直流输电系统换相失败分析与判断
CJ换相失败的原因
换相失败的原因一.换相失败的概念换相失败是逆变器常见的故障，它是由逆变器多种故障所造成的结果，如逆变器换流阀短路、逆变器丢失出发脉冲、逆变侧交流系统故障等均会引起换相失败。
当逆变器两个阀进行换相时，因换相过程未能进行完毕，或者预计关断的阀关断后，在反向电压期间未能恢复阻断能力，当加在该阀上的电压为正时，立即重新导通，则发生了倒换相，使预计开通的阀重新关断，这种现象称为换相失败。
二.换相失败的特征换相失败过程中，各电气量均发生剧烈波动，其中换流母线电压最低可降至0，直流电流一般可增加到额定电流的1.5 倍，直流有功功率可瞬时下降至0 甚至短时反向。
具体的特征归纳如下：（1）关断角小于换流阀恢复阻断能力的时间（大功率晶闸管0.4ms ）（2）6脉动逆变器的直流电压在一定时间下降到零（3）直流电流短时增大（4）交流侧短时开路，电流减小（5）基波分量进入直流系统对于12脉动逆变器，一个6脉动逆变器发生换相失败，由于换相失败反向电压减小一半，直流电流又增大，使得串联的另一个6脉动逆变器的换相角增大，也可能发生换相失败。
其直流电压和电流的变化趋势与6脉动逆变器相同。
三.换相失败的主要原因造成换相失败的原因有：交流电压下降、直流电流增大，交流系统不对称故障引起的线电压过零点相对移动，触发超前角β过小或整定的关断角γ过小等。
各因素之间的相互关系可以用下面的数学关系表示：γβμ=-式中，γ为关断角，β为超前触发角，μ为换相角。
可见，γ直接决定于β角和μ角。
晶闸管实际需要的关键角min γ通常在6°~9°之间。
实际运行时的触发超前角β是由直流输电的控制器决定的，它与触发延迟角α的关系为0180βα=-。
换相角μ决定于多个因素，其计算式为：cos )vμββ=-+ 式中，β为超前触发角，d I 为直流电流，c X 为换相电抗，当假设换流器交流母线装有完善的滤波装置能使交流电压不畸变时，c X 即为折算到阀侧的换流变压器短路阻抗；v U 换流变压器交流系统侧电压直流折算到阀侧的电压，不包括换流变压器中的压降。
龙政直流系统换相失败故障分析
表 １ Ｃ ＰＲＹ和 ＣＰ ＲＤ值 的对 应 表
５号 阀进行 换相 ， Ｉ ＶＤ Ｌ ３电流应该 逐渐 增大 为正 向
的最大 值 ，Ｖ Ｌ Ｉ Ｄ— ２应该 逐 渐减 小 为 ０ 但 是从 故 障 ， 录波 中看 到 Ｉ — ３电流值 并 未增 大 ， 是保 持 为 ＶＤ Ｌ 而
Ｖ ｏＩ ６ № １ ｜３ Ｆｅ ２Ｏ１ ｂ． ２
湖 北 电 力
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龙 政 直 流 系统 换 相 失 败 故 障分 析
张 昕 ， 王 抗
（ 北 超 高 压 输 变 电公 司 ， 北 宜 昌 ４ ３ ０ ） 湖 湖 ４ ０ ３
［ 摘 要 ］ 从 直流 输 电 系统 最基 本的 换相 过程 出发 ， 换相 失败 发 生的原 因 、 对 过程 及软 件 中的逻辑 原 理进 行 了探 讨 。通过 龙泉 、 平换 流站 的 两次换 相 失败 的故 障录 波 实例 ， 细分析 了换 相 失败 各参 数 政 详
Ｚｈｅ ｐｉ ｏｎ ｅ ｔ ｒｓ ｂｓ ａ ｉ ｎｓ，ｔ ａ ｉ ｔｏｎ ａ ｏｃ ｓ ｆｒ ｌｔ ｄ ｐ ｒ ｍ ｅ ｅ ｓ ｄ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ｍ ｍｕｔ — ｎｇ ｎｇ ｃ ｖ ｒ ｅ ｕ ｔ ｔｏ ｈｅ ｖ ｒａ ｉ ｎｄ ｐｒ ｅ ｓ ｏ ｅａ ｅ ａ ａ ｔ ｒ ｕｒｎ ｈ ｏ ａ ｔｏ ａ ｌ ｒ ｓ ａ ｅ ａ ｌ ｚ ｄ ｉ ｔ ｉ，ａ ｈ ｏ ｒ ｓ ｎ ｎ ａｌ ｒ ａ ｅ ｒ ｓ ｅ ａ ｅ ． ｉ ｎ ｆ ｉｕ ｅ ｒ ｎａ ｙ ｅ ｎ ｄｅ ａ ｌ ｎｄ ｔ ｅ ｃ ｒ ｅ ｐｏ ｄｉ ｇ ｆ ｉｕ ｅ ｃ ｕｓ ｓａ ｅａｌｏ ｒ ｖｅ ｌ ｄ
示 Ｙ桥 换流 阀和 Ｄ桥 换 流 阀 的触 发 脉 冲 。在程 序 中分别 用 ６位二 进 制 数表 示 具 体 触 发 的 阀 （ 一位 每 二进制 数 分别表 示 一个 阀 ， 低位 表示 １号 阀 ， 最 最高
龙政直流系统换相失败分析
龙政直流系统换相失败分析卢 力,刘 虎,姜建国(湖北省超高压输变电公司,湖北宜昌 443000) [摘 要] 通过龙泉、政平换流站的两次换相失败的故障实例,分析换相失败各参数的变化及其过程,揭示换相失败发生的故障原因。
[关键词] 换相;换相失败;故障录波 [中图分类号]T M726 [文献标识码]A [文章编号]100623986(2010)0520015202Ana lysis of DC System C o mm u t a tio n Fa ilur e i n Con ver ter S ta t i o nLU L i,L IU Hu,J IANG J ian2guo(Hubei EHV Trans m ission&Substa ti on Co mpa ny,Yichang H ubei443000,China)[A bstra ct]By t wo fault exa mp les of comm utation failur e of Longquan and Zhengp ing conve rter stati ons,this paper analyzes the change sof para m eters and pr ocess in comm utati on failure,and reveals the cause of the co m2 muta tion failure.[Key wor ds]comm utati on;c ommutation failur e;fault recor de r1 换相失败的原因分析 由于整流阀在电流关断后的较长时间内处于反向电压,所以整流侧发生的换相失败大多只有整流器不触发、交流电压畸变的原因引起。
换相失败的原因有:逆变器的换相电压下降;逆变侧交流系统不对称故障;直流线路电流Id增大;触发越前角β过小、整定的关断角y过小或者由于触发脉冲异常(不触发或误触发)导致阀不能按正常次序进行换相。
高压直流输电系统中换相失败Hypersim仿真分析
高压直流输电系统中换相失败Ｈｙｐｅｒｓｉｍ仿真分析林凌雪，张尧，钟庆，武志刚（华南理工大学电力学院，广东广州５１０６４０）摘要：Ｈｙｐｅｒｓｉｍ是一套功能强大、接口方便、适应性广的全数字实时仿真系统，它能为ＨＶＤＣ换相失败问题的研究提供快速、灵活和准确的电磁暂态仿真。
基于Ｈｙｐｅｒｓｉｍ建立了单极１２脉波ＨＶＤＣ系统的详细模型，并分析了一次系统和控制系统的具体结构。
对逆变器交流母线发生单相接地短路和三相接地短路故障的情况进行了仿真计算，研究换相失败的判定依据。
仿真结果表明，Ｈｙｐｅｒｓｉｍ能够准确模拟ＨＶＤＣ系统发生换相失败情况，以及通过在控制系统中实施保护控制，能有效抑制换相失败的发生。
关键词：高压直流输电系统；换相失败；电磁暂态仿真；Ｈｙｐｅｒｓｉｍ中图分类号：ＴＭ７１１；ＴＭ７２１．１文献标识码：Ａ文章编号：１００６－６０４７（２００７）０８－００３３－０５换相失败是高压直流输电ＨＶＤＣ系统最常见的特有故障之一［１－１１］。
因此，必须对ＨＶＤＣ系统换相失败故障原理及其影响因素进行深入了解，以制定相应的控制、保护措施。
采用Ｈｙｐｅｒｓｉｍ中的详细模型对换流器及其控制系统进行准确有效的描述，建立了一个完整的单极１２脉波ＨＶＤＣ系统，通过观察不同故障情况下ＨＶＤＣ系统发生换相失败的动态响应，分析换相失败对系统的影响。
针对故障后系统发生的连续多次换相失败，在控制系统中设置了相应的保护模块，仿真验证了该换相失败保护的有效性。
１Ｈｙｐｅｒｓｉｍ特性介绍Ｈｙｐｅｒｓｉｍ是一个专门为电力系统暂态仿真而设计的程序包，它集硬件和软件为一体，可运行在不同的平台如Ｕｎｉｘ、Ｌｉｎｕｘ或Ｗｉｎｄｏｗｓ下，可模拟交直流系统任意组合下的运行和干扰情况，包括各种设备故障、短路故障或多重故障等。
其硬件采用基于共享存储器的多ＣＰＵ超级并行处理计算机如ＳＧＩＯｒｉｇｉｎ或多ＣＰＵ的并行计算用的ＳｕｎＵｎｉｘ工作站，可对大规模电力系统实现快速的离线仿真，也可与实际系统元件或控制装置形成闭环测试系统进行实时仿真。
山东多馈入直流输电系统换相失败分析
山东多馈入直流输电系统换相失败分析
李刚;李世鹏;姬晓杰
【期刊名称】《电气技术》
【年(卷),期】2016(000)002
【摘要】本文基于山东电网某年冬季大运行方式规划数据,首先在机电暂态软件PSASP中对山东电网进行了等值;基于等值结果和呼盟、银东直流输电工程实际,利用电磁暂态软件PSCAD搭建了交直流混联系统模型.在所建模型基础上,对山东交流电网故障时两直流系统的换相失败问题进行了分析,对加装静止无功补偿设备来抑制换相失败进行了研究.结果表明:山东电网绝大多数500kV线路故障时会引起至少一回直流输电系统换相失败,部分500kV线路会引起两回直流输电系统换相失败;在逆变侧换流母线加装一定量的静止无功补偿装置可以有效抑制换相失败故障的发生.
【总页数】6页(P36-41)
【作者】李刚;李世鹏;姬晓杰
【作者单位】国网聊城市供电公司,山东聊城 252000;山东电力工程咨询院有限公司,济南 250061;国网鄄城县供电公司,山东鄄城274600
【正文语种】中文
【相关文献】
1.多馈入高压直流输电系统中的换相失败浅析 [J], 靳希;郎鹏越;杨秀
2.多馈入直流输电系统换相失败影响因素的分析与仿真 [J], 巢睿祺;叶义新;王杰
3.高压直流输电换相失败对交流线路保护的影响(一)含直流馈入的山东电网
EMTDC建模与仿真 [J], 于占勋;朱倩茹;赵成勇;张汝莲;卫鹏杰
4.多馈入高压直流输电系统的异常换相失败研究 [J], 黄致远;施海娃
5.多馈入高压直流输电系统中逆变站滤波器投切引起的换相失败仿真研究 [J], 任景;李兴源;金小明;吴小辰
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高压直流输电系统的故障诊断与定位
高压直流输电系统的故障诊断与定位近年来，随着能源消费的不断增长和电力网络的扩建，高压直流输电系统在能源传输中扮演着越来越重要的角色。
然而，由于高压直流输电系统的特殊性，故障的发生频率相对较高，一旦出现故障，则可能导致线路中断、设备损坏甚至事故发生。
因此，故障的诊断与定位对于系统的安全稳定运行至关重要。
高压直流输电系统故障的诊断可分为两个层面，分别是系统级别的故障诊断和设备级别的故障诊断。
在系统级别上，故障诊断主要关注的是整个系统是否存在故障，以及故障可能的原因和位置。
常见的系统故障包括线路过载、断路器故障和变压器故障等。
故障诊断需要通过对系统中各个子系统的状态监测和参数分析，结合计算模型和经验判断，来确定系统是否存在故障并定位到具体的部位。
设备级别的故障诊断则更加关注具体的设备状态和故障原因。
高压直流输电系统中，常见的设备包括换流器、断路器和变压器等。
这些设备的故障通常由电气、机械和绝缘等因素引起。
故障诊断主要通过对设备的参数监测、波形分析和模型仿真等方式，来确定设备的故障类型和故障原因。
例如，通过对换流器的电流和电压波形进行分析，可以判断是否存在绝缘故障或电气故障；通过对断路器的四个开关杆的位置监测和运行时间统计，可以判断是否存在机械故障或操作不当。
故障诊断与定位需要借助于各种先进的检测设备和技术手段。
例如，红外热像仪可以用来检测设备的温度分布，从而判断是否存在异常情况；激光测距仪可以用来测量设备的机械振动，从而判断是否存在松动和失稳等问题。
除了传统的检测设备，近年来还涌现出一些新技术，例如无人机巡检技术和遥感监测技术。
这些技术可以实现对输电线路的全面巡检和监测，提高故障的发现和定位效率。
在故障诊断与定位过程中，技术手段的选择和使用非常关键。
不同的故障类型和故障原因可能需要不同的手段和方法来进行诊断和定位。
因此，故障诊断与定位的专业知识和经验对操作人员和维护工程师来说显得至关重要。
他们需要具备扎实的电气知识和技能，掌握各种检测设备和技术的使用方法，以及丰富的故障案例分析经验。
换相失败研讨
基本原理图
������
为故障 发生时刻； t1 为故障清除时刻； t2 为直流功率恢复 至原指令值的时刻，此时开始提升直流功率， t3 为 直流功率回降时刻。
������������为直流实际输送功率；������������������������ 为直流功率指令值；t0
第三部分 |换相失败抑制措施
第三部分
换相失败抑制措施
第三部分 | 换相失败抑制措施
70%
提前触发脉冲，减小触发角
60%
直流功率的能量面积补偿方法
第三部分 |换相失败抑制措施
基本原理
������ = ������ − ������ = ������ + ������ α是触发延迟角，β为触发超前角，γ为熄弧角（关断角），μ为换向重叠角。 当������ ≤ ������min ，直流系统发生换相失败，其中������min 为固有极限熄弧角。 交流系统对称时，逆变器的关断角为������ = arccos[
U:交流电压幅值
Xc:换相电抗
K:换流变比
第一部分 |换相失败的原因
交流电压幅值U的影响
• 当逆变侧交流系统发生故障时，直流系统控制器的响应 和换流变压器的分接头变化都需一定的时间，所以故障瞬间γ 和变压器变比K保持不变。由上式知当其它变量不变时，U的 降低将使关断角y减少，从而导致换相失败。
一例换流站换相失败及晶闸管VBO动作情况分析
一例换流站换相失败及晶闸管VBO动作情况分析换相失败保护，用于检测换流器的换相失败故障。
换相失败可能是由一种或多种故障，通常是由交流系统的扰动或换流阀未正常触发引起。
VBO保护，即晶闸管过压保护，用于保护晶闸管免受正向过电压，在晶闸管承受正向过电压前，由门极单元对晶闸管进行保护性触发。
以上保护用于直流换流站，保护换流器正常运行。
标签：换相失败保护;VBO保护;换流器一、概述2019年07月29日，某直流输电工程逆变侧换流站双极大地回线方式运行，输送功率4000MW。
06：00：47极Ⅰ、极ⅠⅠ直流保护A、B、C均报换相失败告警，36ms后告警复归，极Ⅰ阀11报VBO保护动作。
二、换相失败动作分析1.极Ⅰ换相失败说明查看06：00：47.283时刻极Ⅰ直流故障录波，极Ⅰ换相失败电流判据为：Y桥换相失败的判据为：Id–IacY>0.1*Idn+0.1*Id，其中Id= MAX[IdP，IdNC]。
由故障录波图1，直流测量电流最大值Id=IMAX[IdP，IdNC]约为4744A，IVY最大值为2250A，代入公式：4744-2250>0.1*4744+0.1*3030满足换相失败保护动作值;36ms后，Id=IMAX[IdP，IdNC]恢复至3093A（正常运行电流3030A），告警复归。
查阅交流侧故障录波图2，换相失败告警起、止时刻与直流故障录波一致。
换相失败告警发生时，换流变网侧电压三相均为311kV，交流电压无异常。
将极ⅠY桥阀侧首端电流波形图与正常运行时阀导通顺序图对比，极ⅠY 桥由阀1、阀2导通向阀2、阀3导通转换的过程中，阀3导通后，阀6 同时异常导通，造成同一桥臂上的阀3和阀6形成旁通對，直流侧短路，阀侧首端三相电流减小到0。
三、VBO保护动作分析06：00：46，极ⅠY桥阀6异常导通，使Y桥同一桥臂的阀3与阀6同时导通，形成旁通对。
极Ⅰ发生换相失败，极控系统会发命令增大熄弧角。
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直流输电系统换相失败分析与判断
摘要：直流输电系统发生换相失败时，直流电压、电流、功率等电气量都会发
生较大的变化，会对交流系统产生冲击，而连续换相失败还会引起直流闭锁[1]。
文献从换相失败发生机理出发，详细的分析直流输电系统换相失败过程的变化情况，及造成换相失败的原因，并对富宁换流站相失败保护（87CFP）进行简要介绍，分析运行人员是如何判断换相失败的。
关键词：换相失败、变化、富宁换流站、判断
1 直流输电系统换相失败简介
1.1两端直流输电系统的构成
直流输电系统通常由换流变压器、换流器、平波电抗器、交流滤波器、控制
保护系统、接地极线、接地极等主要设备组成。
1.2直流输电系统换相失败机理
当两个桥臂之间换相结束后，刚退出导通的阀在反向电压作用的一段时间内，如果未能恢复阻断能力，或者在反向电压期间换相过程一直未能进行完毕，这两
种情况在阀电压转变为正向时被换相的阀都将向原来预定退出导通的阀倒换相，
这称为换相失败[2]。
1.3直流输电换相失败原因分析
交流系统故障会导致换相失败。
主要是换流母线电压幅值下降和电压过零点
的漂移，交流低电压导致逆变侧换相电压的降低，从而致使本应导通的阀无法导通，最终导致换相失败。
不同类型的故障如三相短路故障、单相短路故障和相间
短路故障等对换相失败的影响不同。
此外，交流系统故障的发生地点和故障的严
重程度对换相失败的影响亦不同。
离故障点电气距离越近的逆变站发生换相失败
的情况越严重。
丢失触发脉冲会导致换相失败。
丢失触发脉冲时阀会发生不开通故障，导致
换相过程无法进行，原先导通的阀继续导通，从而导致换相失败。
逆变侧出现阀短路时也会导致换相失败。
当逆变侧某一个阀发生短路故障而
强行导通时，其他应该正常导通的阀由于失去换相电压从而无法导通，同样会导
致换相失败。
1.4换流站换相失败保护（87CFP）的简介
换流站相失败保护（87CFP）用于检测交流系统故障或其他异常换相条件引起的换相失败故障（仅逆变站投入）[3]；单桥换相失败认为多是控制系统、一次设
备故障，保护动作较快；任一桥换相失败还包括逆变侧交流系统故障引起的换相
失败，保护动作较慢，并且还根据换相失败的频率分为快速段和慢速段。
相失败
保护的保护判据为MAX（IdH、IdN）- IacY>Δ& k*MAX（IdH、IdN）> IacY和MAX （IdH、IdN）- IacD>Δ& k*MAX（IdH、IdN）> IacD；换相失败检测经过延时 2ms
和确认延时 10ms，当单桥换相失败低电压闭锁展宽时间为150ms，会在400ms
时切系统，650ms时闭锁直流。
系统发生交流低电压时闭锁单桥换相失败段
（Uac <0.7，Uac 取交流电压三相最大值）：当任一桥换相失败快速段展宽时间为500ms，在1800ms时切系统，在2600ms 闭锁直流；当任一桥换相失败慢速段展
宽时间为2500ms，在7000ms时切系统，在10000ms闭锁直流。
2.换相失败的判断及原因分析
在最近几年某换流站发生的100次换相失败中：有1次是EOC故障引起的换
相失败，最终导致双极ESOF；有99次是交流系统电压畸变或者波动引起的换相失败。
2.1运行人员如何判断换相失败
由换相失败故障录波可见，当发生换相失败（COMMF）时，换相失败持续时间约为104ms，SER上会看到换相失败变位的信号。
在换相失败瞬时间，直流侧电流上升，直流电压下降，熄弧角会将至零，直流功率下降至零甚至短时反向。
从换相失败的判定原理上说：某换流站在极保护系统中判定换相失败超过400ms时（不闭锁单桥换相失败展宽，切系统的时间更长），极控系统方执行系统切换的动作。
因此说明在控制系统的设计中，短时的、单次的换相失败是系统所允许的，并不会影响直流输电系统的正常功率传输。
2016年05月23日富宁换流站在开展极1及双极系统调试时：极1极控系统主A系统报“电流过零信号故障”、“换相失败”警告产生；极1极控系统切系统，由A系统切换至B系统；B系统也报“电流过零信号故障”警告产生；最终导致双极ESOF。
说明长时的、持续的换相失败是系统所不允许的，会终止直流输电系统的正常功率传输。
2.2运行人员确认换相失败后可根据以下3方面判断换相失败的原因
查看交流侧电流电压图，已看出在换相失败前，交流电压Uc二次有效值从正常时的58.65V降至37.03V，幅值明显下降，可判断是网内交流系统故障引起母线电压降低导致换相失败。
故障时刻富宁换流站极1触发脉冲波形，可见故障发生时富宁站极1的触发脉冲并未出现丢失异常，可排除触发脉冲丢失引起换相失败的可能。
故障发生时VBE并未发出富宁站极1换流阀相关的故障告警信号（脉冲点火信号FP_EN正常），可排除换流阀故障导致换相失败的可能。
3.结论
在高压直流输电系统中一次换相和连续换相失败特征不同，对系统的影响程度也不一样。
在换相失败过程中，各电气量均发生较为明显的变化，其中换流母线电压最低可降至零，直流电流一般会明显增大，直流有功功率可瞬时下降至零甚至短时反向。
富宁换流站发生换相失败的原因主要是广西侧系统故障，换流母线电压波动引起的，运行人员可以通过换流变、极控、极保护的外置故障录波和内置故障录波的波形进行分析判断。
如在交流系统故障及时清除的情况下，直流输电系统能快速恢复，交直流输电系统均能保持稳定运行。
如果系统故障持续时间较长且闭锁单桥换相失败展宽，650ms后会闭锁直流；未闭锁单桥换相失败展宽时，最快在2600ms后闭锁直流。
参考文献：
[1]何朝荣，李兴源，金小明，等．高压直流输电系统换相失败判断标准的仿真分析[J]．电网技术，2007，31（1）：20-24。
[2]李耀钟，蒙健明，王金雄，等。
高压直流输电现场实用技术问答。
中国电力，2008.3（2014.4重印）ISBN 978-7-5083-6495-7。
[3]张绍军李婧靓。
云南永仁至富宁±500kV直流输变电工程直流保护设计规范。
CSG/GYY/ED4.351.YF-0，2015.06。
作者简介：
刘寿光，男，1984.10.25，文山供电局富宁换流站技术负责人，工程师，云南省文山市和谐路1号文山供电局。
钱兵，男，1988.01.10，文山供电局富宁换流站站长，工程师，云南省文山市和谐路1号文山供电局。
肖克伟，男，1987.05.05，文山供电局富宁换流站副站长，工程师，云南省文山市和谐路1号文山供电局。
杨成会，女，1992.03.14，文山供电局富宁换流站值班长，助理工程师，云南省文山市和谐路1号文山供电局。
梁立洵，男，1991.03.29，文山供电局富宁换流站正值值班员，助理工程师，云南省文山市和谐路1号文山供电局。