（中国南方电网超高压输电公司贵阳局，贵州贵阳550003）
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。TVM板有两大主要功能：
（1）直流均压。TVM板上装有4个500k的大电阻，来实现直流均压。该均压电阻和阻尼电路并联在晶闸管的两端。
（2）监测晶闸管两端的电压。从而判断阀的运行状态。
和阀段并联的冲击均压电容器使陡波冲击电压线性分布，非线性电抗器的作用是减小在干扰和正常换相时非周期触发的应力和前沿冲击电压时的应力。这个作用是由每级晶闸管的RC阻尼回路辅助完成的。同时减缓阀开通时的di/dt。
RC阻尼回路另一个作用是限制阀在关断时的换向过冲，使晶闸管级间在工频和操作冲击电压下的电压成线性分布。晶闸管级的直流均压由每一级的直流均压电阻完成。每个晶闸管的自保护由集成在LTT内的正向过电压保护触发实现，避免由于触发脉冲丢失而使晶闸管承受过电压。它是作为连续运行设计，当正常触发脉冲在一个单级晶闸管丢失情况下，作为后备触发保护。
2运行模式分析
2.1预检模式
阀的阻断能力和阀控制功能可在预检模式下试验。
当TC&M收到极控发来的“换流器断路器合闸”（CONVERTERCIRCUITBREADERON）信号，且无欠压信号出现时，晶闸管阻断能力和晶闸管电压监测板TVM的功能可在晶闸管不触发时测试。如果晶闸管对应的TVM和光纤正常，当晶闸管电压达到正向或反向门槛电压时，TVM均能产生相应的回检信号，并送往VBE中相应的光接收板中，供TC&M读取检测。TVM板中产生回检脉冲的耦合电容只有在取得足够能量时，才能发出回检信号，因此有时会有回检信号延时的情况，相关光接收板检测TVM的回检信号，并将其送给TC&M。
该运行模式无需电压同步要求。如果所有的晶闸管都被查询了三次，无故障被检测到，TC&M通过系统总线给极控制送“阀检测正常”（VALVECHECKOK）信号。晶闸管在每个周波内被检测一次，连续进行，如下图所示。
2.2正常运行
下图所示为正常运行下的脉冲时序图：
正常运行时，极控发出阀转入导通阶段的“触发控制信号”（FIRINGCONTROLSIGNAL）。按照这个控制脉冲，TC&M产生触发脉冲：
阶段1：触发准备就绪
如果晶闸管两端电压超过+70V，TVM发送6s宽的回报信号给光接收板，表明该晶闸管触发准备就绪，以单阀为单位TC&M累加并锁存。当TC&M收到极控制发来的“触发控制信号”（FIRINGCONTROLSIGNAL），在其前沿产生一个触发脉冲，并通过光发射器发送到晶闸管。一个阀内的第一和最后一个晶闸管触发延时保持小于1s。当晶闸管两端电压再次超过+70V，会自动产生一个新的触发脉冲，再次触发晶闸管（补脉冲）。
1）保护触发：
如果来自VBE的光脉冲丢失，为防止对应的晶闸管由于过电压损坏，集成在LTT内的BOD器件能在该晶闸管正向电压超过设定的保护值时，紧急保护触发该晶闸管。
由于保护触发的晶闸管两端电压不会立即上升到保护设定值，导致阀会有一段开通延时。因此，通过变压器二次线圈直流电流分量将会增加。为避免变压器上产生的热应力过高，每个阀内保护触发开通的晶闸管级数必须限制在4个以内。当晶闸管两端的电压超过+7500V，TVM将产生12s宽的BOD动作回报信号，送往VBE。在VBE中进行累加计算。最终结果通过系统总线送到主控机。保护触发动作时的信号时序如图4所示：
2）光发射器检测：
三个冗余的光发射器同时发出触发脉冲。同时在阶段1，三个光发射器交替发送一个附加的试验光脉冲。通过MSC直接返回到VBE，据此试验脉冲TC&M检查光发射器的状态。
阶段2：负电压检测：
在“触发控制信号”（FIRINGCONTROLSIGNALS）达到下降沿以后，阀将退出导通。当晶闸管关断并且反向电压低于150V时，TVM产生一个2s宽的回报信号送往VBE。这个信号的延时取决于串联连接晶闸管反向恢复电荷Qrr。为减少这一延时，TC&M仅在采集到少数负电压建立回报信号时，即向极控制发出“电流过零信号”（ENDOFCURRENTSIGNAL）。同时TC&M
启动阶段3。
阶段3：反向恢复期保护
VBE通过RPU控制板启动阀上的反向恢复期保护单元RPU。当晶闸管级的电压上升率超过100Ｖ／s，RPU触发对应阀段的全部晶闸管使其免受过高du/dt的损坏。这将引起另一阀段的电压上升率的增加，致使对应的RPU触发另一阀段。阶段３至少为1000s。这一阶段结束后，TC&M通过RPU控制闭锁RPU。
阶段４：关断状态
在这个阶段，TVM可能产生若干和检测无关的回报信号（取决于运行模式）。
3结束语
通过对阀的结构和元件功能，以及在预检模式和正常运行模式进行阐述，详细分析阀的触发、检测、关断等过程中控制和保护系统配合，同时也分析出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。
参考文献：
1、西门子文档资料。
2、西安整流器厂换流阀技术文献。