張萌 覃文念 黃超

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

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

換相失敗 丟脈沖 交流系統(tǒng)故障

1 逆變站換相本原理

現(xiàn)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(shí)的波形

以1號(hào)閥和3號(hào)閥換相進(jìn)行說明,具體時(shí)刻如波形上紅軸至綠軸,紅色坐標(biāo)軸為1號(hào)閥開始關(guān)斷,3號(hào)閥開始導(dǎo)通。綠色軸為換相結(jié)束,1號(hào)閥關(guān)斷,3號(hào)閥完全導(dǎo)通,可以看到在換相結(jié)束后在換相結(jié)束后A相的電壓(－222KV)是低于B相(-193)的,1號(hào)閥可以關(guān)斷。

換相失敗的特征是:①關(guān)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(cè)短時(shí)開路；⑤基波或二次諧波分量進(jìn)入直流系統(tǒng)。

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

2 實(shí)例分析

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

圖2 極II換流閥結(jié)構(gòu)圖

故障錄波的觸發(fā)時(shí)刻是15:10:38:723。從錄波圖中看出極II控制系統(tǒng)PCP A系統(tǒng)發(fā)出的觸發(fā)脈沖是正常的,是按照正常的換流閥觸發(fā)時(shí)序發(fā)出的觸發(fā)脈沖?！咀?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(fā)脈沖。在程序中分別用6位二進(jìn)制數(shù)表示具體觸發(fā)的閥(每一位二進(jìn)制數(shù)分別表示一個(gè)閥,最低位表示1號(hào)閥,最高位表示6號(hào)閥)。例如:000011(B)這個(gè)二進(jìn)制數(shù)表示當(dāng)前觸發(fā)的閥分別是1號(hào)和2號(hào)閥,在錄波圖中轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制數(shù)3顯示；000011(B)這個(gè)二進(jìn)制數(shù)表示當(dāng)前觸發(fā)的閥分別是2號(hào)和3號(hào)閥,在錄波圖中轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制數(shù)6顯示?！?/p>

15:10:15:660控制系統(tǒng)由于檢測到故障而發(fā)生了切換。

在15:10:28:723時(shí)刻,極II PCP A系統(tǒng)切換為Active系統(tǒng),此時(shí)CPRY和CPRD的數(shù)值均為12,轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制001100(B),即Y橋換流閥和D橋換流閥此時(shí)導(dǎo)通的換流閥均為3號(hào)和4號(hào)閥。

在15:10:30:723時(shí)刻,CPRD數(shù)值變?yōu)?4,轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制011000(B),極控系統(tǒng)發(fā)出D橋換流閥4號(hào)閥和5號(hào)閥的觸發(fā)脈沖。D橋的3號(hào)閥應(yīng)該和5號(hào)閥進(jìn)行換相,IVD_L3電流應(yīng)該逐漸增大為正向的最大值,IVD_L2應(yīng)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(hào)閥并沒有收到觸發(fā)脈沖。3號(hào)和4號(hào)閥保持導(dǎo)通狀態(tài)。

在15:10:33:723時(shí)刻,CPRD數(shù)值變?yōu)?8,轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制110000(B),極控系統(tǒng)發(fā)出D橋換流閥5號(hào)閥和6號(hào)閥的觸發(fā)脈沖。由于之前5號(hào)閥沒有導(dǎo)通,3號(hào)和4號(hào)閥繼續(xù)導(dǎo)通,加在6號(hào)閥上的電壓是正向電壓,當(dāng)控制系統(tǒng)給出6號(hào)閥的觸發(fā)脈沖時(shí),6號(hào)閥開始導(dǎo)通,4號(hào)閥開始關(guān)斷。3號(hào)和6號(hào)閥導(dǎo)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(shí)刻,CPRD數(shù)值變?yōu)?3,轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制100001(B),極控系統(tǒng)發(fā)出D橋換流閥1號(hào)閥和6號(hào)閥的觸發(fā)脈沖。1號(hào)閥和6號(hào)閥導(dǎo)通,3號(hào)閥關(guān)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(fù)了正常的觸發(fā)順序,直流電壓和電流恢復(fù)正常。

從上述整個(gè)過程分析極II控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)切換后,雖然極IIPCP A系統(tǒng)發(fā)出了觸發(fā)脈沖,但是閥控單元VCU沒有接收到D橋的5號(hào)換流閥觸發(fā)脈沖,是導(dǎo)致產(chǎn)生換相失敗報(bào)警的直接原因。

3 交流系統(tǒng)故障

當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生單相短路接地后,假設(shè)控制系統(tǒng)不起調(diào)節(jié)作用,觸發(fā)角和直流電流不發(fā)生變化時(shí),根據(jù)關(guān)斷角的公式:

γ＝cos-1[(πVd+3XμId)/(1．35πE)]

關(guān)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??；當(dāng)γ小于γmin時(shí),將失去換流閥控制能力。在交流系統(tǒng)故障時(shí),很容易因?yàn)閾Q相電壓的降低而導(dǎo)致?lián)Q相失敗。在ABB的MACH2系統(tǒng)中,基于防止交流系統(tǒng)擾動(dòng)導(dǎo)致?lián)Q相失敗,設(shè)計(jì)換相失敗預(yù)測控制。

保護(hù)檢測交流電壓的零序分量和α/β分量,當(dāng)交流電壓發(fā)生異常時(shí),此功能迅速發(fā)出減小觸發(fā)角的命令以避免換相失敗。根據(jù)公式:

[1]趙婉君.《高壓直流輸電工程技術(shù)》.中國電力出版社.