD_LOW_INV=1。（其中UD_PU為直流極母線電流UDL的標么值，UD_REF_VARC為電壓調節器設定值對應標么值，見CONTROL＼ CFC＼GAMMA0.hgf頁面）

UD_PU<0.6*UD_REF_VARC （3）

然后輸出最大最小限制值INT_MAX=INT_MIN=CCA_SET_ VALUE，送至電流控制放大器CCA中，得到α指令值分別為ALPHA_MAX或VCA_ALPHA_ORD。

ABB針對此問題答復的文檔中，提出將GAMMA0控制功能的啟動時間由原來的50ms改為30ms。原來在UDL標么值滿足上式條件并持續50ms時，啟動GAMMA0控制來控制α指令值ALPHA_ ORD。改為30ms后，在直流電流下降時更容易、更快速的啟動GAMMA0控制功能，控制ALPHA_ORD。這無疑對避免持續的換相失敗有利，從另一角度來看，（3）式中參數0.6（G0_REF0）是否可以在容許范圍內適當的升高，以使得條件弱化，更容易啟動GAMMA0控制功能進行調節。

2.2 通過VDCOL降低電流指令值

為了盡量避免連續換相失敗的發生，當交流電壓嚴重下降時（反映到直流線路電壓嚴重下降）時，通常利用電流設定值限制器VDCOL來強迫降低直流電流，使得逆變器從換相失敗中恢復；并保持低電壓小電流運行，等到交流系統消除故障后，再恢復原來的運行狀態。

電流指令值IO與電壓UD關系如上所示，電流指令的最大限制值IO_MAX_LIM隨UD的變化而變化。當UD_LOW

3.換相失敗保護分析

該保護對Y/Y繞組和Y/D繞組的分別判斷，條件如下：

（1）當兩個條件中任意一個滿足時，則判斷為任意橋換相失敗故障，軟件頁中CF_ANY_BRIDGE_SET1=1，動作后果有：

（a）瞬時發出Commutation Failure Detected報警；

（b）通過閥觸發控制功能CFC來增大關斷角γ，以盡量避免連續的換相失敗發生；

（c）通過極電流控制PPC來調節電流指令值；

（d）若故障仍未消除，則通過兩種方式跳閘。短期故障則展寬500ms延時2.6s出口跳閘，長期故障則展寬2s延時10s出口跳閘。

（2）當兩個條件中只有一個滿足，并且交流電壓低信號已復歸（Low_AC_Voltage=0），則判斷為單橋換相失敗故障，保護軟件頁中CF_ONE_BRIDGE =1，此時展寬150ms延時600ms快速出口跳閘。

5 結束語

以上為對穆家站對換相失敗相關軟件的理解和分析，并針對VDCOL對電流指令值的調節功能和GAMMA0控制功能提出了改進意見，通過對換相失敗控制軟件相關定值的修改，改善換流站對外界擾動沖擊的能力，提高直流輸電的運維可靠性。

參考文獻：

[1]戴熙杰 主編，直流輸電基礎， 水利電力出版社

[2]林永生、胡良珍、嚴朗威編著，高壓直流輸電，上海科學技術出版社，1982

[3] Karlola Jonsson， DC System Protection - 1JNL100050-134 - PDF - Rev. 01，2001

作者簡介：

馬金川，男，1985.11，畢業于山東大學電氣工程學院，本科，學士。現任穆家換流站值長，參與遼寧電力公司《換流站運行標準化管理規范（試行）》的起草編寫，通訊地址：遼寧省遼陽縣穆家鎮穆家換流站，電話：15909808622，電子郵箱：383620609@qq.com。