CN103576049A - 一种换流阀故障电流分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压直流输电系统的故障电流分析方法，具体涉及一种换流阀故障电流分析方法。该方法包括下述步骤：（1）搭建换流阀故障电流仿真电路：采用受控开关来模拟换流阀短路；（2）确定通过健全阀的冲击电流在每一个晶闸管上产生的损耗；（3）确定晶闸管相对于冷却水的温升以保证晶闸管安全稳定运行。本发明提供的方法利用换流阀工作电路仿真模型则可以直观地得出故障电流的波形，并且可以方便地计算出晶闸管的温升，为换流阀的设计和运行提供依据。

Description

一种换流阀故障电流分析方法

技术领域

本发明涉及高压直流输电系统的故障电流分析方法，具体涉及一种换流阀故障电流分析方法。

背景技术

换流阀是高压直流输电系统的核心设备，其运行性能直接决定了直流系统的运行性能，通常换流阀导通时，通过阀的电流等于系统额定电流，但是，当桥臂发生短路故障时，会有非常大的冲击电流通过健全阀，对换流阀造成非常严重的热冲击，因此，换流阀故障电流分析对于换流阀的设计具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种换流阀故障电流分析方法，该方法利用换流阀工作电路仿真模型则可以直观地得出故障电流的波形，并且可以方便地计算出晶闸管的温升，为换流阀的设计和运行提供依据。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种换流阀故障电流分析方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

（1）搭建换流阀故障电流仿真电路：采用受控开关来模拟换流阀短路；

（2）确定通过健全阀的冲击电流在每一个晶闸管上产生的损耗；

（3）确定晶闸管相对于冷却水的温升以保证晶闸管安全稳定运行。

优选的，所述步骤（1）中，故障电流仿真电路包括换流变压器、三相整流桥和受控开关；所述换流变压器与三相整流桥连接；每相均由串联的上下两桥臂组成；每个桥臂均由晶闸管实现；所述受控开关与其中一相的上桥臂并联，用于模拟换流阀在任意时刻发生短路。

较优选的，所述换流变压器连接在三相整流桥上下两桥臂之间。

优选的，所述步骤（2）中，用积分的方法确定通过健全阀的冲击电流在每一个晶闸管上产生的损耗，其表达式如下：

$P=50{\∫}_0^T(V_{T0}+r_{T}i)\mathrm{idt}---(1-1);$

其中：V_T0：晶闸管通态门槛电压，r_T：晶闸管通态斜率电阻，i：故障电流瞬时值，T：工频周期，为0.02s。

优选的，所述步骤（3）中，根据晶闸管损耗P和水路流量设计得到的晶闸管到冷却水的瞬时热阻R_thy-tran确定晶闸管相对于冷却水的温升ΔT，其表达式如下：

ΔT＝P×R_thy-tran   （1-2）。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、本发明采用受控开关来模拟换流阀短路，可以模拟换流阀在任意时刻发生短路，直观地得出故障电流波形。

2、本发明用积分的方法计算通过健全阀的冲击电流在每一个晶闸管上产生的损耗，结果精确。

3、本发明根据晶闸管损耗P和晶闸管到冷却水的瞬时热阻R_thy-tran得出晶闸管相对于冷却水的温升ΔT，可以准确地得出每一时刻晶闸管的精确结温。

附图说明

图1是本发明提供的换流阀故障电流分析方法的流程图；

图2是本发明提供的换流阀故障电流仿真电路图；

图3是本发明提供的某一直流工程换流阀故障电流仿真波形图；

图4是本发明提供的某一直流工程换流阀晶闸管结温仿真波形图；

图5是本发明提供的某一直流工程换流阀晶闸管正向电压、正向耐压能力以及反向耐压能力的仿真波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供一种换流阀故障电流分析方法，其流程图如图1所示，包括下述步骤：

（1）搭建换流阀故障电流仿真电路：采用受控开关来模拟换流阀短路：故障电流仿真电路包括换流变压器、三相整流桥和受控开关；换流变压器连接在三相整流桥上下两桥臂之间；每相均由串联的上下两桥臂组成；每个桥臂均由晶闸管实现；所述受控开关与其中一相的上桥臂并联，用于模拟换流阀在任意时刻发生短路。本发明提供的换流阀故障电流仿真电路图如图2所示。

（2）用积分的方法确定通过健全阀的冲击电流在每一个晶闸管上产生的损耗，其表达式如下：

$P=50{\∫}_0^T(V_{T0}+r_{T}i)\mathrm{idt}---(1-1);$

其中：V_T0：晶闸管通态门槛电压，r_T：晶闸管通态斜率电阻，i：故障电流瞬时值，T：工频周期，为0.02s。

（3）确定晶闸管相对于冷却水的温升：

晶闸管运行温度超过一定值后，将会失去正、反向阻断能力。根据晶闸管损耗P和水路流量设计得到的晶闸管到冷却水的瞬时热阻R_thy-tran确定晶闸管相对于冷却水的温升ΔT，其表达式如下：

ΔT＝P×R_thy-tran   （1-2）。

实施例

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

以±800kV工程为例，当单阀短路电流峰值达42kA时，由式（1-1），用积分的方法确定通过健全阀的冲击电流在每一个晶闸管上产生的瞬时损耗为14.49kW，晶闸管到冷却水的瞬时热阻R_thy-tran设计值为6.76℃/kW，温升由式（1-2）计算可得为98℃，换流阀入水口温度为50℃时，晶闸管的结温最高可达148℃。此时，晶闸管的电压未超过其正、反向耐受电压的范围。换流阀故障电流、晶闸管结温以及晶闸管正向电压、正向耐压能力以及反向耐压能力的仿真波形图分别如图3-5所示。

利用本发明提供的故障电流分析方法，可以模拟换流阀在任意时刻发生短路，直观地得出故障电流波形，并用积分的方法计算通过健全阀的冲击电流在每一个晶闸管上产生的损耗，结果精确。根据晶闸管损耗P和晶闸管到冷却水的瞬时热阻R_thy-tran得出晶闸管相对于冷却水的温升ΔT，准确地得出每一时刻晶闸管的精确结温，确保晶闸管的温度不会超过规定值，并使晶闸管安全稳定的工作。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种换流阀故障电流分析方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

（1）搭建换流阀故障电流仿真电路：采用受控开关来模拟换流阀短路；

（2）确定通过健全阀的冲击电流在每一个晶闸管上产生的损耗；

（3）确定晶闸管相对于冷却水的温升以保证晶闸管安全稳定运行。

2.如权利要求1所述的故障电流分析方法，其特征在于，所述步骤（1）中，故障电流仿真电路包括换流变压器、三相整流桥和受控开关；所述换流变压器与三相整流桥连接；每相均由串联的上下两桥臂组成；每个桥臂均由晶闸管实现；所述受控开关与其中一相的上桥臂并联，用于模拟换流阀在任意时刻发生短路。

3.如权利要求2所述的故障电流分析方法，其特征在于，所述换流变压器连接在三相整流桥上下两桥臂之间。

4.如权利要求1所述的故障电流分析方法，其特征在于，所述步骤（2）中，用积分的方法确定通过健全阀的冲击电流在每一个晶闸管上产生的损耗，其表达式如下：

$P=50{\∫}_0^T(V_{T0}+r_{T}i)\mathrm{idt}---(1-1);$

其中：V_T0：晶闸管通态门槛电压，r_T：晶闸管通态斜率电阻，i：故障电流瞬时值，T：工频周期，为0.02s。

5.如权利要求1所述的故障电流分析方法，其特征在于，所述步骤（3）中，根据晶闸管损耗P和水路流量设计得到的晶闸管到冷却水的瞬时热阻R_thy-tran确定晶闸管相对于冷却水的温升ΔT，其表达式如下：

ΔT＝P×R_thy-tran   （1-2）。

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