±800 kV换流站阀组触发角差异原因分析

李科，蒋新华

（1.云南电网有限责任公司大理城区局，云南 大理 671000；2.中国南方电网超高压输电公司昆明局，昆明 650000）

0 前言

某换流站双极四阀组无接地极特殊方式运行期间,出现极Ι高低端阀组触发角均为15°，但极ΙΙ高端阀组触发角为16°的异常情况。经查看故障录波发现，无接地极运行期间，极ΙΙ双阀组的运行大致分为2种工况：a、极ΙΙ双阀组档位一致，但极ΙΙ低端阀组比高端阀组触发角低3°；b、极ΙΙ双阀组触发角大致相同，但极ΙΙ低端换流变档位比极ΙΙ高端低1档。之后，极ΙΙ双阀组的运行工况就发生翻转。若极ΙΙ双阀组档位一致时，极ΙΙ低端阀组比高端阀组触发角低。若两者触发角一致，极ΙΙ低端阀组分接头档位比高端阀组低1档。

1 无接地极运行期间触发角差异分析

从图1中可以看到，极ΙΙ高低端阀组的触发角基本一致，高端阀组略低，且接近12.5°。高端换流变档位在+6档，低端阀组在+5档。高端阀组触发角低于12.5°一段时间后，换流变档位降低一档，与低端阀组一致。之后高端阀组触发角在16°，低端阀组触发角在13°，其平均值相差2.8°。

分析多个录波发现：换流变档位降低一档，立即伴随着触发角增大大约3°。

运行中，OLTC处于角度控制控制模式，当触发角低于12.5°降档，高于17.5°升档。以功率提升为例，OLTC与触发角的响应为Pref增大会导致触发角α增大，具体见公式（1）和图3。

图1 极ΙΙ高低端阀组触发角开始出现差异时刻

图3 普洱换流站功率上升过程触发角变化示意图

其中，Pref为当前的功率参考值，Iref为电流参考值（功率参考值除以双极电压实际值），ΔI为电流误差值（电流参考值减去实际电流值再减去高低端阀组电压不平衡补偿值），α为触发角，TC为换流变分接头档位。

正常情况下，分接头降档会伴随触发角增大。分接头调整电压是一个阶跃响应，调整之后触发角的调节也非常迅速（100 ms左右），但较之功率上升过程非常缓慢，因此可以认为这过程中维持的直流电压基本保持不变。因而分接头降一档与触发角减小3°对Ud的影响可近似看作相等。分接头调整使触发角恢复到15°附近为其进一步升压提升功率做好准备。

根据以上分析可得，OLTC档位对直流电压的影响为OLTC小1档大约为α小3°。

分析图2可以看到几个特征：（1）高低端阀组分接头档位的调整交替进行，并且低端阀组档位≤高端阀组档位；（2）两阀组档位相同时，触发角相差3°左右，低端阀组的触发角小于高端阀组；（3）低端阀组档位比高端阀组低1档时，两阀组触发角基本相同。

6脉动直流电压计算公式为：

其中，Ud为6脉动整流器输出的直流电压、Ul为阀侧线电压、α为触发角、Xrl为等值换相电抗、Ιd为直流电流平均值。

运行中控制系统控制Ud高=Ud低。根据以上计算公式可知，如果高低端阀组触发角相同并且档位一致的情况下Ud高＞Ud低。数据分析可知，换流站极ΙΙ双阀组具体运行在差3°还是差1档的情况，是由系统运行状况影响极ΙΙ所该保持的电压来决定的。系统运行状况受功率大小、设备状况、对站电压等因素影响。

2 双阀组档位相差1档运行原因

双阀组长期运行在高端阀组比低端阀组高一档的状况说明了极2双阀组的有关参数存在着不对称。由于换流变档位的控制也是通过触发角的大小进行调节的，因此可以通过查找组控中触发角控制的相关环节来查找存在的问题。

2.1 影响触发角差异因素

图4中红线部分，为当前运行控制程序逻辑路径。目前普洱站运行控制程序中的逻辑路径，程序计算出电流误差值送入PΙ控制器，最后折算成角度送往VBE。其中电流误差值为公式（3）。因此，影响触发角的环节有以下几个：a、Ιref高低端阀组的电流参考值；b、ΙdCH电流实际值；c、ΙUd_balance电压平衡功能；d、PΙ控制器、VBE的实际响应。

图4 组控功能逻辑简图

2.2 影响触发角差异各个因素分析

通过上述可以知道影响普洱站极2高低端阀组触发角的因素可以归纳为四个方面，以下对四个因素进行逐一分析。

2.2.1 电流参考值对触发角差异性影响

Ιref为电流参考值，即公式（2），即功率参考值除以双极电压实际值。它是极控通过控制总线同时发往高低端阀组组控。从图5可看到，高低端组控的Ιref曲线完全重合。因此其不对触发角差异造成影响。

图5 高低端组控的Ιref

2.2.2 电流实际值对触发角差异性影响分析

从图6可以看到两套测量系统的电流值波形基本一致，其差值为6 A，相对1 850 A的实际值影响微乎其微。并且在很长一段时间高低端组控都运行在系统1。因此该因素可以忽略。

图6 普洱站两套测量系统的电流实际值ΙdCH

2.2.3 电流实际值对触发角差异性影响

TDC程序中高低端阀组的PΙ控制器参数设置完全相同，只要△Ι相同，其响应完全相同。VBE实际执行触发角过程中的延时也会造成触发角和档位的差异，但是由于VBE光发射板“三取二”的设置基本排除光发射板的问题。对于VBE的冗余CPU，由于其与组控系统1、2对应。高低端组控同时运行在系统1时档位差别1档的现象就存在，故可VBE响应延时的概率较小。

2.2.4 电压平衡控制功能的影响

由于 Ud高=UdH-UdN，Ud低=UdM-UdN，电压平衡控制目的为使得高低端阀组电压相同，即Ud高= Ud低，如果电压不平衡会危及相关设备的绝缘。

运行中Ud高= Ud低。根据前面的分析可知在档位和触发角一致的情况下Ud高= Ud低+△U。根据公式（2），造成电压差值的情况有以下几种可能：

a）相同档位下低端阀组的阀侧电压低于高端阀组阀侧电压；

b）低端阀组的Xrl大于高端阀组的Xrl；

c）Ud高与Ud低的测量值与实际值不相等。

Xrl的大小主要由换流器部分的元件特性决定。根据普洱站近一年以来巡视和运行情况看，高低端阀组发热、阀片损坏等情况相当。并且若Xrl不同，不同负荷下，对直流电压的影响差别较大，但不同负荷下基本都在差1档的状况运行，说明Xrl的差别较小。

图7 电压平衡控制逻辑简图

触发角相同并且档位一致的情况下Ud高＞Ud低，若测量出现偏差则有两种情况。a、Ud高的测量值高于实际值；b、Ud低的测量值低于实际值。具体到UdH、UdM和UdN，则有以下可能（1）UdH测量值偏大；（2）UdM测量值偏小。因为在无接地运行中极Ι和极ΙΙ的UdN最大值都未超过1kV，排除了UdN的测量问题。

1）如果UdH的测量值偏大，即UdHUact=UdH-Umeas-△U系统稳定运行后，整流站运行在实际电压为800 kV-△U，实际电流等于电流参考值，逆变站实际电压比正常时低△U的平衡状态。这时的特征是：普洱站高端阀组输送功率变小，低端阀组输送功率保持不变，其次是该极实际输送的直流功率比Pref小，并且比输入的功率参考值小△U*ΙdCH；

2）如果UdM测量值偏小，即UdM-Uact=UdMUmeas+△U，系统稳定运行后线路电压和电流与正常的相同，但是这时具有的特征是：普洱站高端阀组输送功率变小，同时低端阀组输送功率不变，其次是极实际输送功率与Pref相等

从普洱站记录电量来看2014年3月5日17:00以前，所有情况均显示极ΙΙ高端阀组输送的电量略大于极ΙΙ低端阀组，2014年3月5日17:00以后突变为极ΙΙ高端阀组的电量小于极ΙΙ低端阀组的电量。并且表现为极ΙΙ高端输送电量减小，同时极ΙΙ低端输送电量增大的，差值约为1。总功率和不变。选择的电量数据都是极ΙΙ双阀组运行在2 500 MW的时段。特征说明了UdM测量值偏小的概率很大。但是由于功率差别微小，也不排除UdH和UdM同时误差所导致。

极Ι双阀组运行中档位一致，触发角基本一致时极ΙΙ阀侧电压均比对应的极Ι阀侧电压高。并且各相电压差别较大，这是换流变参数并非完全一致造成的。但是极Ι高低端阀组对应相的电压差值与极ΙΙ的差值相比偏差不大。关于换流变自身特性的分析比较复杂，因此不能排除其对电压差值产生的影响，但可能性较小。

3 UdM测量值偏差的初步分析

普洱换流站极ΙΙ双阀组运行中对组控进行过多次切换，但档位相差一档的运行状况一直存在。分析两套测量系统UdM的波形，其波形基本一致。

a、两阀组触发角差异一般在2.8°左右；b、每天触发角差异的最大值基本都发生在中午12:00左右；c、高端阀组触发角最大值一般在18:00附近的点。表明UdM的差值具有时间性，这与2014年9月5日楚雄极ΙΙ高低端阀组触发角差距大设备异常类似，而楚雄换流站同样事件分析结果为极ΙΙ中性母线分压器UdM光纤接线盒内壁有水珠，接线盒内干燥剂部分已变色，端子和光电传感器OPTO5上无凝露。普洱换流站极ΙΙ中性母线分压器UdM也同样存在问题。

4 结束语

换流站极ΙΙ双阀组运行过程中，高端阀组比低端阀组高出一个相对稳定的电压值。普洱换流站极ΙΙ双阀组具体运行在差3°还是差1档的情况，是由系统运行状况影响极ΙΙ所该保持的电压来决定的。系统运行状况受功率大小、设备状况、对站电压等因素影响。可以根据UdH测量异常特征，快速判断两站UdH测量值是否异常及异常程度，经对比两套测量系统数据后，若仅控制主系统所采用测量通道数值异常，则建议进行测量系统切换，若故障排除，则维持该状态，并对故障测量系统进行排查。若两套测量系统均存在异常，但异常程度较轻（如电压值不低于0.95 p.u.）时，可以继续保持直流系统运行，不会对一次设备造成影响。但仍建议尽快停电排查，以防止无接地极运行方式下异常程度突变造成27DC低电压保护动作闭锁双极四阀组。