穆家換流站換相失敗問(wèn)題分析

摘要：直流輸電工程中換相失敗是逆變站經(jīng)常出現(xiàn)的故障，換相失敗所造成的系統(tǒng)波動(dòng)和諧波會(huì)影響到直流系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性，本文敘述了直流輸電換相失敗的原因和現(xiàn)象，結(jié)合對(duì)穆家換流站投運(yùn)以來(lái)的換相失敗故障，通過(guò)對(duì)控制保護(hù)軟件的分析和解讀，對(duì)逆變站換相失敗問(wèn)題做了簡(jiǎn)要的分析，結(jié)合工程實(shí)際提出了改進(jìn)控制保護(hù)軟件調(diào)節(jié)參數(shù)的方案，以提高直流運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞：直流輸電；換相失敗；逆變站；控制保護(hù)

1.穆家換流站多次發(fā)生換相失敗的現(xiàn)狀

穆家站在調(diào)試和運(yùn)行過(guò)程中多次出現(xiàn)換相失敗現(xiàn)象，按照當(dāng)時(shí)工況分為以下幾類(lèi)：

1.1交流系統(tǒng)沖擊導(dǎo)致的換相失敗

2011年1月2日，伊穆電廠兩臺(tái)機(jī)組跳閘，穆家站穆鞍#1、#2線過(guò)壓保護(hù)動(dòng)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(dǎo)通。此時(shí)交流母線電壓C相幅值下降，導(dǎo)致線電壓UCB降低。當(dāng)V5向V1進(jìn)行換相時(shí)由于UCB幅值減小，換相重疊角μ增大，使越前關(guān)斷角γ減小到某一確定值γ0（一般為5°～8°）之下，導(dǎo)致?lián)Q相失敗發(fā)生。

由此可見(jiàn)，交流電壓波動(dòng)時(shí)引起的換相失敗會(huì)導(dǎo)致閥側(cè)電流、直流電流下降到0，再經(jīng)過(guò)150ms以上的時(shí)間恢復(fù)正常。系統(tǒng)進(jìn)行切換時(shí)除丟失電源外出現(xiàn)的換相失敗時(shí)電流出現(xiàn)瞬時(shí)上升、下降的幅度要小，不會(huì)下降到零。

2.針對(duì)系統(tǒng)中換相失敗的調(diào)節(jié)的分析和改進(jìn)建議

2.1 GAMMA0控制功能（在逆變側(cè)實(shí)現(xiàn)）

當(dāng)直流電壓UDL滿(mǎn)足如下式（3）條件時(shí)，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(biāo)么值，UD_REF_VARC為電壓調(diào)節(jié)器設(shè)定值對(duì)應(yīng)標(biāo)么值，見(jiàn)CONTROL＼ CFC＼GAMMA0.hgf頁(yè)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(duì)此問(wèn)題答復(fù)的文檔中，提出將GAMMA0控制功能的啟動(dòng)時(shí)間由原來(lái)的50ms改為30ms。原來(lái)在UDL標(biāo)么值滿(mǎn)足上式條件并持續(xù)50ms時(shí)，啟動(dòng)GAMMA0控制來(lái)控制α指令值A(chǔ)LPHA_ ORD。改為30ms后，在直流電流下降時(shí)更容易、更快速的啟動(dòng)GAMMA0控制功能，控制ALPHA_ORD。這無(wú)疑對(duì)避免持續(xù)的換相失敗有利，從另一角度來(lái)看，（3）式中參數(shù)0.6（G0_REF0）是否可以在容許范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)纳?，以使得條件弱化，更容易啟動(dòng)GAMMA0控制功能進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2 通過(guò)VDCOL降低電流指令值

為了盡量避免連續(xù)換相失敗的發(fā)生，當(dāng)交流電壓嚴(yán)重下降時(shí)（反映到直流線路電壓嚴(yán)重下降）時(shí)，通常利用電流設(shè)定值限制器VDCOL來(lái)強(qiáng)迫降低直流電流，使得逆變器從換相失敗中恢復(fù)；并保持低電壓小電流運(yùn)行，等到交流系統(tǒng)消除故障后，再恢復(fù)原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)。

電流指令值IO與電壓UD關(guān)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(dāng)UD_LOW

3.換相失敗保護(hù)分析

該保護(hù)對(duì)Y/Y繞組和Y/D繞組的分別判斷，條件如下：

（1）當(dāng)兩個(gè)條件中任意一個(gè)滿(mǎn)足時(shí)，則判斷為任意橋換相失敗故障，軟件頁(yè)中CF_ANY_BRIDGE_SET1=1，動(dòng)作后果有：

（a）瞬時(shí)發(fā)出Commutation Failure Detected報(bào)警；

（b）通過(guò)閥觸發(fā)控制功能CFC來(lái)增大關(guān)斷角γ，以盡量避免連續(xù)的換相失敗發(fā)生；

（c）通過(guò)極電流控制PPC來(lái)調(diào)節(jié)電流指令值；

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

（2）當(dāng)兩個(gè)條件中只有一個(gè)滿(mǎn)足，并且交流電壓低信號(hào)已復(fù)歸（Low_AC_Voltage=0），則判斷為單橋換相失敗故障，保護(hù)軟件頁(yè)中CF_ONE_BRIDGE =1，此時(shí)展寬150ms延時(shí)600ms快速出口跳閘。

5 結(jié)束語(yǔ)

以上為對(duì)穆家站對(duì)換相失敗相關(guān)軟件的理解和分析，并針對(duì)VDCOL對(duì)電流指令值的調(diào)節(jié)功能和GAMMA0控制功能提出了改進(jìn)意見(jiàn)，通過(guò)對(duì)換相失敗控制軟件相關(guān)定值的修改，改善換流站對(duì)外界擾動(dòng)沖擊的能力，提高直流輸電的運(yùn)維可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴熙杰 主編，直流輸電基礎(chǔ)， 水利電力出版社

[2]林永生、胡良珍、嚴(yán)朗威編著，高壓直流輸電，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1982

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

作者簡(jiǎn)介：

馬金川，男，1985.11，畢業(yè)于山東大學(xué)電氣工程學(xué)院，本科，學(xué)士?，F(xiàn)任穆家換流站值長(zhǎng)，參與遼寧電力公司《換流站運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理規(guī)范（試行）》的起草編寫(xiě)，通訊地址：遼寧省遼陽(yáng)縣穆家鎮(zhèn)穆家換流站，電話：15909808622，電子郵箱：383620609@qq.com。