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摘要：换流阀是直流输电工程的核心设备，由于换流阀在运行中的波形复杂，目前在计算换流阀损耗时，主要的方法是先独立计算晶闸管阀的损耗分量，然后通过相加得到最终的换流阀损耗。但是晶闸管损耗分量包含内容较多，如通态损耗、扩散损耗、阻尼损耗等，不同损耗所占比例不同，加上计算过程中受到误差的影响，导致换流阀实际损耗与计算结果有较大出入。本文首先分析了换流变抽头的不同控制模式下，对换流阀损耗带来的影响，随后结合金官换流站的故障实例，就损耗原因和处理措施进行了简要概述。
关键词：换流阀；控制模式；Udi0限幅；损耗
引言：金官换流站直流极II因为在运行过程中受到电压波动影响，导致极II换流变分接头频繁调节。不仅影响了换流站功能的正常使用，而且带来了一定的安全隐患。因此，技术人员将直流极II换流变分接头控制模式调整为定电压控制。运行一段时间后，收集运行参数分析发现调整后换流阀设备温度升高的情况。本文基于这一情况对高压直流换流变抽头控制对换流阀损耗影响展开分析。
一、不同控制模式对换流阀损耗的影响
1、手动控制模式
换流变抽头控制具有手动控制和自动控制两种模式，如果选择了手动模式，报警信号将送至SCADA系统。当运行在手动控制模式时，可单独调节单个换流变的抽头，也可同时调节一个12脉动阀组所有换流变的抽头。如果选择了单独调节抽头，那么在切换回自动控制前，必须对所有换流变的抽头进行手动同步。手动控制被视为一种保留的控制模式。在自动控制模式失效的情况下，才被起用。而且，不允许在直流功率传输的过程中对抽头进行手动控制。
2、自动控制模式
（1）空载控制。在换流站闭锁的情况下，可以使用空载自动控制，降低换流变抽头带来的损耗影响。空载控制前需要做好以下准备工作：第一，将交流断路器从联通状态切换至断开状态；第二，在线路闭合状态，需要调节至最小电流，降低功率损耗；第三，在线路开路状态，直流电压的最高电压值应当低于Udi0的阈值范围。满足上述三种条件后，可以使用空载自动控制降低换流变抽头对换流阀的损耗。
（2）Udi0控制。换流变抽头控制器根据实际的换流变抽头位置和换流变交流侧电压计算换流变阀侧空载电压。将计算得到的换流变阀侧空载电压与设定的参考值进行比较，得到电压误差。换流变抽头控制器根据得到的电压误差来产生升/降换流变抽头的命令。当电压误差超过动作死区上限时，发出降抽头的命令。执行抽头升降指令的时候有一定的延时，以避免抽头在交、直流电压扰动时发生升降。
（3）Udi0限幅。高压直流换流阀在运行过程中，会面临较大的稳态电压应力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在长期高负荷状态下运行，会加剧换流阀内部电子器件的损耗，进而降低换流阀使用寿命，在使用期之内出现故障问题，影响供电稳定性。通过设置Udi0限幅，保证了换流阀运行电压始终处于抽头控制的范围之内。Udi0限幅可以人为进行调控，自动调控模式下抽头控制具有最高优先级。
（4）角度控制。基于角度控制的换流变压器分接头控制，能够收集换流阀的实际运行参数，并经过计算得出换流器触发角。同时，系统自动将该角度值与设定值进行对比，比较得出一个角度差。角度控制的原理为：换流阀分接头控制器内置动作死区，角度差如果超出了动作死区的阈值范围，控制系统发出降分接头命令，反之则发出升分接头的命令，从而达到了角度控制目的。
3、功率调制控制
基于功率的换流变抽头控制，基本原理是利用功率的调节变换，实现对换流阀内部电路系统交流电压频率的控制，从而始终在额定功率范围内运行，达到降低损耗的目的。相比于上文中提及的手动控制和自动控制，功率调节能够同时提供两种模式的调制功能。例如，换流阀正常运行状态下，根据控制程序可以自动完成输送功率的调节。如果需要临时增加或降低系统电压，可以由技术人员从控制界面上手动完成调制，提高整个换流阀系统运行的稳定性。
基于功率调节的换流变抽头控制，支持以下几种调节方式：（1）功率的升降。根据逆变侧交流系统实际运行功率的波动变化，可以通过功率的自动调节，反相完成功率的升降。即当逆变侧交流系统的运行功率降低时，通过自动提升直流系统功率，达到相互补充的效果，维持换流阀的正常、稳定运行；（2）功率的限制。换流站四个档位之间的限制功能互不影响，这样就可以根据换流变抽头控制的实际需要，对其中某个档位进行调节即可，不会影响到其他档位的正常升降。此外，通过功率限制，还能够实现运行功率的自动回降，避免了技术人员反复进行调节控制的问题。
二、故障实例分析
1、故障描述
2016年3月份，金中直流项目金官换流站换流阀极IIYYA保变使用的ABB有载开关BUE2电动机构出现不能降档的故障。现场技术人员立即停机展开检测，初步判断是接触器在运行中发生交替吸合情况，导致降档控制信号不能从控制端及时传递到电动机构。随后技术人员更换接触器，随后开机运行发现故障排除。但是换流阀运行一段时间后，该故障又反复出现。经过多方调查，了解到近期有过一次调档试验，在排除了接触器问题后，现场技术人员人为是控制柜部分出现问题。打开控制柜进行检查，发现在二次回路中有线路接触不良的情况，重新连接线路并进行加固后，恢复运行后降档问题得到解决。下图1是换流阀二次接线示意图。
2、原因分析
换流阀在正常运行时，通过升降档位，达到控制内部电动机构运行速率的目的。控制原理为：首先，技术人员通过换流阀的控制端，发送升档或降档的控制信号。这些控制信号以脉冲形式，经过两个端子箱完成中转，传递到档位控制器上。两个端子箱一个负责控制升档，一个控制降档。在整个控制系统中，其中负责传递降档脉冲信号的端子箱发生故障，内部控制柜中的一条线路因为接触不良，导致脉冲信号中断。这样档位控制器上不能接收到降档信号，造成了档位无法降低的故障。
接触器的工作原理类似，也是通过接受脉冲信号，控制接触器线圈的闭合。在正常通电的情况下，线圈交替吸合，完成降档或升档。但是如果接触器线圈的闭合受到影响，也就无法完成档位升降控制。因此，当换流阀出现档位升降不受控制时，需要从这两方面查找原因。
3、应对措施
针对上述问题，可以分别从以下两方面采取解决措施：其一是从发动机构着手，通过改变发动机构，例如在内部增加控制回路X2:1，或是档位显示回路X7:1，并且两条回路分别使用独立的火线，用独立的电源供电。这样即便是在换流阀正常运行时，出现了零线天然断开的问题，也不会产生回路过压，从而达到了保护内部元器件的效果。其二是从主控制室着手，提高脉冲响应时间。尤其是在线路接触不良的情况下，延长脉冲时间能增加信号传输成功率。将当前换流阀的脉冲时间从0.5s延长至1.5s。
结语：换流阀在使用过程中，导致其损耗增加的因素较多，其中使用换流变抽头控制模式后，由于电压、功率等方面的波动影响，超出了换流阀正常工作范围，不仅带来了额外的损耗，而且影响了换流阀功能的正常发挥，降低了换流阀使用寿命。因此，必须要通过定期检查和参数分析，确定换流变抽头控制对换流阀带来的实际影响，对潜在故障问题及时进行处理，保证换流阀正常使用。
参考文献：
[1]司马文霞,王荣,杨庆,etal.±1100kV特高压直流换流阀能量泄放过程及相关影响因素[J].南方电网技术,2015,9(1):25-32.
[2]卢世才,刘蕊.高压直流输电系统换流阀热损耗与冷却介质关系探讨[J].广西电力,2013,36(2):59-61.
论文作者:付强
论文发表刊物:《科技新时代》2019年1期
论文发表时间:2019/3/20
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