高压直流输电换流阀水冷系统介绍及分析 范鑫
高压直流输电换流阀晶闸管控制单元原理分析
工 业 技 术
高压直 流 输 电换 流 阀品 闸管 控 制 单元 原理 分析
陈 兴 旺 梁帅 奇 胡 宗 亚
（、 １河南省汝州市电业公司， 河南 汝州 ４ ７ ０ ２深圳迈瑞 医疗电子股份有限公 司 ３ 国网电科 院继电保护研 究所， ６ ５０ 、 、 江苏 南京 ２ ００ ） １０ ３
注意 的一 些事 项 。
关键 词 ： ｖＣＵ ， ＴＣＵ，ＶＣ ， Ｓ ＴＣＲ ， Ｃ， 流 阀 ＴＳ 换 中 图 分 类 号 ： Ｍ８ 文 献 标 识 码 ： Ｔ ９ Ｂ
为了耐受更高的电压 ，高压直流输 电的换流 阀都是 由晶闸管 级串联 产生触 发脉冲 ， 而此时当阀体 中其它晶闸管级导通 时 ， 便也会 在该 晶闸管 组成的 ； 例如 贵广直流输 电工程 中 ， 采用西 门子 的光控 阀 ， 每个换流 阀体 两端 瞬间产生一个高电压 ； 这时 ， 如果不能在该 电压达 到击 穿门槛 电压前 包含 了 ７ 个 晶闸管 级； 南直流工程 中采用 的是原 Ｂ Ｃ的电控阀 ， ８ 葛 Ｂ 每个 迅速触发 晶闸管 ， 晶闸管就会被 击穿而损坏 。Ｔ Ｕ中的保 护性 触发电 该 Ｃ 换流阀体则包含 了 １０ 晶闸管级 。Ｓ ＣＳ ｔ ａ Ｃ ｍ ｅ ｓｔ ） Ｔ Ｒ 路正 是实现了这样的功能 。 ２个 Ｖ （ ａ ｃＶ ｒ ｏ ｐ ｎａ ｒ Ｃ ｔｉ ｏ中 （ ｙｉｏ ｏｔ ｌｄＲ ａｔ） Ｓ （ ｙｉｏ Ｓ ｉｈｄＣ ｐｃｏ 体 ， Ｔ ｒｔ Ｃ ｎ ｏｅ ｅｃ ｒ￣Ｔ Ｃ Ｆ ｒｔ ｗｔ ｅ ａａｉ ｒ ｈ ｓｒ ｒｌ ｏ＂ Ｓ ｈ ｓｒ ｃ ｔ） 如下 图 ２ 所示为 Ｔ Ｕ过压保 护电路示意 图。它 的基 本原理是 ： Ｃ 随着 也根据补偿的电压等级和选用 晶闸管 的耐压 等级 ，由不 同数量 的晶闸管 晶闸管两端 电压 的升高 ， 电阻 Ｒ 上 的电压越 大 ； ８ 另外 ， Ｔ Ｕ内部 通过 在 Ｃ 级 串联组成。如下所示为三广直流工程换流 阀中晶闸管级 电气连 接的示 模 拟电路搭建一个基 准 电压 ， Ｒ 上的 电压大 于该基准 电压 时 ， 产生 当 ８ 就 意图 同的阀体可 能稍有 区别 ） 。每个晶闸管级一 般都包括 以下几个 部 触发 脉冲触 发晶闸管 ， 同时回报过压保护 Ｉ 脉冲 。通过调节 Ｒ 的阻值 ， Ｐ ８ 分 ：直 流 均 压 电 路 （ 示 的 Ｒ 图 ６和 Ｒ ） Ｔ、交 流 均 压 电 路 （ 示 的 可以调 节 Ｔ Ｕ的过压保护门槛值 ， 图 Ｃ 以适应不 同耐压等级 的晶闸管 。 Ｒ ／３Ｃ ／２、 闸管控 制单 元 Ｔ Ｕ Ｆｙｉｏ Ｃ ｎ ｏｅ ｎ） 晶 闸管 １ ／１ ） Ｒ Ｃ 晶 Ｃ ｆ ｒｔ ｏｔ ｌｄＵ ｉ ｈ ｓｒ ｒｌ ｔ 和 Ｔ （ｈｒ ｔ ） 中 Ｖ Ｕ ｉ ｏ－ ｈ ｙｓｒ Ｔ ｉ ｏ 。其 Ｃ Ｗａ ｅＣ ｎ ｖ ｔ ｌ ｄ Ｕ ｉ 阀控单 元 ，它 负责 向 ｒ ｌ ｎｔ ｏｅ ）为 Ｒ１ Ｔ Ｕ发送光 触发信 号 Ｆ （ｒ ｕｓ ， Ｃ Ｐ ｉ Ｐｌ） Ｆｅ ｅ Ｃ’ 接收 Ｔ Ｕ的光 回报信号 Ｉ（ ｄｅｔｎ Ｃ Ｐ ｎｉ ｉ １ ａｏ Ｐ ｌ） ｕｅ ｓ。 Ｃ２ 个 晶闸管 级 中晶 闸管控 制单 元是 核 心 ，它具 有 以下几项 基本 功 Ｒ３ 能 ： 收触发 命 令触 发 晶闸管 ， 闸 接 晶 管 过压保 护 ， 向恢 复期 间 的 ｄ／ｔ 反 ｖ ｄ 保护 ， 监视 晶闸管状 态 旺 常 、 坏或 损 过压保护） 回送相应 的光脉 冲信号 并 ，／ ｋ ２ Ｔ Ｕ 侏｝Ｉ路 ｃ 过 ，Ｕ 惑 ｔ ３ Ｃ ４Ｉｌ＇ ｉ［ 护 Ｔ ＵＬ ；ｌ， ． Ｉｏ Ｐ 下面就 以我们 在 Ｓ Ｃ和直流融冰 Ｖ 跚 感 等项 目中大量使用 的 Ｔ Ｕ为例 ， Ｃ 分析 ５反 向恢复保护 。 、 晶闸管在 由导通到关断 的发 向恢 复期 间 ， 由于阻断 图 １ Ｔ 外 部 接 线 图 ＣＵ 它的工作原理 。 特 胜尚未 完全恢复 ， 时如果 在其两端 出现过高 的 ｄ／ｔ 此 ｖ 扰动 ， 损坏 ｄ 就会 １取能 。 Ｃ 、 Ｔ Ｕ的取能部分会通过上 图的 Ｓｕ ｂｒ ｉ ｕ 和 Ｃ 、５ ｎ ｂｅ Ｃｒ ｉ ｃ ｔ ３Ｒ 得 晶闸管 。Ｃ Ｔ Ｕ的反 向恢复保护 功能 就是在 反向恢 复期间探测 ｄ／ 的变化 ｖｔ ｄ 到约 ２ Ｖ和 １Ｖ两种 电源 。通过调 节阻容 回路的参数 ， ２ １ 可确保 ｃ 、５中 率 ， ｄ／ 扰 动超过 门槛值时便 产生触发 脉冲触发 晶闸管导通 ， 而保 ３Ｒ 当 ｖｔ ｄ 从 流过 电流 的相位提 前晶闸管两端的电压 ９ 度 ， ０ 电路 的取能 在晶闸管两端 护晶 闸管 。 图 ３ 如 所示为 Ｔ Ｕ反 向恢复保护 电路示 意图 ， Ｃ 它基本原理是 ： 的电压还处在负半周 的上 升阶段 时就已经开始 ； 因此 ， 当晶闸管 两端电压 阀体解锁后 ， Ｔ Ｕ监测 到 晶闸管两端 的电压 由导 通到熄 弧 ， 当 Ｃ 即其两 端 为正时 Ｔ Ｕ就储备 了足够 的能量 ， 内部 电路 正常工作 。 Ｃ 确保 的电压 由零变为负时 ， 便启动时 间窗 口发生回路 ， 这个时间窗 口的宽度可 ２回报光脉冲 Ｉ 信号 。共有两种情 况可产生 Ｉ， 、 Ｐ Ｐ第一种情况 是当晶 根据晶闸管本身 的特 『要求进行调 整 ， 为 ｌ ｓ 生 一般 ｍ 以内。如果 ｄ／ｔ ｖ 监测 ｄ 闸管两端 电压达到约 ２ Ｖ时 ，Ｃ ４ Ｔ Ｕ向 Ｖ Ｕ发送 Ｉ 脉 冲， Ｃ Ｐ 表明晶 闸管级 已 回路在这个 时间窗 口内监测 到晶 闸管两端 的电压变化率大 于门槛值 （ 这 满足触发条件 ， 告诉 Ｖ Ｕ可 以发触 发脉 冲 Ｆ Ｃ ， Ｐ了； 的 ，Ｃ 相应 Ｖ Ｕ只有在接 个门槛值也可 根据晶闸管 的｝ 『进行调整） 争生 ， 就会产生一个 触发脉 冲触 发 收到 Ｉ Ｐ脉冲后 ， 才允许 向 Ｔ Ｕ发送 Ｆ Ｃ Ｐ触发信 号 ； 另一种 隋况是 当 Ｔ Ｕ 晶闸管。 Ｃ 监 测 到 晶闸 管两 端 的 电压 达 到 了预 先设 定 的过压 保 护 门槛 值 时 （ 如 ６总结与展望 。上述 以我们实 际研制的 Ｔ Ｕ为例 ， 了它的基本 、 Ｃ 分析 ６０ Ｖ， 自动发 出触发脉 冲触发 晶闸管 ， ８０ ） 便 使晶 闸管免于 击穿而损 坏 ， 同 工作机理 。该 Ｔ Ｕ装置 已经大量应用 于 Ｓ Ｃ项 目、 Ｃ Ｖ 直流融冰项 目和高压 时在此刻也 向 Ｖ Ｕ发 出 Ｉ 光 脉 冲，表 明晶闸管处于保护性触 发的异常 直流输电换流 阀运行试验合成 回路 中。多年来 的运行 情况表明 ， Ｔ Ｕ Ｃ Ｐ 该 Ｃ 状态 ；Ｃ Ｖ Ｕ内部的可编程逻辑期间 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ通过这 两种 Ｉ Ｐ信号发生时刻的 装置 陛能可靠稳定 。 不 同来区别某 Ｉ 信号是 电压建立 Ｉ还 是过压保护触发 Ｉ。 Ｐ Ｐ Ｐ 另外 ， 当某一 需要指 出的是 ，Ｃ Ｔ Ｕ属 于高电位 装置 ， 环境 恶劣。 工作 因此 ， 研制过程 个 晶闸管损坏时 ， Ｔ Ｕ无法发 出 Ｉ 则 Ｃ Ｐ信号 ，Ｃ Ｖ Ｕ会据此判断该 晶闸管 已 中， 在满足 功能 的前提 下 ， 抗干扰 实验 的验证 是十分 重要 的， 它直接 决定 经损坏 ； Ｃ Ｖ Ｕ程序会设置 一个报警级别 ： 如损坏 ２ 时报警 ， 于 ２ 时 了整个 高压阀体能否正常工作 。 个 大 个 我们除 了对该装置单独进行严格 的 Ｅ Ｃ Ｍ 跳闸 。 实验 外 ； 实际搭 建了高压阀体 ， 还 按照相应 的规 范对整个 阀体也进行 严格 ３正常触发 。一般 晴况下 ， 、 当阀体解锁后 ，Ｃ Ｔ Ｕ会在每个周波 都收到 的型式试验 ； 个过程发现并解决 了大量 的问题 。 这 这也是装置大量使用且 来 自 Ｖ Ｕ的光触发信号 ， Ｃ 通过光 电转换 、 放大等产 生晶闸管触 发所 运行 稳定的保证 。 信号 需 要的电脉冲信号 ， 触发晶闸管。需要说 明的时 ， 当晶闸管被触发 时如果 当前 ， 更大容量 的可关 断型功率器件 如 ＩＢ 随着 Ｇ Ｔ的不断开发 ， 型 轻 由于某种原因没有导通 ，则这个触发信号会持续加 在晶闸管 的门极 直到 高压 直流输电和 Ｓ ＧＳ ｔ ａ ｅｅ ｔ） Ｖ （ａｃＶ ｒＧ ｎｒ ｏ￣在快速发展 ， 中 Ｓ Ｇ有逐 ｔｉ ａｒ 其 Ｖ 它导通或其两端电压变负为止 ，Ｃ Ｔ Ｕ的这一特 Ｉ也有效地保护 了晶闸管。 渐取代 Ｓ Ｃ的趋势 。它们 的高压阀体是 由可关断器件 串联而成 的 ， 生 Ｖ 造价 ４保护性触发 。阀体在正常 的运行 过程中 ， 、 会经常发生 的陡坡冲击 、 更为昂贵 ； 于每个可关断型器件也有— 个控制单元 ， 为门级驱动 对应 被称 局部��
天生桥换流站换流阀水冷系统改造技术总结
天生桥换流站换流阀水冷系统改造技术总结1 概述换流阀水冷系统（以下简称阀冷系统）是高压直流输电工程换流阀冷却的必要辅助系统，早期的阀冷系统多采用西门子和ABB成套设备，冗余度较低且设备老化加剧，随着国内制造技术的不断成熟，初期建设的高压直流输电工程逐步进入国产化改造阶段。
±500kV 天广直流是南方电网第一个超高压直流西电东送输电工程，天生桥换流站是该通道的整流站，其阀冷系统已运行十余年，并逐渐暴露出诸多问题，严重影响了该西电东送直流通道的安全稳定运行[1] ，改造工程势在必行。
本文结合天生桥换流站阀冷系统国产化改造工程，对改造中的技术经验进行了总结，对改造后暴露的问题提出了相应技术措施和改进建议，为后续同类改造工程提供参考。
2技术准备本次改造工程在南方电网尚属首例，无实际工程经验可以参考，因此前期开展了系统的技术研究：（1）对原阀冷系统的梳理和研究。
针对控制保护逻辑功能、定值、仪表[2] 、接口、各元器件的故障率进行了梳理，对运行中存在的问题进行总结，并提出改进建议；（2）结合换流阀运行工况和参数搭建数学模型，为改造后的阀冷系统冷却容量核算做好技术准备；（3）提出初步改造方案。
设计方案需满足二次元器件N-1 安全标准，另外还需进行主循环泵电机全压和变频两种启动方式的对比和选型，二次回路和控制逻辑的配置与优化，冷却水系统的传感器选型和安装工艺设计等。
3设备安装和调试3.1关于传感器及管道改造的工艺流程高压直流输电通道担负着大功率的西电东送的重任，而传感器及其管道的改造必须要求直流停电，停电改造时间极其宝贵。
同时改造中传感器的焊接工作可能带来密闭的水冷系统内部管道污染问题，而传感器焊接后的加压测试、内壁清洗等工艺现场都无法满足要求，这都给改造工作带来了很大的困难。
改造中采取模块化拼接的方式，可顺利解决上述问题。
改造前首先对管道部分进行精确测绘，传感器的在管道上的设计位置尽可能的靠近有法兰盘的位置。
换流站阀冷系统典型问题分析
图 3 均压电极垫圈腐蚀 Fig.3 Corrosion of voltage-sharing electrode washer
阀塔漏水暴露出阀塔内水管安装不规 范、工艺不精良等问题，进而导致水管与金 属构件距离过近而产生震动摩擦。正常情况 下，阀模件上的内冷水循环管道与金属构件 支架等刚性部件应保持一定距离以防止阀 塔振动下接触摩擦导致内冷水循环管道受 损。对于此类缺陷，需制订妥善的方案且在 停电时进行专项处理并在后期维护中预防 紧固带老化断裂。垫圈腐蚀则可利用停电机 会对阀厅均压电极及垫圈进行全面排查，及
对参数超限及设备故障将传感器判断 逻辑根据传感器的数量采取二取一、二取二 或者三取二的逻辑进行报警或者闭锁直流。 根据阀冷却系统的相关控制保护逻辑，导致 阀冷却系统告警的因素有：冷却水流量高/ 低、去离子水回路流量低、进阀压力高/低、 出阀压力高/低、进阀温度高/低、电加热器 温度高、高位水箱液位高/低、补水灌液位 低、缓冲水池液位高/低、内冷水电导率高、 去离子水电导率高、喷淋水电导率高、阀冷 系统渗漏；上述部分因素如进阀温度高、进 阀压力和出阀压力同时超低、两台主泵均故 障、流量低、高位水箱低、阀冷系统泄露、 冷却水电导率高等达到跳闸定值时经过相 关逻辑判断出口闭锁直流。
Abstract: Combined with the operation situation of the HVDC converter valve cooling system in China
Southern Power Grid，this paper introduces the principle basic principle of valve cooling system and its i
直流输电系统换流阀运行模式分析
直流输电系统换流阀运行模式分析摘要：换流阀是直流输电工程的核心设备，其作用是将三相交流电压转换到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制,价值约占换流站成套设备总价的22～25%。
换流的过程最终是通过晶闸管实现的，本文通过说明贵广直流换流阀的结构和元件功能，以及从触发至关断的运行过程，分析了阀在运行过程中可能存在无回检信号动作、BOD保护动作、触发脉冲丢失等情况，对生产现场分析和处理各类光纤损坏、光发射板、换流阀换相失败等故障，具有一定的指导意义。
关键词：换流阀预检模式运行模式0 引言换流阀是换流站的核心部分，是实现交流/直流转换的设备，在直流输电系统中起着至关重要的作用。
换流阀的基本组成单位为可控硅级（TL）。
可控硅级（TL）由可控硅阀片、可控硅电压监测板（TVM）、与阀片并联的RC阻尼回路以及安装在TVM板内与阀片并联的直流均压电阻组成；13个可控硅级和2个阀电抗器串联后再与一个均压电容器并联组成一个阀层（VS）；两个阀层组成一个可控硅模件；三个可控硅模件组成一个阀（valve）；四个阀串联构成一个四重阀塔（MVU）；每极阀厅内的十二脉动换流器由三个四重阀塔组成。
1 晶闸管级结构和功能介绍每个晶闸管级组成部分如下：——晶闸管；——晶闸管电压监测（TVM），阀控制系统的一部分；——用于晶闸管冷却的散热器；——和晶闸管并联的阻尼电路，由电容和电阻串联组成；另外用于直流均压的电阻，安装在TVM板上，见下图。
每个可控硅阀片均配有一块TVM板。
TVM板确保一个换流阀中所有的串联可控硅上直流电压分配的一致性，同时监视可控硅两端的电压，达到以下目的：（1) 检查可控硅的关断容量；(2) 检测可控硅是否能导通（正向电压）；(3) 检测流过可控硅电流的结束点；（4) 检测可控硅能否通过过电压保护回路中的装置导通。
TVM的原理框图如下：1. 直流均压电阻2. AC分压器3. 储能电容4. 正向门槛电压探测5. 高压探测（BOD动作）6. 负电压建立探测7. 脉冲发生器R：阻尼电阻 th:直接光控晶闸管c: 阻尼电容TVM板与阻尼回路并联，但不与阻尼回路进行分流，同时其自身也不包含任何完整的逻辑电路设备，不会受到电磁干扰。
换流站阀冷系统简介
阀冷却系统重要参数设定
膨胀箱水位
描述
B083/084膨胀箱水位 高告警
B083/084膨胀箱补水
B083/084膨胀箱水位 低告警
B083/084膨胀箱水位 低跳闸
B083－B084传感器差 异告警
B083/084膨胀箱漏水 告警
设定值 95.0% 30.0% 20.0% 10.0% 3.0% 1.0%
＃2离 子交换
器
过滤 器
流量 计
对部分内冷水进行去离子处理，水处理 能力为1500L/h。正常运行时，离子交换器 出口处电导率应小于0.45μS/cm，如果大 于0.45μS/cm，应更换新树脂。
V281
V28 2
电导 率探
头
内冷水系统
补水泵和补水箱
补水泵 P211
补税箱 B280 容量200L
阀冷却系统日常巡视
1、每天应该记录内冷水的进出水温度、内冷水主过滤 器两端压力、膨胀箱水位、内冷水电导率及离子交换器出 水口电导率等重要参数，并对数据进行分析；
2、检查阀冷却系统就地控制屏上的信号灯是否正常，有无告 警；
3、检查补水箱水位，水位低时应及时补水； 4、检查阀冷却系统所有管道及连接处是否漏水，检查各个阀
B483喷淋水池水位低 告警
B483喷淋水池水位低 告警
B483喷淋水池漏水告 警
喷淋泵最大运行时间 （传感器故障）
设定值 98.0% 90.0% 20.0% 10.0% 1.0%
复归值 延时
备注
97.0% 1 sec
95.0% 0sec 补水阀启动－停止
25.0% 1 sec
15.0% 1 sec 喷淋泵停止运行
10 sec 设定时间水位降低百分比
柔直换流阀冷却系统配置及调试措施探析
柔直换流阀冷却系统配置及调试措施探析摘要：本文以换流阀冷却系统为研究对象，介绍了高压柔性直流输电换流阀冷却系统概念，从内冷却系统、外冷却系统、控制系统等方面，阐述了高压柔性直流输电换流阀冷却系统典型配置。
并结合高压柔性直流输电换流阀冷却系统典型配置，对高压柔性直流输电换流阀冷却系统调试方法进行了简单的分析，以期为高压柔性直流输电换流阀冷却系统稳定运行提供有效的借鉴。
关键词：高压柔性直流输电换流阀；冷却系统；调试前言高压柔性直流输电换流阀冷却系统主要是以换流阀为基础，每一阀厅一组换流阀内包括内冷却系统、控制系统、外冷却系统等几个模块，相关模块的有机整合形成了独立封闭的循环水冷却系统。
而为保证系统实时通信、控制、保护功能的有效实现，对高压柔性直流输电换流阀冷却系统调试方法进行适当分析具有非常重要的意义。
1.高压柔性直流输电换流阀冷却系统工艺流程高压柔性直流输电换流阀冷却系统主要运行流程为纯水——原水罐——离子交换系统——膨胀罐——冷却塔（The cooling tower）——主循环泵————换流阀水冷却管道——加热器。
即纯水经主循环泵升压后，进入高压柔性直流输电换流阀管道系统外部冷却塔（The cooling tower）内，与外部冷却塔（The cooling tower）空气、水等进行热量交换。
随后与换流阀高功率器件进行热量交换。
在温度冷却至标准温度后，经脱气罐进入主循环泵入口。
将主循环泵与膨胀罐连接。
利用氮气稳定系统，可形成密闭式冷却循环回路，保证系统内冷却介质压力恒定[1]。
2.高压柔性直流输电换流阀冷却系统典型配置方案2.1高压柔性直流输电换流阀内冷却系统高压柔性直流输电换流阀内冷却系统主要是以去离子水为介质的冷却系统。
内冷却系统包括离子交换系统、膨胀罐、脱气罐、原水罐、加热器、主循环泵及相关管道。
在内冷却系统正常运行阶段，换流阀内冷却系统具有两台主循环泵，其中一台主循环泵是冷却水流动主要驱动模块。
高压直流输电
高压直流输电一、高压直流输电系统（HVDC）概述众所周知，电的发展首先是从直流开始的，但很快就被交流电所取代，并且在相当长的一段时间内，在发电、输电和用电各个领域，都是交流电一统天下的格局。
HVDC技术是从20世纪50年代开始得到应用的。
经过半个世纪的发展，HVDC技术的应用取得了长足的进步。
据不完全统计，目前包括在建工程在内，世界上己有近百个HVDC 工程，遍布5大洲20多个国家。
其中，瑞典在1954年建成投运的哥特兰（Gotland）岛HVDC 工程（20MW，100kV，90km海底电缆）是世界上第一个商业化的HVDC工程，由阿西亚公司(ASEA，今ABB集团)完成；拥有最高电压（±600kV）和最大输送容量（2 x 3150MW）的HVDC工程为巴西伊泰普（Itaipu）工程；输送距离最长（1700km）的HVDC 工程为南非英加——沙巴（1nga2Shaba）工程；电流最大的HVDC工程在我国：如三常、三广和贵广HVDC工程，额定直流电流均为3000A。
HVDC的发达地区在欧洲和北美，ABB和西门子等公司拥有最先进的HVDC技术，美国是HVDC工程最多的国家。
HVDC在我国是从20世纪80年代末开始应用的，起步虽然较晚，但发展很快。
目前包括在建工程在内，总输送容量已达18000MW以上，总输送距离超过7000km，该两项指标均已成为世界第一。
我国第一个HVDC工程是浙江舟山HVDC工程（为工业试验性工程），葛沪HVDC工程是我国第一个远距离大容量HVDC工程，三常HVDC工程是我国第一个输送容量最大（3000MW）的HVDC工程，灵宝（河南省灵宝县）背靠背HVDC工程是我国第一个背靠背HVDC工程。
我国已投运的HVDC工程见表1。
表1我国已投运的HVDC工程另外，2010年前后建成投运的HVDC工程有四川德阳——陕西宝鸡（1800 MW、±500 kV，550km）、宁夏银南——天津东（3000MW、±500kV，1200km）等；至2020年前后，还计划建设云南昆明——广东增城、金沙江水电基地一华中和华东HVDC工程以及东北——华北、华北——华中、华中——南方背靠背HVDC工程等十几个HVDC工程。
直流输电工程晶闸管换流阀
二重阀接线示意图
四重阀接线示意图
贵州－－广东二回直流输电工程换流 阀外形图
四、换流阀的电气特点
换流阀最主要的特性是仅能在一个方向导通电流，这个方向定 为正向。电流仅在周期的1/3 期间内流过一个换流阀。
不导通的换流阀应能耐受正向及反向阻断电压，换流阀电压最 大值由避雷器保护水平确定。
其中连续过负荷、短时过负荷等稳态工况下晶闸管换 流阀的通流能力要求决定了冷却系统容量选择。而， 各种暂态故障电流将决定晶闸管元件的最高允许结温
目前国际上的制造水平是:导致永久性损坏的极限结 温为300 - 400℃ ，承受最严重故障电流后的最高结 温为190 -250℃ 。
换流阀的通流能力就是上述三个因素综合作用的结果
晶闸管通常与控制、辅助设备及阳极电抗器(又称 di/dt 电抗器，为饱和电抗器)及阻尼回路元件等组装 在一起，如下图所示：
在施加触发信号晶闸管开始导通的初期，只在硅片 上靠近控制极的很小区域里导通，然后才扩展到整 个硅片导通。所以，如果在晶闸管开始导通是就通 过很大电流，这个电流将集中在控制极附近很小的 区域中，很容易引起局部过热，损坏晶闸管元件。 阳极电抗器能有效限制晶闸管开通初期电流的上升 速度，避免晶闸管局部过热造成的损坏。
晶闸管正向能够通过多大电流，归根结蒂由管芯的 允许温度(环温加上P结温)决定的。导致管芯温度升 高的因素有环境温度、元件的各种损耗，以及冷却 系统能力。
元件的损耗包括：正向导通损耗、泄漏损耗、开关 损耗等。
环境温度一般情况下比设备温度底，有利于散热。 冷却系统可以带走损耗产生的热量，降低元件温度
光触发工作原理是在晶闸管元件门极区周围有一个小光敏感区当一定波长的光被光敏感区吸收后在硅片的耗尽层内吸收光能而产生电子一空穴对形成注入电流使晶闸管元件触发换流阀运行还需要相关的外围设备触发与在线监控装置整个系统包括阀基电子设备vbe晶闸管电子设备te板阀控vc备以及一些连接光缆六换流阀的冷却系统冷却水系统是晶闸管换流阀的一个重要组成部分要确保在运行中带走换流阀产生的热量使晶闸管的结温以及电抗器电阻等元件的温度在允许范围以内特高压直流换流阀通常采用空气绝缘水冷却方式
高压直流输电换流阀冷却系统内外冷通信优化方案
高压直流输电换流阀冷却系统内外冷通信优化方案摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，高压直流输电行业也有了很大进展。
为防止因设备故障、外力破坏等因素造成内外冷控制系统之间通信中断，进而导致换流阀因阀冷系统失去冷却能力而闭锁的严重故障，给出一种适用于内外冷控制系统之间通信故障的优化解决方案。
其在外冷控制系统中设置通信故障检测回路和快速响应控制回路，并通过PLC软件对通信状态进行实时检测与控制。
当通信故障检测回路检测到内外冷控制系统通信中断时，可通过快速响应控制回路迅速作出响应，进而控制中间继电器启动外冷系统的换热设备。
该方案不仅能够保持阀冷系统的正常冷却能力，还可有效提高阀冷系统的可靠性。
关键词：高压直流输电;阀冷系统;光纤通信;通信中断;通信故障检测引言直流换流站换流阀在运行中会产生大量热量，换流阀冷却系统是换流阀的重要组成部分，它将晶闸管阀上元件的功耗发热量排放到阀厅外，保证晶闸管运行温度在正常范围。
换流阀冷却系统出现故障时，往往会造成相关主设备运行工况恶化，进而导致跳闸事件。
本文将分析换流站运行中典型的阀冷问题，并提出相关改进措施。
1换流阀冷却系统的结构组成换流阀是换流站的核心设备，目前在运的换流站中，换流阀额定电流最高达4500A。
正常运行时，大电流通过换流阀产生大量热量，导致晶闸管、电抗器等元件温度急剧上升，为了防止这些元件因温度过高而损坏，需配置阀冷却系统对换流阀进行冷却。
目前，阀冷却系统包括阀内冷系统和阀外冷系统2部分。
阀内冷系统是一个密闭的循环系统，它通过冷却介质(通常采用去离子水)的流动带走大电流通过换流阀时产生的热量。
阀外冷系统根据冷却方式的不同可分为水冷和风冷2种方式。
阀外水冷系统是一个开放式的水循环系统，用经过软化处理的水通过冷却塔持续对阀内水冷系统管道进行冷却，以降低阀内冷却水温度；部分换流站由于受地区环境的影响也会采用阀外风冷系统。
2换流阀冷却系统仿真模型设计（1）机理建模。
换流站阀水冷系统导致直流停运的隐患分析
换流站阀水冷系统导致直流停运的隐患分析摘要：本文针对换流站阀水冷系统导致的直流停运隐患展开分析，首先对换流站阀水冷系统的保护隐患进行分析，随后有针对性的提出了换流站阀水冷系统的运行维护策略。
通过本文研究，为相关部门的优化改进工作提出一些参考性意见，从而保障国家跨区电网的安全稳定运行。
关键词：高压直流；阀水冷系统；水位保护引言随着国家人民用电量的增加，对电网运输的稳定性提出了更高的要求，因此国家对电网隐患排查治理工作的重视程度逐渐提高，其中跨区输电的直流输电工程作为重点输电工程之一，已经设立了专项排查工作，但是在检查过程中发现许多换流站在运维工作中存在多项重大隐患，严重阻碍了直流电输送系统的安全稳定。
因此加强对不同隐患治理方案的研究，是推动换流站阀水冷系统稳定运行的根本对策。
一换流站阀水冷系统保护隐患分析（一）流量保护在阀水冷系统中为了防止主循环泵故障而设置了流量保护，流量保护有两种逻辑，分别为主流量保护以及主泵进出水压力保护，前者安装在CCP1和CCP2中，属于直接检测，后者则是通过测量计算主循环泵前后水压之间的差值，观察流量变化情况，属于间接检测。
以某换流站阀内冷水的3B分支出现了流量保护动作警报，造成了ESOF紧急停运故障为例，经过技术人员检查分析后得出本次故障是因为3B分支中的流量计表头长时间受到震动影响，传感器受到干扰，从而引发了分支流量的保护动作，导致直流停运。
可以通过适当降低主水流量保护动作的定值，让阀水冷系统正常工作，避免出现流量保护误动。
（二）温度保护在阀水冷系统中设置温度保护的主要目的是对经过换流阀的冷却介质温度进行监控，防止因为冷却介质温度过高而影响阀组内元件散热效果的情况发生。
温度保护有三种逻辑，首先是阀进水温度保护，设置在CCP1；其次是冷却塔出水温度保护和阀出水温度保护，均设置在了CCP2中，这三种保护逻辑都是通过直接检测温度来保证阀水冷系统的正常运行。
以某换流站发生的直流停运故障为例，该换流站的CCPA系统突然发出阀出水温度高以及功率回降的警告，继而造成其他系统也相继出现了直流功率降低的情况，本次故障的主要原因是CCPA对应的阀出水温度传感器异常，造成测量不准确，在更换传感器后，系统恢复正常。
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高压直流输电换流阀水冷系统介绍及分析范鑫
发表时间：2018-04-16T11:18:51.543Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：范鑫[导读] 摘要:目前阀冷系统技术发展已比较成熟，运维经验也愈为丰富，因此对各类缺陷的发生应以预防为主，尤其是注重按照反事故措施的要求开展阀冷系统的隐患排查工作，提前根据系统特点制定相应的事故防范措施，确保直流输电系统安全稳定运行。
（许昌许继晶锐科技有限公司河南许昌 461000）摘要:目前阀冷系统技术发展已比较成熟，运维经验也愈为丰富，因此对各类缺陷的发生应以预防为主，尤其是注重按照反事故措施的要求开展阀冷系统的隐患排查工作，提前根据系统特点制定相应的事故防范措施，确保直流输电系统安全稳定运行。
关键词:高压直流；输电换流阀水冷；系统介绍 1引言
国内部分直流输电工程的运行经验证明，阀水冷系统故障已成为影响换流站运行安全的重要因素之一，当水冷系统发生故障时，轻者引起输电功率的降低，重者引起直流闭锁停运甚至阀片受热损坏。
为此，开展阀水冷系统常见故障类型的归纳分析，确定适宜的预防应对措施，对于保障换流阀的安全稳定运行尤为重要。
2.关于换流阀水冷系统工作流程的说明分析 2.1关于主循环冷却回路的分析
恒定压力以及流速的冷却介质在经过主循环泵的提升之后，源源不断的流经三通阀，经过室外换热设备从而将其冷却器件发出的热量在室外和空气或者水进行交换，冷却之后的介质再次进入到晶闸管阀散热器，从而将热量带出，回流到主循环泵的入口处，从而能够形成密闭式的循环冷却系统。
阀冷控制系统通过变频器控制室外换热设备冷却风扇的转速从而能够对冷却风量进行控制，更好的实现精密控制冷却系统的循环冷却水温度等方面的要求。
在阀冷却水系统室内管路以及室外管路之间设置一个电动三通阀，在室外温度比较低以及换流阀低负荷或者零负荷运行的时候，通过电动三通阀实现冷却水温度的调节。
阀冷却水系统设置电加热器对冷却水的温度进行强制补偿，从而能够更好的防止进入换流阀的循环水温度过低，导致换流阀出现凝露的现象。
2.2关于水处理的回路中
为了能够更好的适应大功率电力电子设备在高电压条件下的使用要求，防止在高电压的环境下出现漏电流，冷却介质必须要具有着较低的电导率，所以在主循环冷却的水路上设置去离子水处理回路，并和主循环回路冷却介质在高压循环泵之前进行合流。
从而使一定流量的部分冷却介质流经离子交换器，不断的净化管路之中可能析出的离子，同时也能使与离子交换器连接的补液装置可以自动把原水补充到封闭式的系统当中，更好的去保持冷却介质能够充满。
2.3关于缓冲密封的回路分析
因为所使用的密封方式不同，可以采用膨胀罐加氮气恒压系统去保持系统管路之中的冷却介质充满以及隔绝空气，也可以采用高位膨胀水箱的缓冲密封系统从而保持管路之中的冷却介质可以充满。
2.4关于二次回路的分析
阀冷控制系统主要采用PLC作为控制器，PLC是阀冷系统控制以及保护的核心元件，主要选择西门子S7-400H系列的PLC。
阀冷控制系统CPU以及IO模块全部采用冗余配置。
两个CPU通过同步光缆模块进行连接，从而更好的实现了CPU硬件冗余。
S7-400H 采用热备用模式的主动冗余原理，没有故障的时候两个子单元都处于运行的状态下，在故障出现的时候，故障的CPU将无扰动的自动切换到无故障的CPU，正常工作的子单元可以独立的完成整个过程的控制。
冗余系统由A、B两个PLC控制系统组成。
在开始的时候，A系统为主，B系统为备用，当主系统A当中的任何一个组件出现错误，那么控制任务将会自动的切换到备用系统B之中进行执行，此时B系统变为主，A系统则为备用，其切换的时间小于100ms，切换期间输出信号持续保持，因而并不会出现信息丢失或报警中断。
3.关于换流阀冷却系统的维护检修分析 3.1关于主循环泵的维护分析
第一是主循环泵检修以及维护可以在线进行，也可以在系统停机的时候进行。
第二是主循环泵为卧式结构，电机额定转速为1450rpm。
第三是每周检测电机电源的三相电流平衡，三相电流的相差应该要小于十度。
第四是水泵正常的噪音需要低于八十五分贝，在噪音增加或者是异常的时候，需要立即手动切换到备用泵，同时也需要通知厂家到现场对故障进行排除。
第五是电机主轴以及泵体主轴的同心度对于水泵的长期稳定运行有着较大的影响，所以建议更换电机等维护操作应由水泵厂家进行，同时在维护之后使用专业的测量工具（如：百分表等）对电机和泵的同轴度进行测量。
第六是检测水泵轴承室润滑油的高度，油杯需要见到润滑油的高度，一般油位达到杯子容量的2/3即可。
3.2关于补水泵以及原水泵的维护分析
第一是补水泵以及原水泵允许在线进行检修。
第二是补水泵以及原水泵主要是为立式水泵，机械密封的冷却完全依赖于泵体内的液体介质浸泡，但是机械密封处于泵体的最高位，所以在第一次运行后必须要松开泵体上部的排气阀对其进行排气。
第三是补水泵和原水泵允许的噪音需要低于七十二分贝，在噪音增大的时候需要停止运行。
第四是每二年需要清洗水泵的电机风叶一次。
3.3关于三通阀执行机构的维护分析
第一是每个月巡检的过程中需要对三通阀执行机构的连杆销轴进行检测，同时每三个月加注适当的润滑油。
第二是每年停机检修的过程中，手动对三通阀执行机构进行开关的动作。
3.4关于电磁阀线圈的更换分析
第一是利用螺丝刀去拧开电磁阀线圈侧边的接头螺丝，从而对其电缆接头进行拆开。
第二是利用扳手拧开电磁阀线圈顶端的螺母和垫片，从而拔出线圈露出底座阀杆。
第三是把新的线圈安装到底座阀杆。
第四是使用扳手进行拧紧。
第五是使用螺丝刀进行拧紧。
4、某公司水冷系统与ABB水冷系统的分析比较 4.1主水过滤器
主水过滤器的位置ABB设计Z1在波纹管W1和逆止阀V81之间，Z2在波纹管W2和逆止阀V82之间。
在某公司的设计中，做了相关改进，将主水过滤器设在阀外冷设备出口至阀体进口管路之间，采用1用1备设计，可实现在线拆下清洗，同时在过滤器两端各增加一个压力表，当检测到压差大于系统设定的压差报警定值时，发出相应的告警，便于系统的维护。
4.2原水处理回路
原水处理回路上，某公司的设计中采用了两台补水泵，自动运行，互为备用。
原水泵出水设置Y型过滤器，并在过滤器前后设置压力表，压力信号送入系统，当压差大于预设值时，告警提示更换Y型过滤器。
4.3动力回路
阀冷系统动力设备电源分开两路，以有效预防由于电源切换装置不成功导致主循环泵和外冷设备均停运的故障发生。
如一路电源故障同时电源切换装置故障时，阀冷系统可以保证有一台设备正常运行，提高系统可靠性。
在某公司的设计中，变频器的设计与ABB存在较大的差异。
某公司设计有工频运行回路，而ABB均为变频运行，若变频器出现故障，易导致系统停运。
4.4控制回路
（1）关于主循环泵的控制，ABB采用变频器回路控制转速，变频器始终运行，变频器故障直接导致主循环泵不能运行；而某公司采用变频器和工频两个回路进行控制，启动时采用变频器，3秒后切到工频回路运行，变频器故障不会引起主循环泵不能运行。
（2）某换流阀冷却系统的内冷系统较ABB换流阀冷却系统增加了1个原水罐和1台原水泵，而补水泵则增加为2台。
这样设计的好处是在轻微渗水的情况下，原水罐的水可自动补充到膨胀罐中，从而避免膨胀罐水位降低引起直流系统停运。
（3）某换流阀冷却系统水回路设计一般为冗余设计，即在一个元件出现故障时可以将备用的元件投入运行，不需要将冷却系统停运即可更换故障元件，如更换离子交换罐的树脂、主水过滤器等等。
总结
通过上述分析，对于ABB换流阀冷却系统的改进建议主要是为：首先是主循环泵的电源回路改为变频器以及工频两个回路，同时也需要修改相关的控制功能。
第二是建议增加一个原水罐以及一台原水泵，同时也需要对其进行增加一台补水泵。
参考文献
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