直流输电系统换流阀转折二极管动作原因分析

毛文喜，李玉玺，果家礼

(1.许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000；2.云南省送变电工程公司，昆明 650216)

直流输电系统换流阀转折二极管动作原因分析

毛文喜1，李玉玺2，果家礼2

(1.许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000；2.云南省送变电工程公司，昆明 650216)

对LTT阀BOD动作的原因进行了分析，并结合直流系统调试、运行过程中出现BOD动作后所采取的处理措施案例，给出了在后续运维中的预控建议。

换流阀；LTT；BOD；MSC；晶闸管级

1 LTT阀在直流输电系统中的应用

某直流输电系统中采用的是光直接触发晶闸管换流阀 (简称LTT阀)，相对于电触发晶闸管换流阀 (简称ETT阀)，LTT阀具有不可比拟的优势。

1.1 LTT阀的技术优势

ETT阀中元件为电触发，光触发脉冲经光纤传送到每个元件的门极后，要经过TE板经光—电转换后再放大功率，最后才加到元件的门极上以触发换流阀。位于高电位的TE板为ETT阀控制保护功能的核心部件，其电路复杂，电源功率较大且高电位运行，占据了换流阀中90%以上的电子元件，LTT阀的推出及成功应用，成功的解决了TE板结构复杂的问题，使得阀中的电子元件减少，抗电磁干扰能力增强，提高了阀的可靠性。

1.2 LTT阀的技术特点

LTT阀的核心是光脉冲不经过光电转换而直接送到晶闸管元件的门极光敏区以触发晶闸管阀片。

与同样径片的ETT阀相比，LTT的du/dt能力基本相同，而LTT的di/dt能力约高一倍，故可减少阀臂中所串联阀电抗器的电感量，从而减少阀的费用和损耗。

LTT阀片集成过电压保护，即将转折二极管(BOD)集成到阀片中，以替代ETT阀中在TE板上实现过电压保护方式，当晶闸管元件正向电压达到整定值时自动触发导通晶闸管以实现保护。

2 BOD动作产生的原因分析

2.1 BOD动作原理及其信号处理

LTT阀采用的光直接触发晶闸管，其晶闸管原理图如图1所示：

图1 光控晶闸管的原理

晶闸管的正向保护是依靠集成在晶闸管内部的被称为BOD的器件来实现的。图2为BOD的伏安特性曲线。

图2 光控晶闸管的伏安特性

当晶闸管两端的电压超过定值UBO后，晶闸管内集成的BOD器件会自动触发BOD动作，在牛从直流输电系统中BOD保护动作值UBO=7 500 V[1]。

每个晶闸管级回路中都有一个TVM板，用于监测晶闸管的状态，当晶闸管的正向电压超过BOD的保护动作值，TVM板将产生脉宽为12 μS的回检脉冲并送至阀控系统VBE中，VBE对其进行处理后，会将结果传送至控制和保护系统。光触发晶闸管的触发和控制监测系统框图如图3所示：

图3 光控晶闸管的触发和控制监测系统框图

由于晶闸管的保护触发电压不是即刻就升高到了保护水平，阀的导通会存在延迟，因此，会有一个直流分量流经变压器的次级线圈，为了避免在变压器上产生过多的热应力，一个单阀内BOD动作次数会有一个限值，本工程其值为5[2]，即若同一个单阀中有5个或5个以上的BOD动作，阀控系统VBE将会发出跳闸指令直接跳闸。因此，当系统在运行的过程中，如果后台出现BOD保护动作的信息，要及时跟踪、确认该故障信息，并应尽快停电进行处理。

2.2 BOD动作的原因分析

LTT晶闸管出现BOD动作的本质是晶闸管两端的电压高于UBO导致的，那么具体到牛从直流输电系统中，有哪些原因可能导致晶闸管阀出现BOD呢?这首先得从晶闸管级电气原理进行分析。

2.2.1 晶闸管级电气原理

换流阀中每个单阀由多个晶闸管级串联而成，每个晶闸管级由晶闸管、散热器、阻尼电阻、阻尼电容、TVM板等元件构成，单个晶闸管级的电气、光纤连接示意图如图4所示：

图4 晶闸管级电气、光纤连接图

其中，TVM板中含有直流均压电阻，单个晶闸管级的等效电气原理如图5所示：

图5 晶闸管级等效电气原理图

图5 中的RB为阻尼电阻，CB为阻尼电容，两者组成阻尼回路，RDC为直流均压电阻，它们共同作用实现晶闸管间电压的均压分布

2.2.2 晶闸管阀BOD动作的原因

当某个单阀导通时就要求单阀中的所有晶闸管都导通，一旦由于某种原因导致某个晶闸管没有导通，换相电压将会加在该晶闸管两端从而导致BOD动作。从上述图4和图5可分析得出，导致晶闸管阀BOD动作的原因可能为：

1)MSC到晶闸管的触发光纤故障

当MSC到晶闸管的触发光纤故障时，也就没有相应的触发光脉冲送到该晶闸管，当换相电压加到该晶闸管时，该晶闸管会发生BOD。

2)MSC故障，当MSC中某个OUT孔故障，该OUT孔发出的光很弱或是不发光时，与该OUT孔对应的晶闸管就不能收到触发脉冲光信号，从而当换相电压加到该晶闸管时，该晶闸管就会发生BOD动作。

3)晶闸管级回路元件故障，晶闸管本身故障也会导致BOD动作，如晶闸管本身性能发生变化，导致BOD动作值UBO很小。单阀中各个晶闸管级中的直流均压电阻相互串联，按照串联分压的原则给晶闸管两端施加电压，一旦某个直流均压电阻阻值变大 (如开路即相当于阻值变为无穷大)，相应的分担的电压就会升高，当电压高于晶闸管的BOD动作保护水平值时，晶闸管就会产生BOD。从图3可知，BOD动作信号是TVM以12 μS脉宽信号的形式上送到VBE的，如果TVM板故障，导致TVM误发12 μS脉宽信号，这时即使晶闸管本身没有发BOD信号，但在后台依然会显示BOD动作的事件。

4)统扰动，当系统发生扰动 (如投、切滤波器)时，换流阀中的电流会发生一个突变，导致硅堆中的电流应力也会发生一个突变，这个突变的电流应力会对整个硅堆产生一个震动，在硅堆震动的瞬间，可能导致插在晶闸管中心的金属光纤头偏离了晶闸管的光敏窗口，晶闸管因接收收不到光脉冲信号，从而导致BOD动作。此类情况下的BOD动作，一般都可复归。

5)阀控系统VBE故障，阀控系统内部元件故障或程序错误，导致信号处理错误，误发BOD动作信号。这种故障一般在阀控系统VBE出厂前即可排除。

2.2.3 晶闸管BOD动作处理

1)晶闸管发生BOD时，应考虑是MSC到晶闸管的光纤故障所致。

2)MSC光纤孔故障会导致BOD。

3)由于系统扰动而引起的BOD，可对该晶闸管所在的阀段进行硅堆压紧力检查。

3 结束语

多种原因都可能导致BOD动作，牛从直流输电系统换流阀单阀中BOD动作次数为5，一旦单阀中BOD动作次数大于等于5就会导致跳闸，因此在日常运行维护中应加强对BOD后台事件的监视，一旦发现BOD事件，应对该事件进行状态确认，并尽快安排停电检修。

[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，硕士，主要从事高压直流输电晶闸管换流阀的研究、设计和现场调试工作。

李玉玺 (1982)，男，工程师，云南省送变电工程公司，从事变电站及换流站工程技术和管理工作。

果家礼 (1976)，男，高级技师，云南省送变电工程公司，主要从事电力系统继电保护技术管理工作。