换流站VBE系统光发射板引起直流线路重启原因分析及其改进措施

换流站VBE系统光发射板引起直流线路重启原因分析及其改进措施摘要：本文通过对换流站历年来更换光发射板导致换相失败及线路重启动的现象利用数学统计方法进行归纳总结分析，给出了导致此种现象发生的原因，并通过相关试验及仿真分析进行了佐证，进一步验证了结论的正确性。文章最后给出了在更换光发射板时避免线路重启的改进措施，并提出了新的研究方向。关键词：VBE；光发射板；换相失败；线路重启；中图分类号：F532.7文献标识码：A文章编号：0引言换流站VBE光发射板作为换流阀触发脉冲的光源，对直流输电起着至关重要的作用，光发射板的稳定与否，决定着直流输电系统能否稳定运行。按照设计，光发射板为三取二冗余，对其中任何一块在线更换，均不影响高压直流系统运行【1】。但实际工作中，检修人员在线更换光发射板时，多次发生换相失败和线路重启动。目前更换光发射板，要么承担线路重启动带来可能造成事故的高风险，要么就增加停电次数、降低能量可用率。研究其重启动原因，并做出相应改进，已求达到既能在线更换光发射板，又不必承担过高风险，减少停电次数，进而提高电网能量利用率，已迫在眉睫。1光发射板现状1.1光发射板构成对于一个12脉动换流阀而言，由位于控制室的6个层架的VBE系统进行控制，每个层架有6块光发射板，每个换流阀对应3块光发射板（B1、B2、B3或B4、B5、B6），三块光发射板为三取二冗余配置，如下图1所示。图1光发射板构成6个层架共计36块光发射板，每12块光发射板共用一个电源小开关，共3个电源小开关，具体对应关系见表1。【2】表1光发射板与电源开关对应关系光发射板电源回路具体接线如图2所示。图2光发射板电源回路1.2异常统计对换流站运行过程中断开光发射板电源造成换相失败或直流线路重启动现象进行统计分析，具体情况如表2所示。表2断电更换光发射板导致异常情况统计注：（1）换相失败；（2）直流线路重启动；（3）直流线路未发生重启动；0年为新设备系统调试由表2统计结果分析可知，（1）在断开光发射板电源时，必定发生换相失败；（2）对于新投运工程的光发射板，在断开其对应的电源时，一般不会生发线路重启。（3）板卡时间越长，在断开相邻板卡电源时，对该板卡影响越大，线路重启概率越高。2试验及仿真2.1试验由表2统计结果分析可知，在断开光发射板电源小开关时，均发生了高压直流系统换相失败，并多次发生直流线路故障及直流线路重启。为进一步验证断开电源开关、换相失败及线路重启三者之间的关系，需进行VBE光发射板掉电试验，录取光发射板电源回路电压、电流波形。2.1.1分、合光发射板电源开关断开F8小开关,发生换相失败，直流线路降压0.7pu重启动成功，三套直流保护行波保护(WFDPL)动作。录波器显示F7、F8、F9三个电源开关对应电压没有波动，F7、F9电流有一个较大毛刺，F7电流最大约为2.010A,F9电流最大约为1.8280A，持续时间约为2.5ms，具体见图3。图3断开F8，F7、F8、F9对应电压及电流直流电压、直流电流发生波动，持续时间大约30ms，直流电压最小下跌到-598.895kV，直流电流上升到4.233kA，具体见下面波形。图4断开F8，直流系统电压及电流合上F8，F7、F8、F9对应电压没有波动，F7、F8、F9的电流波动非常大，持续约3ms，具体见下面波形图。直流电压、直流电流未发生波动，最后恢复正常直流电压运行。图5合上F8，F7、F8、F9对应电压及电流对F7、F9电源开关依次进行分合，在断开F7、F9时均发生了换相失败，但只有F9发生了线路重启动。在合上F7、F9时，均与合上F8情况一致。2.1.2试验结果由试验结果及录波分析，可得出以下结论。1、断开F7、F8、F9时，必然发生换相失败，发生直流线路重启动概率非常高。2、断开某一开关不会影响电源正常工作。3、从TFR录波的直流电压波形来看，和触发脉冲丢失导致故障的直流电压波形（见下面2.2仿真波形）非常吻合。由此推断换相失败是由触发脉冲丢失引起的。2.2仿真为了验证触发脉冲丢失后，高压直流系统的直流电压、直流电流变化情况，以某直流输电系统为模型，利用PSCAD软件进行触发脉冲丢失模拟仿真。PSCAD仿真模拟了丢失触发脉冲，得到的逆变侧直流电压、电流的波形如下：图6触发脉冲丢失后仿真波形由仿真波形及VBE光发射板掉电试验可知，断开VBE光发射板电源，导致换相失败的原因为触发脉冲丢失。直流系统的逆变站正常运行中，换流桥输出电压方向与阀的正向相反，即换流桥电压是上端高下端低，如右图7所示。发生触发脉冲丢失时，原来导通的阀将继续导通，换流桥两端的电压变成了原来导通两个阀对应的两相间的交流电压，这个交流电压由上高下低变成了下高上低。因为两个换流桥叠起来下端是接接地线的，接地点的电压被钳定。当正常运行时，两个换流桥上端电压是正的，但当因为丢失触发脉冲发生时，换流桥两端电压反了过来，于是顶端电压被拉成了一个负值，这也和仿真波形吻合。4结论通过上述试验、仿真和分析，可以得到下面几点结论：1、断开光发射板某一电源开关均会发生换相失败，发生直流线路重启动概率非常高。2、断开光发射板某一电源开关导致换相失败甚至直流线路重启动是由于触发脉冲丢失引起的。3、由运行情况得知:新建换流站不存在线路重启动问题,说明该问题与光发射板老化程度有着直接联系。某些光发射板老化比较严重，在断开同一层架的另外光发射板电源时，由于电磁干扰造成老化严重的板卡在某个周波内脉冲丢失，老化越严重，脉冲丢失越多，进而导致线路重启。5改进措施及后续研究5.1改进措施目前VBE系统光发射板电源回路如图2所示，12块光发射板共用一个电源开关。但通常只有一块光发射板需要更换，这样在更换故障板卡时无疑扩大光发射板停电范围。由结论可知：光发射板老化程度不同造成触发脉冲丢失严重程度不同。扩大光发射板停电范围，就增加了直流线路重启动的概率。因此，可对光发射板电源进行解耦。解耦后的光发射板电源接线回路如图8所示。图8VBE系统光发射电源解耦后回路该措施实施后,经过多次断开空开试验,均未发生直流线路重启动,完美解决不能在线更换光发射板的问题。5.2后续研究由于VBE层架结构（见图1）设计，光发射板之间没有防电磁干扰措施。相对于其他板卡，光发射板功率较大（5W，），断开电源瞬间可能会产生电磁干扰，从而影响两侧光发射板正常工作，并造成触发脉冲。目前因无合适的测量设备及检测方法，需要进一步进行研究。作为