鵝城換流站取消可控硅結(jié)溫保護(hù)跳閘功能分析

黃晨，鄭映斌

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長(zhǎng)沙410004)

換流閥在換流站的作用是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電或者將交流電轉(zhuǎn)化為直流電〔1〕。換流閥的負(fù)載能力與溫度密切相關(guān)，隨著閥溫度的變化，設(shè)備允許的負(fù)載能力也相應(yīng)的變化，當(dāng)換流閥溫度過高時(shí)，將嚴(yán)重影響閥的正常運(yùn)行，甚至可能引起直流系統(tǒng)閉鎖〔2-3〕。

1 可控硅結(jié)溫保護(hù)

為防止換流閥由于溫度過高而造成設(shè)備損壞，在鵝城換流站換流器第2套保護(hù)的后備直流過流保護(hù)中設(shè)置了可控硅結(jié)溫保護(hù)，具體設(shè)置如下:①當(dāng)可控硅結(jié)溫＞93.5℃時(shí)，延時(shí)100 ms切換到備用控制系統(tǒng);②當(dāng)可控硅結(jié)溫＞97℃時(shí)，延時(shí)250 ms換流器Z類閉鎖，跳換流變交流側(cè)斷路器，發(fā)出極隔離指令，啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)并閉鎖換流變交流側(cè)斷路器〔4〕。

以上保護(hù)中采用的可控硅結(jié)溫 (T_J)的信號(hào)不是直接通過溫度傳感器采樣，而是通過一系列的計(jì)算得出的:

式中 PT_MEAN是直流中性母線電流IDNE、換流變閥側(cè)套管電流IVY和IVD的變化量，T_MEAN是換流閥出水溫度RETURN_TEMP和換流閥進(jìn)水溫度SUPPLY_TEMP的變化量，具體計(jì)算如下:

式(2)中 CURR_MAX=MAX{IDNE，IVY，IVD}，即CURR_MAX為IDNE，IVY和IVD中3個(gè)值當(dāng)中的最大值，而x則是一個(gè)階段函數(shù):

2 閥結(jié)溫保護(hù)相關(guān)模量分析

由以上計(jì)算式可知，后備直流過流保護(hù)中的可控硅結(jié)溫 T_J是由 SUPPLY_TEMP，RETURN_TEMP，IDNE，IVY以及IVD這5個(gè)模擬量決定。

2.1 閥進(jìn)出水溫度保護(hù)分析

在鵝城換流站的閥冷卻保護(hù)CCP1和CCP2中均設(shè)置了溫度保護(hù)，CCP1中的溫度保護(hù)通過檢測(cè)換流閥進(jìn)水溫度SUPPLY_TEMP(溫度傳感器BT3和BT4測(cè)得)，當(dāng)有備用冷卻容量，閥進(jìn)水溫度超過57.4℃時(shí)，延時(shí)1 s切換系統(tǒng)，延時(shí)3 s出口跳閘，閉鎖極。當(dāng)無備用冷卻容量，閥進(jìn)水溫度超過62.1℃，延時(shí)1 s切換系統(tǒng)，延時(shí)3 s出口跳閘，閉鎖極。

CCP2中的溫度保護(hù)通過檢測(cè)換流閥出水溫度RETURN_TEMP(溫度傳感器BT1和BT2測(cè)得)，當(dāng)有備用冷卻容量，若閥出水溫度＞63.8℃，延時(shí)3 s發(fā)RUN_BACK降功率指令。當(dāng)無備用冷卻容量，若閥出水溫度 ＞68.5℃，延時(shí)3 s發(fā)RUN_BACK降功率指令。

查取鵝城換流站多年運(yùn)行工況記錄發(fā)現(xiàn)，在高溫滿負(fù)荷期間，水冷系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)極Ⅰ可控硅結(jié)溫一般在70℃左右，極Ⅰ閥出水溫度一般在47℃左右，閥進(jìn)水溫度一般在41℃左右;極Ⅱ可控硅結(jié)溫一般在71℃左右，極Ⅱ閥出水溫度一般在48℃左右，閥進(jìn)水溫度一般在40℃左右 (極Ⅰ、極Ⅱ內(nèi)冷水膨脹管水位約為68%，此溫度同內(nèi)冷水系統(tǒng)中水量有關(guān)，水量多則溫度低，反之則溫度高)。當(dāng)有備用冷卻容量時(shí)，極Ⅰ的閥進(jìn)水溫度和閥出水溫度的差值約6℃，極Ⅱ外冷水的閥進(jìn)水溫度和閥出水溫度的差值約8℃。

假定高溫滿負(fù)荷期間，當(dāng)有備用冷卻容量，閥進(jìn)水溫度超過57.4℃時(shí) (假設(shè)此時(shí)變量 PT_MEAN并未出現(xiàn)異常)，可推算出此時(shí)極Ⅰ閥出水溫度約為63.4℃，極Ⅱ閥出水溫度約為65.4℃，根據(jù)可控硅結(jié)溫T_J的計(jì)算公式可推出極Ⅰ可控硅結(jié)溫約為86.4℃，極Ⅱ可控硅結(jié)溫約為87.4℃。同樣可以假設(shè)，當(dāng)有備用冷卻容量，若閥出水溫度大于63.8℃時(shí) (假設(shè)此時(shí)變量PT_MEAN并未出現(xiàn)異常)，可推算出此時(shí)極Ⅰ閥進(jìn)水溫度約為57.8℃，極Ⅱ閥進(jìn)水溫度約為55.8℃，根據(jù)可控硅結(jié)溫T_J的計(jì)算公式可推出極Ⅰ可控硅結(jié)溫約為86.8℃，極Ⅱ可控硅結(jié)溫約為87.8℃。

在高溫滿負(fù)荷期間，當(dāng)無備用冷卻容量時(shí)(以1組冷卻塔停運(yùn)為例)，極Ⅰ、極Ⅱ閥進(jìn)水溫度和閥出水溫度較有備用冷卻容量時(shí)均上升了約5℃，但是閥進(jìn)水溫度和閥出水溫度的差值并沒有明顯變化，因此當(dāng)閥進(jìn)水溫度超過62.1℃時(shí) (假設(shè)此時(shí)變量PT_MEAN并未出現(xiàn)異常)，根據(jù)此時(shí)可控硅結(jié)溫T_J的計(jì)算公式可推出極Ⅰ可控硅結(jié)溫約為91.1℃，極Ⅱ可控硅結(jié)溫約為93.1℃。

因此，無論是有備用冷卻容量還是無備用冷卻容量時(shí)，當(dāng)閥進(jìn)水溫度已達(dá)到CCP中溫度保護(hù)定值時(shí) (或閥出水溫度已達(dá)到CCP中溫度保護(hù)定值)，可控硅結(jié)溫離保護(hù)跳閘定值還有一定的距離。此外，若當(dāng)CCP系統(tǒng)中的溫度傳感器BT1/BT2或BT3/BT4測(cè)量存在誤差但為達(dá)到故障報(bào)警值時(shí)，有導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)〔3〕。

2.2 其它保護(hù)

在鵝城換流站的其它直流保護(hù)中，均有以IDNE，IVY以及IVD為保護(hù)采樣的保護(hù)，如以IDNE為測(cè)量值的極保護(hù)中的直流中性母線差動(dòng)保護(hù)(MC1)、后備直流極差動(dòng)保護(hù) (MC2)，以 IVY，IVD為測(cè)量值的換流器保護(hù)中的閥短路保護(hù)(MC1)、后備閥短路保護(hù) (MC2)，這些電量保護(hù)在快速性和穩(wěn)定性方面均較可控硅結(jié)溫保護(hù)強(qiáng)，且都有相應(yīng)的后備保護(hù)，由此可見，可控硅結(jié)溫保護(hù)的溫度跳閘功能重復(fù)設(shè)置。

2.3 保護(hù)誤動(dòng)

換流站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，保護(hù)裝置誤動(dòng)是導(dǎo)致直流單、雙極強(qiáng)迫停運(yùn)的重要原因。以可控硅結(jié)溫保護(hù)為例，如果CCP系統(tǒng)中的溫度傳感器BT1/BT4或BT3/BT4測(cè)量存在誤差但未達(dá)到故障報(bào)警值時(shí)，將有導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)〔5〕。

3 結(jié)論

通過以上分析可知，后備直流過流保護(hù)中的可控硅結(jié)溫保護(hù)所測(cè)量的5個(gè)模擬量在其它的直流保護(hù)及CCP保護(hù)中均已采用，且這些保護(hù)都有相應(yīng)的后備保護(hù)，因此可控硅結(jié)溫保護(hù)的溫度跳閘功能可取消。

因此，將可控硅結(jié)溫保護(hù)2段跳閘功能改為報(bào)警方式，這樣既不會(huì)降低對(duì)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控，同時(shí)又減少了保護(hù)誤動(dòng)導(dǎo)致的單極強(qiáng)迫停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)，有利于直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

〔1〕趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社，2002.

〔2〕喻新強(qiáng).2003年以來國(guó)家電網(wǎng)公司直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行情況總結(jié)〔J〕.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(20):41-46.

〔3〕羅德彬.汪峰.徐葉玲.國(guó)家電網(wǎng)公司直流輸電系統(tǒng)典型故障分析〔J〕.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(1):35-39.

〔4〕湖南省電力公司檢修公司.鵝城換流站運(yùn)行規(guī)程〔S〕.2012.

〔5〕國(guó)家電網(wǎng)公司運(yùn)行分公司.換流站單雙極閉鎖報(bào)告匯編〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社，2009.