高岭背靠背工程换流阀电气设计

    2.2.3 阻尼均压回路

    换流阀均压回路包括并联在晶闸管上的RC阻尼回路和DC均压电阻以及与晶闸管组件串联的饱和电抗器。均压回路的作用一方面是保护晶闸管免受暂态过电压的损坏，另一方面使阀承受的各种电压在阀内均匀分布。另外水路的直流电阻也具有直流均压的功能。系统工频和操作冲击过电压时的电压分布不均匀主要由两方面原因引起，即阻尼回路元件（电阻、电容）的公差和晶闸管反向恢复电荷的差异。因此，阻尼回路设计的误差范围要低于允许的极限值。稳态运行时，晶闸管的重复电压包括换相过冲要低于允许的重复电压。快速暂态电压如雷电和陡前波，部分电压将被串联的饱和电抗器吸收了。均压电路能使频率从DC到MHz的不同频率的电压均匀分布。

    1)RC阻尼回路。RC阻尼回路的设计功能为：①使每个晶闸管两端的电压均匀分配；②为TCU耦合提供工作电压；③减少阀关断、电流熄灭、换相过冲；④阻止阀端出现的异常过电压。

    电容器的选取原则是：必须能连续耐受包括换相过冲在内低于避雷器动作值的电压蜂值。阀的换相过冲同时应该考虑6脉动阀组其他阀关断时的影响。而电容值则应充免满足对换相过冲的吸收阻尼作用。

    通过给定阻尼电容C₁的值，即C₁=1.5μF，则按式(2)计算阻尼电阻R₁为

    式(2)、(3)中：n₁为单阀的晶闸管数，48只；L_dx为计算的每相换相的电感；d_IN为电感压降，0.082；I_dN为额定直流电流，3000A；U_dxN为额定直流电压，1428kV；R₁=37.64Ω，实际R₁选择为40Ω。

    高岭背靠背直流工程设计的阻尼回路参数如下：R_DC(R₁)为40Ω；C_RC(C₁)为1.5μF。

    2)DC均压电阻。DC均压电阻的设计功能为：①为TCU提供取样和保护的门槛电压值；②使晶闸管两端的低额电压分量均匀分配。

    该电阻的选择原则很简单，电压耐受能力和晶闸管一致，而电流必须限定在TCU探测电路能承受的范围内，R_DC为

    式(4)中：U_DSM为晶闸管承受电压的能力；R_DC为直流分压电阻。高岭背靠背直流工程设计采用72kΩ的直流均压电阻。

    2.2.4 晶闸管控制单元

    TCU的主要功能是触发和检测晶闸管以及正向保护性触发和反向恢复期的保护性触发。TCU的工作电源从晶闸管两端的电压耦合取得，该能量能充分保证在各种工况和冲击电压下安全可靠地触发晶闸管。

    TCU的所有控制和保护功能均由电子线路来实现，在TCU板中无高压器件。

    每个晶闸管的触发脉冲和回报脉冲用2根光缆从TCU和处于低电位的控制保护装置传递。其中，1根为触发光缆，1根为回报光缆。

    阀的触发系统在120°的触发区域内调制为专用的短脉冲系统。短脉冲的宽度能够确保阀的触发和补脉冲触发。短脉冲触发系统可降低发光系统的功率损耗，延长发光管的寿命。在中控室的晶闸管检测系统THM，根据TCU送来的回报信号检测每个晶闸管的状态。当晶闸管级故障时，THM可立即查出故障的性质、位置。TCU同时完成晶闸管的正向保护动作，当晶闸管两端的电压超过预先在TCU中的设置值时，TCU发出紧急触发信号，紧急触发晶闸管，从而保护了晶闸管。整阀的保护触发电压值远远高于跨阀避雷器的保护水平。正向保护触发设置原则是：逆变运行时，交流侧故障恢复，阀不至于由于保护触发动作而引起提前触发，从而引起换相失败。

    换流阀正向保护触发值的设置：对于每一级晶闸管正向保护触发电压设置为6800V，由TCU板实现；对于极端故障情况下（例如接地故障）引起换流阀承受过高的电压变化(dU/dt)，晶闸管控制单元(TCU)将触发晶闸管，以保护晶闸管。晶闸管保护触发电压曲线图见图4。

    图4 晶闸管保护触发电压曲线