特高压直流输电换流阀控制系统应用

特高压直流输电换流阀控制系统应用

徐惠三 国网湖北省电力有限公司直流运检公司

摘要：在目前我国的电力行业中，特高压直流输电因为其传输速度快、输送距离远、输送过程中损耗小，并且具有更灵活的功率调节度，以及更实惠的造价成本，在我国电力系统中被广泛的应用。

关键词：特高压直流输电；换流阀；应用

2. 特高压直流输电技术的概述

2. 距离远、功率大

我国目前电力系统普遍采用的特高压直流输电技术，从根本上解决了高功率电力的超长距离传递技术难题,并且特高压直流输电因为其电力输送主要采用串联的方法，降低中间转换所带来的能量耗费,减少电力损耗概率，提高电力输送效益，还可以确保供电电网结构的清晰安全,提高了电网的稳定性，后期运维修理都更加方便，减少维护成本。

3. 控制灵活

因为使用了特高压直流输电技术，在电能输送的整个流程中,其电能传输功率的高低、电流大小，都可以通过自身控制系统加以管理,从而减少了电能输送量过大而导致供电负担的现象的产生,从而有效提高了供电整体安全和可靠性。

4. 错误率低

与传统电压传输技术比较而言,高压直流输电技术还有效降低电力输送过程因线路失常以及电力系统短路等导致的故障,从而有效降低大功率电力在长途输送中的故障率，提高电力输送送达效率。

5. 稳定性高

我们还往往还利用特高压直流输电系统采用与交换输电设备主回路串联的结构优势,采取功率调制的调节方法,来抑制并降低，交换线路工作时功率振动、低频震荡等现象，大大提高交流电的暂态和动态稳定性。

3. 换流阀控制保护系统工作原理

但在我国的电力系统中，交流控制系统形无法承受强功率冲击，但特高压直流输电一旦发生直流控制系统闭锁故障,就会形成高压冲击,从而导致电气设备的损坏。所以我们要了解特高压换流阀的机制与运作原理，保证其安装及应用的严格品控，才能实现它的保护功能，保障电力系统长久稳定的运行。

换流阀其实最基本的原理就是采用结构分层，冗余配置，提高运行的可靠性。将直流输电换流站和直流输电线路的全部控制功能按等级分为若干层次，形成控制结构，保护设备。通过分层保护提高运行的安全性，冗余配置让工作中的环节可以环环独立，不受其它环节故障的影响，降低运行的风险性。并在分层分环中，实现了运行维护的灵活性。

特高压直流输电控制保护设备一般设有 6 个层次等级。换流阀控制保护系统属于最底层一级设备，但却是直流输电控制保护系统的核心设备，保护着换流阀，实现换流阀触发、监测和保护的正常功能。

4. 直流输电换流阀控制系统应用

2. 系统结构

PCS-8600换流阀控制系统结构上由三部分组成。

2. 主机：主要功能为对换流器完成触发进行控制。其工作原理是由控制主机产生CP脉冲，达到阀控单元,实现控制的效果。

3. 阀控单元：主要功能为产生及分配FP脉冲。通常情况下，一个阀控单元主机要承担二个单阀的触发任务，再将每组FP脉冲进行分配，发送至每个晶闸管单元，至此，算是完成一次晶闸管触发。

4. 晶闸管单元：主要功能为进行有效监控。晶闸管控制单元是通过其两端建立的电压变化，实现对整个晶闸管状况的有效监控。并在接受到信号后，使用回报脉冲IP的方式，再将信号送返到阀控单位，如果换流阀有异常情况出现，则会采取跳闸、报警等相关行动，从而完成了整个控制的闭环。

3. 阀控单元

一般来说，阀控单元屏柜包括：阀控连接口柜一面、阀控柜三面。

2. 阀控连口柜：主要包括PCS-9587阀漏水和避雷器监控设备一套、A、B系统PCS-9882交换机各一台、PCS-9519VCU连接单位两个。

3. 阀控柜：主要包括同时包含A系统和B系统PCS-9586阀门监控单位两个,互相联系的PCS-9586六台、PCS-9882一台、PCS-9587A一台。

监控系统的A网、B网与各个系统实时相连进行协议,完成数据传输工作。A系统、B系统之间采用冗余配置，保证其独立运行的嫩奋力，保障在任何系统故障的情况下，都可以继续进行正常工作，备用系统的随时待命，保障了系统运行的安全性和可靠性。但在应急处置过后，我们还是要及时更换故障的电源板、处理器等，以防止下次故障的发生。

4. 晶闸管控制单元

2. 触发与监视功能

一般情况下，当晶闸管控制单元检测到两端正电压达到30V以上，就会触发信号，发送IP指示信息给阀控单元，阀控单元是利用发光二极管发送信号，它在接收到信号后，会生成由IP信号、"OR"信号产生的FP信号，并将其送至晶闸管控制单元，触发晶闸管。

3. 保护和检测功能

2. 过电压保护：为防止部分晶闸管在不能接受到阀调节单元FP信号的情形下,而需要承担过超高电流的风险,也因此产生了损坏情况,当过高电流增加至门槛值6.8kV时,就会引起调节单位板内部脉冲产生,进而使全部的晶闸管都受到了触发。

3. 修复期的保存功能：在晶闸管监控单位中,必须使用保护性电路对晶闸管进行反向恢复期间的保护，因为在晶闸管反向恢复工作流程中,其电流无法接受过高的dV/dt。在反向恢复期间900μs内,若电压测量结果在一千三百V以上,则由晶闸管监控单位强制发送触发脉冲信号,使晶闸管电流得到激发,以确保晶闸管导通,并保障没有损伤。

4. 检测：为了进一步提高晶闸管检测的有效水平,人们能够通过利用不同的脉冲宽度,来对正常触发、保护性触发进行合理的区分。

5. 阀调节单位与换流阀的调节信号接口

阀控单元系统主要还是采用了双冗余性配置方法,在阀控单元、CCP系统之间使用了一对一的联系方式,并使用一主一从的控制模块保证系统工作正常。正常状况下,换流阀工作由阀控单元及CCP系统共同负责;而在意外情况下，激发备用状态,脉冲信号仍可以正常产生及工作，只有引起的脉冲信号不被带到阀塔上，其使控制系统得以依然顺利保持正常工作。

结束语

特高压直流输电换流阀作为高压电运输系统关键的安全设备，保障着特高压直流输电在运行过程中的稳定、安全，我们只有通过深入研究，不断在设计、制造的过程中加以改良，在安装及调试的过程中，严格把控，才可以保证并实现它的可靠性。从图纸到零部件、再到安装调试，整个过程都需要根据标准进行细致落实，才能彻底保证特高压换流阀的优良品质，实现更好的长期稳定运行。

参考文献：

[1]鲁聪,杨子腾,郑小立,鲁国栋.±800kV特高压直流输电换流阀核相试验分析[J].科学技术创新,2021(29):33-35.

[2]高冲,盛财旺,周建辉,李景波,张静,张娟娟.巴西美丽山Ⅱ期特高压直流工程换流阀运行试验等效性研究[J].电网技术,2019,43(11):4246-4254.

[3]王德丽,韩军华,李亚洲,刘建廷,敬涛.特高压直流输电中换流阀施工技术研究[J].山东电力技术,2018,45(06):78-80.