高压直流阀冷系统保护功能研究与关键定值分析
摘要：为了防止变流器阀因可控硅PN结的高温而损坏，采用了入口阀温度保护装置。然后，基于可控硅换流阀的泄漏原理，推导出了可控硅换流阀结温度的计算公式，并据此推导出了相应的换流阀结温度计算公式。在此基础上，对气门冷却系统进口阀的温度保护调整进行了研究。利用修正的晶闸管结温度计算公式，求出晶闸管最大容许结温，由此可得到阀门入口温度保护的定值。以鲁西换流站进水阀定值调节为例，计算结果表明该方案是可行的。该方案在鲁西站和金关站的实际使用中取得了良好的效果，对今后新建直流输电线路的阀冷系统保护设计和整定调整具有一定的指导意义。 关键词：高压直流输电；换流阀冷却系统；结温计算；进阀温度保护；定值整定
1换流阀冷却系统进阀温度保护原理蜘蛛网结构
1.1换流阀冷却系统结构
阀门冷却系统包括三个系统：内部冷却系统、外部冷却系统和控制系统。内部制冷系统使用循环水将转换阀产生的热量发送到外部制冷系统进行冷却。外部冷却系统主要包括喷淋冷却
、软化水净化和补水。该系统的主要功能是监测和控制系统内部和外部冷却系统的运行状况，并准确监测系统的流量、压力、温度和液位。
1.2阀冷系统进阀温度保护原理
可控硅的PN结点温度取决于可控硅的结点温度、冷却水入口温度、换流阀损耗等因素。控制系统的PN结温度与冷却水进口温度有很大关系。若输入温度过高，可控硅的结点温度会超出其最大容许温度，造成可控硅的过热及燃烧。为了实现对阀体入口阀门温度的控制，采用了三个冗余的传感器。三个进气口温度传感器都是正常的，应遵循“三取二”的原则；如果传感器故障，逻辑上为“二选二”；若有两个感应器失灵，则在阀内温度太高时，按下“逐个”的逻辑输出，将直流电流切断。如果三个进气阀的温度感应器全部失效，则可以直接锁定。
2换流阀结温计算公式推导及修正
2.1换流阀损耗计算原理
在正常运行期间，换流阀的功耗将产生更多的热量，这将增加可控硅PN结的温度。可控硅
整流器的结温主要受总功耗和散热的影响。接头温度过高会导致SCR阀误开或热损坏，因此SCR的接头温度不得高于其最大允许接头温度。晶闸管的损耗分为两个方面：导通损耗和动态损耗。
（一是
式中：
——晶闸管通态损耗，kW；
——晶闸管动态损耗，kW。
通状态损失取决于可控硅的参数和工作参数。
（二是
式中：
——直流电流，kA；
——可控硅的平均通态电压下降（简称为阈值）,V；
——在可控硅的平均通态电压下，斜率电阻（简称为斜率电阻）,mΩ；
——换相角，rad。
在实际应用中，由于12脉宽相位转换器的阀倒角计算比较繁琐，而触发角度的改变对其影响较小，故将其简化为：
（三是
读日志动态损失与晶闸管的通断时间、开关频率、晶闸管技术参数、工作状态等因素密切相关。
2.2晶闸管阀结温计算
可控硅阀门的温度可分为两种，一种是稳态温度，另一种是瞬态温度。
一是稳态温度的计算；在稳态下，可控硅阀门通过诸如硅片、合金片、钼片、铜片等的通路进入晶闸管的壳体，通过晶闸管的外部散热器将热传输到冷却水中。稳态热阻值是由换热器在单位时间内所产生的温度差异所决定的。
（4）
式中：
c型变压器——晶闸管结温；
立式小便器——阀内冷水进阀温度；
——通过可控硅连接至散热器壳体和散热壳体至冷却水的总热阻。
转换公式（4)，得出公式（5）是：
（5）
由式（2）式（3）、式（5）得出可控硅晶体的稳态温度的计算公式如下：
（6）
一次性咖啡杯该公式可用于额定工况和2h过载条件下的晶闸管晶体温度。
二是计算瞬态温度。在3s过载工况下，由于可控硅整流器、合金化、钼片和铜衬底的结构层不同，其热阻和热容也不同，并随时间变化。因此，除了2小时后过载外，瞬态结温度也会升高。瞬态热阻Z TH表示为：
（7）
式中：
镜面银油墨——各阶环节等效热阻和热容；
——各个阶段的热时常量；n是模型的阶；
通过计算各阶段的热阻和热容，得到了壳体在任意时间节点的等效热阻。
由于晶闸管变流器阀在阀门连续运行期间的任何时间都会过载3s，因此应将连续运行的稳定结温作为参考负载。因此，晶闸管阀的瞬态结温度为：
（8）
式中：
——晶闸管3 s过负荷损耗；
——晶闸管2 h过负荷损耗。
三是对可控硅阀门的温度计算方法进行了归纳。通过对各个厂家的结温度计算和理论推导，得出了任意工况下SCR结温度的公式（9）。
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