（中国南方电网超高压输电公司昆明局 云南昆明 650217）
摘要：总结归纳了特高压直流工程中换流变有载调压控制模式分为定角度控制模式、定 控制模式和阀组跟随控制模式三种，逐一分析了上述三种控制模式具体的控制方法和实现过程，并针对楚雄换流站孤岛调试期间出现的极I双阀组分接开关控制模式不一致，引起极Ⅰ双阀组闭锁。指出了特高压直流同一个极的两个阀组均处于带电状态时，必须对同一极的两个阀组分解开控制模式同时执行转换。
关键词：特高压直流；换流变；分接头；定角度控制；定控制
0 引言
通过有载调压开关调压, 可以补偿换流变压器交流网侧电压的变化以及保持触发角运行在适当的范围内以保证运行的安全性和经济性。直流系统运行方式有多种, 不同运行方式所对应的有载调压开关调节原理和实现方法不同, 所以本文就分接头调节的控制模式做了详细分类, 并且列举出了不同控制模式下所需要的条件。
1 特高压直流工程整流站换流变有载分接开关的控制模式
特高压直流工程整流站换流变有载分接开关的控制式可归结为三种：定角度控制模式、定（换流变阀侧电压）控制模式和阀组跟随控制模式。下面就三种控制模式的原理及实现过程进行详细分析。
1.1 定角度控制模式
定角度控制模式是特高压直流系统整流站正常运行时换流变分接头常用的控制模式，选择Δ= 作为控制量，其中：为直流电流参考值；为直流电流实际值；为直流电压参考值；为直流电压实际值；控制量Δ经比例-积分控制器计算出的触发角α作为分接头调节的控制依据，定角度控制为了将触发角控制在12.5°至17.5°之间。当交流电压发生改变时，直流电流也将发生变化，为保持直流电流不变，首先直流电流控制器将改变触发角进行控制，若触发角超出规定范围，这时换流变分接头将进行相应的调档，使触发角达到规定范围内。当α小于12.5°时，发出降低分接头档位命令，当α大于17.5°时，发出提升分接头档位命令。当阀组未解锁时，只能运行在定控制模式。
1.2 定（换流变阀侧电压）
定控制是通过调整换流变分接头来控制换流变阀侧电压在一定范围内。该控制模式可由阀组控制系统根据阀组状态强制选择或由运行人员在工作站设定。云广工程中，阀组在“接地”、“停运”、“备用”状态不会调整分接头，但当转为“闭锁”状态后，阀组控制系统将强制设定当前的换流变分接头切换控制模式为定控制，在该模式下，阀组控制系统将通过计算换流变阀侧电压并与参考值比较来调整分接头。当阀组转为“闭锁”状态，换流变充电后，阀组控制系统将直接取用本身采集的换流变网侧电压进行计算U当换流变分接头的控制模式被选择为定 控制时，阀组控制系统将计算λ= − ， 其中：为阀侧空载电压的计算值， 为阀侧空载电压的参考值。当λ>1.1% 时，发出提升分接头的命令；当λ<−1.1% 时，发出降低分接头的命令。同时，只有当λ> −3% 时，分接头的位置才满足阀组解锁的要求。
1.2.1 阀侧空载电压参考值的选择
当阀组未解锁时，换流变空载阀侧电压参考值 Udref 取运行人员下发的额定电压参考值、降压运行参考电压、低负荷无功优化参考电压三者的最小值。当同极的任何阀组被旁路或该极进行空载升压试验（OLT）时，本极换流变空载阀侧 电压参考值Uref 强制选取1.0 pu。
在阀组解锁后，用于计算的电压参考值 将以阀组测量系统实测 代替，其中对于高端阀组： = −，对于低端阀组： = −。其中、分别为高端阀组高、低压侧电压量，、分别为低端阀组高、低压侧电压量。
1.2.2 阀侧空载电压计算值的计算
以楚穗直流和普侨直流两个特高压直流工程为例，其整流站的换流变档位均为-6~18共25档，每档调压1.25%。因此整流站换流变阀侧电压计算公式如下：
其中，为阀组在“闭锁”状态时，取阀组测量系统取得的换流变网侧交流电压；为换流变分接开关档位的实际位置；为每档分接头的步长（取1.25），为流过换流变的实际交流电流；为换流变的等效电抗。
1.3 两种控制模式的比较
总体上说，定角度控制模式与定控制方式相比，其优点是：通过将控制角限制在合理范围内，可以降低阀损耗和减少高次谐波电流，从而降低滤波器投入，使换流器保持较高的功率因素，即输送同样的直流功率，同时使换流器吸收较少无功功率同时损耗更少。但其缺点是：分接头动作次数相对频繁（有相关运行报告指出，使用角度控制方式分接头动作次数是使用控制方式的4倍），因而检修周期会缩短，同时分接头调压范围也要求宽些。
1.4 阀组跟随控制模式
直流系统正常运行时，由于逆变站一般进行电压控制，因此，两个阀组的电压基本能够保持平衡。 但在整流站，一般是控制直流电流，两个阀组需要采取措施进行电压平衡控制，这对换流变分接头控制提出了新的要求。阀组分接头跟随控制功能是单极双阀组串联 结构特有的，该功能只在整流侧有效。当同极另一个阀组已经处于解锁状态并且本阀组在闭锁状态时，本阀组换流变分接头的定角度和定 控制模式将不再起作用，而是通过与解锁阀组比较换流变分接头的档位高低来调整本阀组换流变的分接头。当本阀组分接头档位较高时，发出降低本阀组换流变分接头的命令，相对较低时，发出提升分接头的命令，只有本阀组换流变的分接头档位不高于已解锁阀组的换流变档位4 档时才具备解锁条件。
2、故障分析
2012年12月15日09时15分32秒，为配合楚穗直流孤岛调试，楚雄换流站将极Ⅰ高端换流变分接头控制模式由定角度模式改为模式后，09时15分38秒，换流变分接头调节动作开始； 09时16分10秒，分接头调节动作结束；09时17分31秒202毫秒，两套极Ⅰ直流保护系统极差动保护87DCM动作；09时17分31秒210毫秒，两套极Ⅰ直流保护系统阀组短路保护87CSDⅠ段动作，极I双阀组闭锁。运行人员红外巡视发现极I低端阀厅F5避雷器温度异常且阀厅内有焦糊味，后续解剖证实该避雷器被击穿，导致相关直流保护动作。
楚雄换流站进行了在双极四阀组2500MW运行状态下将极I高端阀组换流变分接头从角度控制模式转换为控制模式的操作，自换流变分接头调整结束到闭锁前持续时间约为1分21秒。查看TFR，发现极1 ESOF前，极I的电压录波的波形有异常变化，极Ⅰ400kV母线电压稳态最大值（约为597.24kV）大于常态运行值（约为429kV）。电压波动较大的原因是在直流电压基础上叠加了较大的谐波电压，主要是24次谐波分量。录波图如下图：
导致避雷器损坏的原因是极Ⅰ400kV母线电压值过高导致该支避雷器承受较高电压，且超过了避雷器的耐受水平。可通过下列方法进行初步核算：
通过录波读取值，并通过计算工频电流流过电感后产生压降公式（=L*/）来计算中性母线处平波电抗器产生的电压降；由于正常运行时同一个阀组的星形换流桥和角形换流桥产生的压降可以认为相等，F5避雷器的对地电压计算公式为:=（- -）/2+ +。
通过简单取样核算值=L*/=33kV,根据录波计算结果，最大值为597.24 kV，则F5避雷器的对地电压为=（- -）/2+ +=（597.24-0.49-33）/2+33+1.601=314.59kV。此电压值大于F5避雷器的持续运行电压272kV，接近避雷器额定值峰值电压229*1.414=323kV。故障录波图如下：
3、特高压直流输电工程整流站有载调压开关控制相关的建议和改进意见
（1）在双12脉动阀组串联结构同一个极的两个阀组均处于带电状态时，要避免两个阀组运行工况不一致的情况出现；
（2）针对楚穗直流换流变分接头的角度控制模式转换与Udi0控制模式的转换操作，鉴于本次调试出现的电压变化情况，在双12脉动阀组串联结构同一个极的两个阀组均处于带电状态时，必须对同一极的两个阀组同时执行转换。同时，考虑对相关的控制程序进行优化设计和修改，在同一个极两个阀组均处于带电状态时，实现同一个极两个阀组换流变分接头的角度控制模式转换与Udi0控制模式的转换操作联锁，即在控制程序中实现这一措施。
（3）鉴于在特高压直流直流功率升/降过程中，某一阀组出现换流变分接头调整失步故障，会导致同一极两个阀组运行工况出现较大的差异引起400kV极母线电压UdM变化。在功率调整工程中一旦出现分接头失步故障，应立即停止直流功率升/降进程，待分接头调整失步的阀组处理恢复正常后，才能继续直流功率升/降；同时建议降低直流功率调整的等变率。
参考文献：
[1]赵婉君.高压直流输电工程技术[M].北京:中国电力出版社，2004.
[2]戴熙杰.直流输电基础[M].北京：水利电力出版社，1990.
作者简介：
赵潇（1989），女，云南大理人，助理工程师，学士，主要从事特高压换流站维护工作。
王玉俊（1990），男，安徽滁州人，助理工程师，学士，主要从事特高压换流站运行维护工作。
论文作者:赵潇,王玉俊
论文发表刊物:《电力设备》2015年第10期供稿
论文发表时间:2016/4/22
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