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(jīng)常出現(xiàn)的故障，換相失敗所造成的系統(tǒng)波動和諧波會影響到直流系統(tǒng)運行的穩(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(jié)合工程實際提出了改進控制保護軟件調(diào)節(jié)參數(shù)的方案，以提高直流運行可靠性。

關(guān)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(fā)生換相失敗的現(xiàn)狀

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

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(dǎo)通。此時交流母線電壓C相幅值下降，導(dǎo)致線電壓UCB降低。當(dāng)V5向V1進行換相時由于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，交流電壓波動時引起的換相失敗會導(dǎo)致閥側(cè)電流、直流電流下降到0，再經(jīng)過150ms以上的時間恢復(fù)正常。系統(tǒng)進行切換時除丟失電源外出現(xiàn)的換相失敗時電流出現(xiàn)瞬時上升、下降的幅度要小，不會下降到零。

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

2.1 GAMMA0控制功能（在逆變側(cè)實現(xiàn)）

當(dāng)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(biāo)么值，UD_REF_VARC為電壓調(diào)節(jié)器設(shè)定值對應(yīng)標(biāo)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(fù)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(biāo)么值滿足上式條件并持續(xù)50ms時，啟動GAMMA0控制來控制α指令值A(chǔ)LPHA_ 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(xù)的換相失敗有利，從另一角度來看，（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撸允沟脳l件弱化，更容易啟動GAMMA0控制功能進行調(diào)節(jié)。

2.2 通過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（反映到直流線路電壓嚴(yán)重下降）時，通常利用電流設(shè)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(fù)；并保持低電壓小電流運行，等到交流系統(tǒng)消除故障后，再恢復(fù)原來的運行狀態(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(dāng)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(fā)出Commutation Failure Detected報警；

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

（c）通過極電流控制PPC來調(diào)節(jié)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(dāng)兩個條件中只有一個滿足，并且交流電壓低信號已復(fù)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(jié)束語

以上為對穆家站對換相失敗相關(guān)軟件的理解和分析，并針對VDCOL對電流指令值的調(diào)節(jié)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(guān)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(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，上海科學(xué)技術(shù)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(yè)于山東大學(xué)電氣工程學(xué)院，本科，學(xué)士。現(xiàn)任穆家換流站值長，參與遼寧電力公司《換流站運行標(biāo)準(zhǔn)化管理規(guī)范（試行）》的起草編寫，通訊地址：遼寧省遼陽縣穆家鎮(zhèn)穆家換流站，電話：15909808622，電子郵箱：383620609@qq.com。