直流輸電系統(tǒng)換流閥轉(zhuǎn)折二極管動作原因分析

毛文喜，李玉璽，果家禮

(1.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000；2.云南省送變電工程公司，昆明 650216)

直流輸電系統(tǒng)換流閥轉(zhuǎn)折二極管動作原因分析

毛文喜1，李玉璽2，果家禮2

(1.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000；2.云南省送變電工程公司，昆明 650216)

對LTT閥BOD動作的原因進行了分析，并結(jié)合直流系統(tǒng)調(diào)試、運行過程中出現(xiàn)BOD動作后所采取的處理措施案例，給出了在后續(xù)運維中的預(yù)控建議。

換流閥；LTT；BOD；MSC；晶閘管級

1 LTT閥在直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用

某直流輸電系統(tǒng)中采用的是光直接觸發(fā)晶閘管換流閥 (簡稱LTT閥)，相對于電觸發(fā)晶閘管換流閥 (簡稱ETT閥)，LTT閥具有不可比擬的優(yōu)勢。

1.1 LTT閥的技術(shù)優(yōu)勢

ETT閥中元件為電觸發(fā)，光觸發(fā)脈沖經(jīng)光纖傳送到每個元件的門極后，要經(jīng)過TE板經(jīng)光—電轉(zhuǎn)換后再放大功率，最后才加到元件的門極上以觸發(fā)換流閥。位于高電位的TE板為ETT閥控制保護功能的核心部件，其電路復(fù)雜，電源功率較大且高電位運行，占據(jù)了換流閥中90%以上的電子元件，LTT閥的推出及成功應(yīng)用，成功的解決了TE板結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，使得閥中的電子元件減少，抗電磁干擾能力增強，提高了閥的可靠性。

1.2 LTT閥的技術(shù)特點

LTT閥的核心是光脈沖不經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換而直接送到晶閘管元件的門極光敏區(qū)以觸發(fā)晶閘管閥片。

與同樣徑片的ETT閥相比，LTT的du/dt能力基本相同，而LTT的di/dt能力約高一倍，故可減少閥臂中所串聯(lián)閥電抗器的電感量，從而減少閥的費用和損耗。

LTT閥片集成過電壓保護，即將轉(zhuǎn)折二極管(BOD)集成到閥片中，以替代ETT閥中在TE板上實現(xiàn)過電壓保護方式，當(dāng)晶閘管元件正向電壓達到整定值時自動觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管以實現(xiàn)保護。

2 BOD動作產(chǎn)生的原因分析

2.1 BOD動作原理及其信號處理

LTT閥采用的光直接觸發(fā)晶閘管，其晶閘管原理圖如圖1所示：

圖1 光控晶閘管的原理

晶閘管的正向保護是依靠集成在晶閘管內(nèi)部的被稱為BOD的器件來實現(xiàn)的。圖2為BOD的伏安特性曲線。

圖2 光控晶閘管的伏安特性

當(dāng)晶閘管兩端的電壓超過定值UBO后，晶閘管內(nèi)集成的BOD器件會自動觸發(fā)BOD動作，在牛從直流輸電系統(tǒng)中BOD保護動作值UBO=7 500 V[1]。

每個晶閘管級回路中都有一個TVM板，用于監(jiān)測晶閘管的狀態(tài)，當(dāng)晶閘管的正向電壓超過BOD的保護動作值，TVM板將產(chǎn)生脈寬為12 μS的回檢脈沖并送至閥控系統(tǒng)VBE中，VBE對其進行處理后，會將結(jié)果傳送至控制和保護系統(tǒng)。光觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)和控制監(jiān)測系統(tǒng)框圖如圖3所示：

圖3 光控晶閘管的觸發(fā)和控制監(jiān)測系統(tǒng)框圖

由于晶閘管的保護觸發(fā)電壓不是即刻就升高到了保護水平，閥的導(dǎo)通會存在延遲，因此，會有一個直流分量流經(jīng)變壓器的次級線圈，為了避免在變壓器上產(chǎn)生過多的熱應(yīng)力，一個單閥內(nèi)BOD動作次數(shù)會有一個限值，本工程其值為5[2]，即若同一個單閥中有5個或5個以上的BOD動作，閥控系統(tǒng)VBE將會發(fā)出跳閘指令直接跳閘。因此，當(dāng)系統(tǒng)在運行的過程中，如果后臺出現(xiàn)BOD保護動作的信息，要及時跟蹤、確認(rèn)該故障信息，并應(yīng)盡快停電進行處理。

2.2 BOD動作的原因分析

LTT晶閘管出現(xiàn)BOD動作的本質(zhì)是晶閘管兩端的電壓高于UBO導(dǎo)致的，那么具體到牛從直流輸電系統(tǒng)中，有哪些原因可能導(dǎo)致晶閘管閥出現(xiàn)BOD呢?這首先得從晶閘管級電氣原理進行分析。

2.2.1 晶閘管級電氣原理

換流閥中每個單閥由多個晶閘管級串聯(lián)而成，每個晶閘管級由晶閘管、散熱器、阻尼電阻、阻尼電容、TVM板等元件構(gòu)成，單個晶閘管級的電氣、光纖連接示意圖如圖4所示：

圖4 晶閘管級電氣、光纖連接圖

其中，TVM板中含有直流均壓電阻，單個晶閘管級的等效電氣原理如圖5所示：

圖5 晶閘管級等效電氣原理圖

圖5 中的RB為阻尼電阻，CB為阻尼電容，兩者組成阻尼回路，RDC為直流均壓電阻，它們共同作用實現(xiàn)晶閘管間電壓的均壓分布

2.2.2 晶閘管閥BOD動作的原因

當(dāng)某個單閥導(dǎo)通時就要求單閥中的所有晶閘管都導(dǎo)通，一旦由于某種原因?qū)е履硞€晶閘管沒有導(dǎo)通，換相電壓將會加在該晶閘管兩端從而導(dǎo)致BOD動作。從上述圖4和圖5可分析得出，導(dǎo)致晶閘管閥BOD動作的原因可能為：

1)MSC到晶閘管的觸發(fā)光纖故障

當(dāng)MSC到晶閘管的觸發(fā)光纖故障時，也就沒有相應(yīng)的觸發(fā)光脈沖送到該晶閘管，當(dāng)換相電壓加到該晶閘管時，該晶閘管會發(fā)生BOD。

2)MSC故障，當(dāng)MSC中某個OUT孔故障，該OUT孔發(fā)出的光很弱或是不發(fā)光時，與該OUT孔對應(yīng)的晶閘管就不能收到觸發(fā)脈沖光信號，從而當(dāng)換相電壓加到該晶閘管時，該晶閘管就會發(fā)生BOD動作。

3)晶閘管級回路元件故障，晶閘管本身故障也會導(dǎo)致BOD動作，如晶閘管本身性能發(fā)生變化，導(dǎo)致BOD動作值UBO很小。單閥中各個晶閘管級中的直流均壓電阻相互串聯(lián)，按照串聯(lián)分壓的原則給晶閘管兩端施加電壓，一旦某個直流均壓電阻阻值變大 (如開路即相當(dāng)于阻值變?yōu)闊o窮大)，相應(yīng)的分擔(dān)的電壓就會升高，當(dāng)電壓高于晶閘管的BOD動作保護水平值時，晶閘管就會產(chǎn)生BOD。從圖3可知，BOD動作信號是TVM以12 μS脈寬信號的形式上送到VBE的，如果TVM板故障，導(dǎo)致TVM誤發(fā)12 μS脈寬信號，這時即使晶閘管本身沒有發(fā)BOD信號，但在后臺依然會顯示BOD動作的事件。

4)統(tǒng)擾動，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動 (如投、切濾波器)時，換流閥中的電流會發(fā)生一個突變，導(dǎo)致硅堆中的電流應(yīng)力也會發(fā)生一個突變，這個突變的電流應(yīng)力會對整個硅堆產(chǎn)生一個震動，在硅堆震動的瞬間，可能導(dǎo)致插在晶閘管中心的金屬光纖頭偏離了晶閘管的光敏窗口，晶閘管因接收收不到光脈沖信號，從而導(dǎo)致BOD動作。此類情況下的BOD動作，一般都可復(fù)歸。

5)閥控系統(tǒng)VBE故障，閥控系統(tǒng)內(nèi)部元件故障或程序錯誤，導(dǎo)致信號處理錯誤，誤發(fā)BOD動作信號。這種故障一般在閥控系統(tǒng)VBE出廠前即可排除。

2.2.3 晶閘管BOD動作處理

1)晶閘管發(fā)生BOD時，應(yīng)考慮是MSC到晶閘管的光纖故障所致。

2)MSC光纖孔故障會導(dǎo)致BOD。

3)由于系統(tǒng)擾動而引起的BOD，可對該晶閘管所在的閥段進行硅堆壓緊力檢查。

3 結(jié)束語

多種原因都可能導(dǎo)致BOD動作，牛從直流輸電系統(tǒng)換流閥單閥中BOD動作次數(shù)為5，一旦單閥中BOD動作次數(shù)大于等于5就會導(dǎo)致跳閘，因此在日常運行維護中應(yīng)加強對BOD后臺事件的監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)BOD事件，應(yīng)對該事件進行狀態(tài)確認(rèn)，并盡快安排停電檢修。

[1] G.Sachs.Thyristor Valves and Associated Equipmen Design Report[Z].Erlangen，2011.

[2] Zenkner.Valve Base Electronics System Information Manual [Z].Erlangen，2011.

Analysis of BOD for DC Power Transmission System

MAO Wenxi1，LI Yuxi2，GUO Jiali2
(1.XJ Electric Co.LTD，Xuchang，Henan 461000；2.Yunnan Electric Power Transmission＆Transformation Corporation，Kunming 650216，)

This paper analyzes the reason why BOD appears in the converter valve and gives advice about how to deal with the BOD during operation period with some example instances.

converter valve；LTT；BOD；MSC；Thyristor level

TM73

B

1006-7345(2014)04-0064-04

2014-05-14

毛文喜 (1975)，男，碩士，主要從事高壓直流輸電晶閘管換流閥的研究、設(shè)計和現(xiàn)場調(diào)試工作。

李玉璽 (1982)，男，工程師，云南省送變電工程公司，從事變電站及換流站工程技術(shù)和管理工作。

果家禮 (1976)，男，高級技師，云南省送變電工程公司，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)管理工作。