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摘要：本文通过一起云广直流输电工程逆变站单阀组换流变开关合闸时刻，其余阀组发生换相失败的事件，根据故障录波和仿真建模，推断出该事件为励磁涌流所致，进而给出了改进建议。
关键词：换流变开关；励磁涌流；剩磁
0概述
云广特高压直流输电系统采用十二脉动四阀组结构，每个阀组的换流变引线两端均有专门的换流变开关。当单阀组停电检修完毕后，在复电的过程中需要合上其中一个换流变开关对换流变进行充电。但在历史上，云广特高压直流输电系统在这一过程中发生过数次其余阀组换相失败的时间，对电网造成巨大冲击。
1事件经过简述
2015年8月5日，云广直流穗东换流站极二高阀组在复电过程中，换流变开关5013合闸时，其余三阀组均发生了换相失败。当时，相应的TFR记录的波形如图1所示：
图1发生换相失败时极二高端阀组换流变三相阀侧电压与网侧电流波形图
2015年8月7日，同阀组复电时，其余阀组没有发生换相失败。TFR记录的波形如图2所示：
图2未发生换相失败时极二高端阀组换流变三相阀侧电压与网侧电流波形图
对比图1、图2，由于PSD的作用，从阀侧电压波形可以看出两次合闸的时间点都是相同的，但是8月5日合闸后，电压波形发生了较大的畸变，随后发生了其余阀组的换相失败，在电压波形恢复接近正弦后，换相失败消失。而8月7日合闸后，电压波形则仍然保持正弦。
从电流波形可以看出，导致电压发生畸变的原因，在于8日5日的合闸后，换流变，尤其是两台A相换流变产生了励磁涌流，两台换流变产生的励磁涌流之和在最大的时刻超过了1000A。以二次谐波为主的励磁涌流在交流线路上产生的压降导致电压波形发生畸变。而8月7日的合闸则几乎没有产生励磁涌流，其余阀组也没有发生换相失败。
因此，合闸导致的励磁涌流可能就是8月5日的三阀组换相失败的原因。
2Simulink建模仿真
2.1模型概述
由于换流变各相为单独合闸，三相没有共用的铁芯，且换流站的所处的电网短路容量较大，因此可将合闸模型简化为单相换流变。使用Simulink建立如下图的仿真模型
图3Simulink换流变合闸模型
根据已有参数，计算出换流变的T型等效电路参数，并以初始相位为0°时，励磁涌流最大值为额定电流3倍作为条件，拟合近似的铁芯磁化曲线。将上述参数代入图4的模型。
2.2铁芯无剩磁时
当铁芯无剩磁时，以初始相位0°合闸，换流变原边产生了巨大的励磁涌流，励磁涌流在原边电阻、励磁支路电阻的阻尼下呈显著的下降趋势。
当以初始相位90°合闸，此时，由于在电压变化率最低点合闸，换流变对电网而言是一个阻抗巨大的RL串联负荷，原边电流非常小，对电网的冲击极小。因此在正常情况下，这是换流变开关PSD装置的最优合闸点。
2.3铁芯有剩磁时
从2.2.2的仿真以及图2的正常实际合闸时的波形图来看，当铁芯无剩磁时，以90°为初始相位合闸不会产生励磁涌流。但是当铁芯有剩磁时，若仍然以90°为合闸相位，根据磁化曲线，换流变原边仍然要产生暂态磁通抵消剩磁，励磁涌流会在原边绕组中不可避免地产生。
设铁芯中的剩磁为0.8pu，开关在初始相位为90°时进行合闸，即使换流变开关已经按照90°的角度进行合闸，原边中仍然产生了巨大的励磁涌流。对比图1中2015年8月5日的合闸时刻的极二高各台换流变原边波形，两者都与励磁涌流吻合。
3改进方式
3.1复电过程优化
由于云广直流输电工程采用双极四阀组的接线方式，在同一极另一阀组不停电时，若要闭锁本阀组，必须考虑阀组与旁路开关的配合。从目前闭锁过程的实际效果而言，其对交直流系统的影响都比较小，贸然对这一过程进行修改可能会造成负面影响，因此其改进空间也非常有限。
从8•5换相失败的过程来看，铁芯剩磁往往是难以预料的，因此建议在复电前，使用去磁设备，对换流变进行去磁，将换流变在正常合闸时刻合闸后产生励磁涌流的因素消去。使用去磁设备对经常发生励磁涌流的大型变压器进行消磁在部分供电局已经得到了应用。
3.2合闸时刻优化
根据2.1章节的结论，当铁芯有剩磁时，可根据剩磁的大小计算出最优的合闸时刻。如，若铁芯中有0.8pu的剩磁时（现代大型变压器铁芯的饱和点通常较低，只需很小的电流就可以使铁芯接近饱和），若将合闸时刻推迟到108°，即使铁芯有较大剩磁，励磁涌流亦可全部消失。
4结论
根据仿真建模，结合故障录波以及检修作业过程，换流变开关合闸时由于铁芯剩磁的原因，极容易发生励磁涌流现象，如本文所述的换相失败事件，即为励磁涌流所致。为此，本文建议在合闸前应采取去磁手段，根据仿真结果显示，可大幅度减少励磁涌流发生的概率。
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