穆家换流站换相失败问题分析

摘要：直流输电工程中换相失败是逆变站经常出现的故障，换相失败所造成的系统波动和谐波会影响到直流系统运行的稳定性及可靠性，本文叙述了直流输电换相失败的原因和现象，结合对穆家换流站投运以来的换相失败故障，通过对控制保护软件的分析和解读，对逆变站换相失败问题做了简要的分析，结合工程实际提出了改进控制保护软件调节参数的方案，以提高直流运行可靠性。

关键词：直流输电；换相失败；逆变站；控制保护

1.穆家换流站多次发生换相失败的现状

穆家站在调试和运行过程中多次出现换相失败现象，按照当时工况分为以下几类：

1.1交流系统冲击导致的换相失败

2011年1月2日，伊穆电厂两台机组跳闸，穆家站穆鞍#1、#2线过压保护动作未出口，伊穆直流功率由1100MW迅速降至700MW，故障前CPPY=48，即V5，V6导通。此时交流母线电压C相幅值下降，导致线电压UCB降低。当V5向V1进行换相时由于UCB幅值减小，换相重叠角μ增大，使越前关断角γ减小到某一确定值γ0（一般为5°～8°）之下，导致换相失败发生。

由此可见，交流电压波动时引起的换相失败会导致阀侧电流、直流电流下降到0，再经过150ms以上的时间恢复正常。系统进行切换时除丢失电源外出现的换相失败时电流出现瞬时上升、下降的幅度要小，不会下降到零。

2.针对系统中换相失败的调节的分析和改进建议

2.1 GAMMA0控制功能（在逆变侧实现）

当直流电压UDL满足如下式（3）条件时，有GAMMA0控制单元输出UD_LOW_INV=1。（其中UD_PU为直流极母线电流UDL的标么值，UD_REF_VARC为电压调节器设定值对应标么值，见CONTROL＼ CFC＼GAMMA0.hgf页面）

UD_PU<0.6*UD_REF_VARC （3）

然后输出最大最小限制值INT_MAX=INT_MIN=CCA_SET_ VALUE，送至电流控制放大器CCA中，得到α指令值分别为ALPHA_MAX或VCA_ALPHA_ORD。

ABB针对此问题答复的文档中，提出将GAMMA0控制功能的启动时间由原来的50ms改为30ms。原来在UDL标么值满足上式条件并持续50ms时，启动GAMMA0控制来控制α指令值ALPHA_ ORD。改为30ms后，在直流电流下降时更容易、更快速的启动GAMMA0控制功能，控制ALPHA_ORD。这无疑对避免持续的换相失败有利，从另一角度来看，（3）式中参数0.6（G0_REF0）是否可以在容许范围内适当的升高，以使得条件弱化，更容易启动GAMMA0控制功能进行调节。

2.2 通过VDCOL降低电流指令值

为了尽量避免连续换相失败的发生，当交流电压严重下降时（反映到直流线路电压严重下降）时，通常利用电流设定值限制器VDCOL来强迫降低直流电流，使得逆变器从换相失败中恢复；并保持低电压小电流运行，等到交流系统消除故障后，再恢复原来的运行状态。

电流指令值IO与电压UD关系如上所示，电流指令的最大限制值IO_MAX_LIM随UD的变化而变化。当UD_LOW

3.换相失败保护分析

该保护对Y/Y绕组和Y/D绕组的分别判断，条件如下：

（1）当两个条件中任意一个满足时，则判断为任意桥换相失败故障，软件页中CF_ANY_BRIDGE_SET1=1，动作后果有：

（a）瞬时发出Commutation Failure Detected报警；

（b）通过阀触发控制功能CFC来增大关断角γ，以尽量避免连续的换相失败发生；

（c）通过极电流控制PPC来调节电流指令值；

（d）若故障仍未消除，則通过两种方式跳闸。短期故障则展宽500ms延时2.6s出口跳闸，长期故障则展宽2s延时10s出口跳闸。

（2）当两个条件中只有一个满足，并且交流电压低信号已复归（Low_AC_Voltage=0），则判断为单桥换相失败故障，保护软件页中CF_ONE_BRIDGE =1，此时展宽150ms延时600ms快速出口跳闸。

5 结束语

以上为对穆家站对换相失败相关软件的理解和分析，并针对VDCOL对电流指令值的调节功能和GAMMA0控制功能提出了改进意见，通过对换相失败控制软件相关定值的修改，改善换流站对外界扰动冲击的能力，提高直流输电的运维可靠性。

参考文献：

[1]戴熙杰 主编，直流输电基础， 水利电力出版社

[2]林永生、胡良珍、严朗威编著，高压直流输电，上海科学技术出版社，1982

[3] Karlola Jonsson， DC System Protection - 1JNL100050-134 - PDF - Rev. 01，2001

作者简介：

马金川，男，1985.11，毕业于山东大学电气工程学院，本科，学士。现任穆家换流站值长，参与辽宁电力公司《换流站运行標准化管理规范（试行）》的起草编写，通讯地址：辽宁省辽阳县穆家镇穆家换流站，电话：15909808622，电子邮箱：383620609@qq.com。