鹅城换流站取消可控硅结温保护跳闸功能分析

黄晨，郑映斌

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410004)

换流阀在换流站的作用是将直流电转化为交流电或者将交流电转化为直流电〔1〕。换流阀的负载能力与温度密切相关，随着阀温度的变化，设备允许的负载能力也相应的变化，当换流阀温度过高时，将严重影响阀的正常运行，甚至可能引起直流系统闭锁〔2-3〕。

1 可控硅结温保护

为防止换流阀由于温度过高而造成设备损坏，在鹅城换流站换流器第2套保护的后备直流过流保护中设置了可控硅结温保护，具体设置如下:①当可控硅结温＞93.5℃时，延时100 ms切换到备用控制系统;②当可控硅结温＞97℃时，延时250 ms换流器Z类闭锁，跳换流变交流侧断路器，发出极隔离指令，启动断路器失灵保护并闭锁换流变交流侧断路器〔4〕。

以上保护中采用的可控硅结温 (T_J)的信号不是直接通过温度传感器采样，而是通过一系列的计算得出的:

式中 PT_MEAN是直流中性母线电流IDNE、换流变阀侧套管电流IVY和IVD的变化量，T_MEAN是换流阀出水温度RETURN_TEMP和换流阀进水温度SUPPLY_TEMP的变化量，具体计算如下:

式(2)中 CURR_MAX=MAX{IDNE，IVY，IVD}，即CURR_MAX为IDNE，IVY和IVD中3个值当中的最大值，而x则是一个阶段函数:

2 阀结温保护相关模量分析

由以上计算式可知，后备直流过流保护中的可控硅结温 T_J是由 SUPPLY_TEMP，RETURN_TEMP，IDNE，IVY以及IVD这5个模拟量决定。

2.1 阀进出水温度保护分析

在鹅城换流站的阀冷却保护CCP1和CCP2中均设置了温度保护，CCP1中的温度保护通过检测换流阀进水温度SUPPLY_TEMP(温度传感器BT3和BT4测得)，当有备用冷却容量，阀进水温度超过57.4℃时，延时1 s切换系统，延时3 s出口跳闸，闭锁极。当无备用冷却容量，阀进水温度超过62.1℃，延时1 s切换系统，延时3 s出口跳闸，闭锁极。

CCP2中的温度保护通过检测换流阀出水温度RETURN_TEMP(温度传感器BT1和BT2测得)，当有备用冷却容量，若阀出水温度＞63.8℃，延时3 s发RUN_BACK降功率指令。当无备用冷却容量，若阀出水温度 ＞68.5℃，延时3 s发RUN_BACK降功率指令。

查取鹅城换流站多年运行工况记录发现，在高温满负荷期间，水冷系统正常运行时极Ⅰ可控硅结温一般在70℃左右，极Ⅰ阀出水温度一般在47℃左右，阀进水温度一般在41℃左右;极Ⅱ可控硅结温一般在71℃左右，极Ⅱ阀出水温度一般在48℃左右，阀进水温度一般在40℃左右 (极Ⅰ、极Ⅱ内冷水膨胀管水位约为68%，此温度同内冷水系统中水量有关，水量多则温度低，反之则温度高)。当有备用冷却容量时，极Ⅰ的阀进水温度和阀出水温度的差值约6℃，极Ⅱ外冷水的阀进水温度和阀出水温度的差值约8℃。

假定高温满负荷期间，当有备用冷却容量，阀进水温度超过57.4℃时 (假设此时变量 PT_MEAN并未出现异常)，可推算出此时极Ⅰ阀出水温度约为63.4℃，极Ⅱ阀出水温度约为65.4℃，根据可控硅结温T_J的计算公式可推出极Ⅰ可控硅结温约为86.4℃，极Ⅱ可控硅结温约为87.4℃。同样可以假设，当有备用冷却容量，若阀出水温度大于63.8℃时 (假设此时变量PT_MEAN并未出现异常)，可推算出此时极Ⅰ阀进水温度约为57.8℃，极Ⅱ阀进水温度约为55.8℃，根据可控硅结温T_J的计算公式可推出极Ⅰ可控硅结温约为86.8℃，极Ⅱ可控硅结温约为87.8℃。

在高温满负荷期间，当无备用冷却容量时(以1组冷却塔停运为例)，极Ⅰ、极Ⅱ阀进水温度和阀出水温度较有备用冷却容量时均上升了约5℃，但是阀进水温度和阀出水温度的差值并没有明显变化，因此当阀进水温度超过62.1℃时 (假设此时变量PT_MEAN并未出现异常)，根据此时可控硅结温T_J的计算公式可推出极Ⅰ可控硅结温约为91.1℃，极Ⅱ可控硅结温约为93.1℃。

因此，无论是有备用冷却容量还是无备用冷却容量时，当阀进水温度已达到CCP中温度保护定值时 (或阀出水温度已达到CCP中温度保护定值)，可控硅结温离保护跳闸定值还有一定的距离。此外，若当CCP系统中的温度传感器BT1/BT2或BT3/BT4测量存在误差但为达到故障报警值时，有导致保护误动的风险〔3〕。

2.2 其它保护

在鹅城换流站的其它直流保护中，均有以IDNE，IVY以及IVD为保护采样的保护，如以IDNE为测量值的极保护中的直流中性母线差动保护(MC1)、后备直流极差动保护 (MC2)，以 IVY，IVD为测量值的换流器保护中的阀短路保护(MC1)、后备阀短路保护 (MC2)，这些电量保护在快速性和稳定性方面均较可控硅结温保护强，且都有相应的后备保护，由此可见，可控硅结温保护的温度跳闸功能重复设置。

2.3 保护误动

换流站运行经验表明，保护装置误动是导致直流单、双极强迫停运的重要原因。以可控硅结温保护为例，如果CCP系统中的温度传感器BT1/BT4或BT3/BT4测量存在误差但未达到故障报警值时，将有导致保护误动的风险〔5〕。

3 结论

通过以上分析可知，后备直流过流保护中的可控硅结温保护所测量的5个模拟量在其它的直流保护及CCP保护中均已采用，且这些保护都有相应的后备保护，因此可控硅结温保护的温度跳闸功能可取消。

因此，将可控硅结温保护2段跳闸功能改为报警方式，这样既不会降低对设备的运行监控，同时又减少了保护误动导致的单极强迫停运风险，有利于直流系统的安全稳定运行。

〔1〕赵畹君.高压直流输电工程技术〔M〕.北京:中国电力出版社，2002.

〔2〕喻新强.2003年以来国家电网公司直流输电系统运行情况总结〔J〕.电网技术，2005，29(20):41-46.

〔3〕罗德彬.汪峰.徐叶玲.国家电网公司直流输电系统典型故障分析〔J〕.电网技术，2006，30(1):35-39.

〔4〕湖南省电力公司检修公司.鹅城换流站运行规程〔S〕.2012.

〔5〕国家电网公司运行分公司.换流站单双极闭锁报告汇编〔M〕.北京:中国电力出版社，2009.