±800 kV換流站閥組觸發(fā)角差異原因分析

李科，蔣新華

（1.云南電網有限責任公司大理城區(qū)局，云南 大理 671000；2.中國南方電網超高壓輸電公司昆明局，昆明 650000）

0 前言

某換流站雙極四閥組無接地極特殊方式運行期間,出現(xiàn)極Ι高低端閥組觸發(fā)角均為15°，但極ΙΙ高端閥組觸發(fā)角為16°的異常情況。經查看故障錄波發(fā)現(xiàn)，無接地極運行期間，極ΙΙ雙閥組的運行大致分為2種工況：a、極ΙΙ雙閥組檔位一致，但極ΙΙ低端閥組比高端閥組觸發(fā)角低3°；b、極ΙΙ雙閥組觸發(fā)角大致相同，但極ΙΙ低端換流變檔位比極ΙΙ高端低1檔。之后，極ΙΙ雙閥組的運行工況就發(fā)生翻轉。若極ΙΙ雙閥組檔位一致時，極ΙΙ低端閥組比高端閥組觸發(fā)角低。若兩者觸發(fā)角一致，極ΙΙ低端閥組分接頭檔位比高端閥組低1檔。

1 無接地極運行期間觸發(fā)角差異分析

從圖1中可以看到，極ΙΙ高低端閥組的觸發(fā)角基本一致，高端閥組略低，且接近12.5°。高端換流變檔位在+6檔，低端閥組在+5檔。高端閥組觸發(fā)角低于12.5°一段時間后，換流變檔位降低一檔，與低端閥組一致。之后高端閥組觸發(fā)角在16°，低端閥組觸發(fā)角在13°，其平均值相差2.8°。

分析多個錄波發(fā)現(xiàn)：換流變檔位降低一檔，立即伴隨著觸發(fā)角增大大約3°。

運行中，OLTC處于角度控制控制模式，當觸發(fā)角低于12.5°降檔，高于17.5°升檔。以功率提升為例，OLTC與觸發(fā)角的響應為Pref增大會導致觸發(fā)角α增大，具體見公式（1）和圖3。

圖1 極ΙΙ高低端閥組觸發(fā)角開始出現(xiàn)差異時刻

圖3 普洱換流站功率上升過程觸發(fā)角變化示意圖

其中，Pref為當前的功率參考值，Iref為電流參考值（功率參考值除以雙極電壓實際值），ΔI為電流誤差值（電流參考值減去實際電流值再減去高低端閥組電壓不平衡補償值），α為觸發(fā)角，TC為換流變分接頭檔位。

正常情況下，分接頭降檔會伴隨觸發(fā)角增大。分接頭調整電壓是一個階躍響應，調整之后觸發(fā)角的調節(jié)也非常迅速（100 ms左右），但較之功率上升過程非常緩慢，因此可以認為這過程中維持的直流電壓基本保持不變。因而分接頭降一檔與觸發(fā)角減小3°對Ud的影響可近似看作相等。分接頭調整使觸發(fā)角恢復到15°附近為其進一步升壓提升功率做好準備。

根據以上分析可得，OLTC檔位對直流電壓的影響為OLTC小1檔大約為α小3°。

分析圖2可以看到幾個特征：（1）高低端閥組分接頭檔位的調整交替進行，并且低端閥組檔位≤高端閥組檔位；（2）兩閥組檔位相同時，觸發(fā)角相差3°左右，低端閥組的觸發(fā)角小于高端閥組；（3）低端閥組檔位比高端閥組低1檔時，兩閥組觸發(fā)角基本相同。

6脈動直流電壓計算公式為：

其中，Ud為6脈動整流器輸出的直流電壓、Ul為閥側線電壓、α為觸發(fā)角、Xrl為等值換相電抗、Ιd為直流電流平均值。

運行中控制系統(tǒng)控制Ud高=Ud低。根據以上計算公式可知，如果高低端閥組觸發(fā)角相同并且檔位一致的情況下Ud高＞Ud低。數(shù)據分析可知，換流站極ΙΙ雙閥組具體運行在差3°還是差1檔的情況，是由系統(tǒng)運行狀況影響極ΙΙ所該保持的電壓來決定的。系統(tǒng)運行狀況受功率大小、設備狀況、對站電壓等因素影響。

2 雙閥組檔位相差1檔運行原因

雙閥組長期運行在高端閥組比低端閥組高一檔的狀況說明了極2雙閥組的有關參數(shù)存在著不對稱。由于換流變檔位的控制也是通過觸發(fā)角的大小進行調節(jié)的，因此可以通過查找組控中觸發(fā)角控制的相關環(huán)節(jié)來查找存在的問題。

2.1 影響觸發(fā)角差異因素

圖4中紅線部分，為當前運行控制程序邏輯路徑。目前普洱站運行控制程序中的邏輯路徑，程序計算出電流誤差值送入PΙ控制器，最后折算成角度送往VBE。其中電流誤差值為公式（3）。因此，影響觸發(fā)角的環(huán)節(jié)有以下幾個：a、Ιref高低端閥組的電流參考值；b、ΙdCH電流實際值；c、ΙUd_balance電壓平衡功能；d、PΙ控制器、VBE的實際響應。

圖4 組控功能邏輯簡圖

2.2 影響觸發(fā)角差異各個因素分析

通過上述可以知道影響普洱站極2高低端閥組觸發(fā)角的因素可以歸納為四個方面，以下對四個因素進行逐一分析。

2.2.1 電流參考值對觸發(fā)角差異性影響

Ιref為電流參考值，即公式（2），即功率參考值除以雙極電壓實際值。它是極控通過控制總線同時發(fā)往高低端閥組組控。從圖5可看到，高低端組控的Ιref曲線完全重合。因此其不對觸發(fā)角差異造成影響。

圖5 高低端組控的Ιref

2.2.2 電流實際值對觸發(fā)角差異性影響分析

從圖6可以看到兩套測量系統(tǒng)的電流值波形基本一致，其差值為6 A，相對1 850 A的實際值影響微乎其微。并且在很長一段時間高低端組控都運行在系統(tǒng)1。因此該因素可以忽略。

圖6 普洱站兩套測量系統(tǒng)的電流實際值ΙdCH

2.2.3 電流實際值對觸發(fā)角差異性影響

TDC程序中高低端閥組的PΙ控制器參數(shù)設置完全相同，只要△Ι相同，其響應完全相同。VBE實際執(zhí)行觸發(fā)角過程中的延時也會造成觸發(fā)角和檔位的差異，但是由于VBE光發(fā)射板“三取二”的設置基本排除光發(fā)射板的問題。對于VBE的冗余CPU，由于其與組控系統(tǒng)1、2對應。高低端組控同時運行在系統(tǒng)1時檔位差別1檔的現(xiàn)象就存在，故可VBE響應延時的概率較小。

2.2.4 電壓平衡控制功能的影響

由于 Ud高=UdH-UdN，Ud低=UdM-UdN，電壓平衡控制目的為使得高低端閥組電壓相同，即Ud高= Ud低，如果電壓不平衡會危及相關設備的絕緣。

運行中Ud高= Ud低。根據前面的分析可知在檔位和觸發(fā)角一致的情況下Ud高= Ud低+△U。根據公式（2），造成電壓差值的情況有以下幾種可能：

a）相同檔位下低端閥組的閥側電壓低于高端閥組閥側電壓；

b）低端閥組的Xrl大于高端閥組的Xrl；

c）Ud高與Ud低的測量值與實際值不相等。

Xrl的大小主要由換流器部分的元件特性決定。根據普洱站近一年以來巡視和運行情況看，高低端閥組發(fā)熱、閥片損壞等情況相當。并且若Xrl不同，不同負荷下，對直流電壓的影響差別較大，但不同負荷下基本都在差1檔的狀況運行，說明Xrl的差別較小。

圖7 電壓平衡控制邏輯簡圖

觸發(fā)角相同并且檔位一致的情況下Ud高＞Ud低，若測量出現(xiàn)偏差則有兩種情況。a、Ud高的測量值高于實際值；b、Ud低的測量值低于實際值。具體到UdH、UdM和UdN，則有以下可能（1）UdH測量值偏大；（2）UdM測量值偏小。因為在無接地運行中極Ι和極ΙΙ的UdN最大值都未超過1kV，排除了UdN的測量問題。

1）如果UdH的測量值偏大，即UdHUact=UdH-Umeas-△U系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，整流站運行在實際電壓為800 kV-△U，實際電流等于電流參考值，逆變站實際電壓比正常時低△U的平衡狀態(tài)。這時的特征是：普洱站高端閥組輸送功率變小，低端閥組輸送功率保持不變，其次是該極實際輸送的直流功率比Pref小，并且比輸入的功率參考值小△U*ΙdCH；

2）如果UdM測量值偏小，即UdM-Uact=UdMUmeas+△U，系統(tǒng)穩(wěn)定運行后線路電壓和電流與正常的相同，但是這時具有的特征是：普洱站高端閥組輸送功率變小，同時低端閥組輸送功率不變，其次是極實際輸送功率與Pref相等

從普洱站記錄電量來看2014年3月5日17:00以前，所有情況均顯示極ΙΙ高端閥組輸送的電量略大于極ΙΙ低端閥組，2014年3月5日17:00以后突變?yōu)闃OΙΙ高端閥組的電量小于極ΙΙ低端閥組的電量。并且表現(xiàn)為極ΙΙ高端輸送電量減小，同時極ΙΙ低端輸送電量增大的，差值約為1?？偣β屎筒蛔?。選擇的電量數(shù)據都是極ΙΙ雙閥組運行在2 500 MW的時段。特征說明了UdM測量值偏小的概率很大。但是由于功率差別微小，也不排除UdH和UdM同時誤差所導致。

極Ι雙閥組運行中檔位一致，觸發(fā)角基本一致時極ΙΙ閥側電壓均比對應的極Ι閥側電壓高。并且各相電壓差別較大，這是換流變參數(shù)并非完全一致造成的。但是極Ι高低端閥組對應相的電壓差值與極ΙΙ的差值相比偏差不大。關于換流變自身特性的分析比較復雜，因此不能排除其對電壓差值產生的影響，但可能性較小。

3 UdM測量值偏差的初步分析

普洱換流站極ΙΙ雙閥組運行中對組控進行過多次切換，但檔位相差一檔的運行狀況一直存在。分析兩套測量系統(tǒng)UdM的波形，其波形基本一致。

a、兩閥組觸發(fā)角差異一般在2.8°左右；b、每天觸發(fā)角差異的最大值基本都發(fā)生在中午12:00左右；c、高端閥組觸發(fā)角最大值一般在18:00附近的點。表明UdM的差值具有時間性，這與2014年9月5日楚雄極ΙΙ高低端閥組觸發(fā)角差距大設備異常類似，而楚雄換流站同樣事件分析結果為極ΙΙ中性母線分壓器UdM光纖接線盒內壁有水珠，接線盒內干燥劑部分已變色，端子和光電傳感器OPTO5上無凝露。普洱換流站極ΙΙ中性母線分壓器UdM也同樣存在問題。

4 結束語

換流站極ΙΙ雙閥組運行過程中，高端閥組比低端閥組高出一個相對穩(wěn)定的電壓值。普洱換流站極ΙΙ雙閥組具體運行在差3°還是差1檔的情況，是由系統(tǒng)運行狀況影響極ΙΙ所該保持的電壓來決定的。系統(tǒng)運行狀況受功率大小、設備狀況、對站電壓等因素影響?？梢愿鶕dH測量異常特征，快速判斷兩站UdH測量值是否異常及異常程度，經對比兩套測量系統(tǒng)數(shù)據后，若僅控制主系統(tǒng)所采用測量通道數(shù)值異常，則建議進行測量系統(tǒng)切換，若故障排除，則維持該狀態(tài)，并對故障測量系統(tǒng)進行排查。若兩套測量系統(tǒng)均存在異常，但異常程度較輕（如電壓值不低于0.95 p.u.）時，可以繼續(xù)保持直流系統(tǒng)運行，不會對一次設備造成影響。但仍建議盡快停電排查，以防止無接地極運行方式下異常程度突變造成27DC低電壓保護動作閉鎖雙極四閥組。