1引言
　　目前世界上已投运的高压直流输电工程中电压±500kV级的居多，每个±500kV级的工程通常需要数千个大功率晶闸管(例如三峡——常 州HVDCT工程就有4176个3000A/7.2kV大功率晶闸管)。每一个晶闸管单元（包括晶闸管、阻尼均压电路及晶闸管控制单元）的任何改进，都意味着可观的成本降低和可靠性的明显提高。因此，世界上各 大HVDCT设备供货商都十分重视晶闸管单元的优化工作。
　　20多年来，试图以光触发晶闸管LTT（LightTriggerThyristor）替代电触发晶闸管ETT(ElectricTriggerThyristor)的努力一直在继续。上世纪90年代后期，西门子公司首先将具有正向过电压保护功能的器件——BOD(BreakoverDiode)成功地集成到大功率 的LTT上，从而决定性地扫除了LTT用于HVDCT的巨大障碍。目前，采用LTT的HVDCT用换流阀已投入商业运行。
2直流输电换流阀
　　HVDCT是一个庞大、复杂且前沿的输变电系统。作为其核心设备的换流阀主要包括换流阀和阀基电子设备。
晶闸管换流阀主要由晶闸管单元、阳极饱和电抗器串联而成。不同晶闸管单元电位互不相同。常规晶闸管单元包括：晶闸管本身、RC阻尼电路、静态均压电阻及晶闸管控制单 元TCU（ThyristorControlUnit）或晶闸管电子设备TE(ThyristorElectronics)。其中TCU(或TE)是一块复杂的印制电子线路板，其功能主要有 ：
　　1）自取能从对应晶闸管工作电压中获取能量，支持自身电子线路工作。
　　2）触发晶闸管。
　　3）正向过电压保护功能晶闸管在工作过程中由于某种原因没有被正常触发，从而要承受正向过电压，在过电压升高达到晶闸管转折电压之前正向过电压保护器件（或电路）动作，强迫触发晶闸管，达到保护晶闸管的目的 。HVDCT工程中采用的正向过电压保护器件（或电路）主要有3种，例如：葛洲坝——上海HVDCT用BOD；天生桥——广州HVDCT用BTC（BackupTriggerCircuit）；三峡——常 州HVDCT用PF(ProtectionFiring)。
　　4）恢复期保护功能RP(RecoveryProtection)晶闸管在关断反向恢复期间，由于阻断特性尚未完全恢复，过高的dv/dt扰动会损坏晶闸管。该保护功能 在dv/dt扰动超过一定数值时保护晶闸管。
　　5）晶闸管工作状态检测。
　　6）光——电、电——光转换TCU(或TE)受控于处于地电位的阀基电子设备VBE(ValveBaseElectronics)，并将晶闸管的工作状态报 告VBE。由于电位隔离及抗电磁干扰的需要，二者之间的信号传输需要通过光缆实现。
　　由于光缆良好的信号传输性能及电隔离、抗电磁干扰性能，以及发光管、光敏管及光电转换技术的发展，使这一技术广泛应用于高电压系统及测量领域。HVDCT利用了这些优良特性，实现 了TCU（或TE）与VBE之间的控制、检测、保护等信息的传递，从而彻底取代了复杂庞大的电磁触发方式。LTT的应用则更大限度地利用了这些优良性能。
3光触发晶闸管LTT
　　对光触发晶闸管LTT的成功研制已有20多年的历史，其机理十分明了。即用光直接照射晶闸管芯片来触发晶闸管。然而，欲 将LTT用于中、高压领域，如HVDCT，静止无功补偿SVC(StaticVarCompensation)等系统，则需要解决如下两个技术难题。
　　1）LTT需很高的光灵敏度，以适应远距离控制和长寿命发光管的实际要求。
　　LTT要求光灵敏度必须很高，也就是说LTT的光敏区必须很小，否则其抗dv/dt能力将降到每微秒数千伏，使得LTT在反向恢复期的抗电压扰动能力降低。然而，很小的光敏区同时也带来了晶闸管开通时的电流冲击问题。这一问题主要依靠了多级（五级）放大和级间增加侧面限流电阻的工艺方法得到解决 。
　　很小光敏区的优点是，光触发的能量可以较小（40mW，而ETT需要数瓦的大功率门极触发脉冲）。这样，延长了发光管的使用寿命（达40年以上）。同时使得光缆的传输距离达100m以上。由此可将阀基电子设 备VBE从容地置于远离阀厅的控制室中。
　　2）将正向过电压保护器件（BOD）集成到晶闸管本身，从而从根本上简化了晶闸管控制单元TCU（或TE）。
　　因为HVDCT和SVC等高压换流设备中，每个换流阀是由很多晶闸管（通常为数十个）串联组成的，在换流阀的运行过程中，经常发生的陡坡冲击、局部不均压或开通分散性等都会引起部分晶闸管的正向过电压，从而损坏晶闸管。所以，正向过电压保护功能必不可少。常规 的ETT则是通过将一个分立的BOD器件并接在晶闸管的阳极和门极之间来实现正向过电压保护功能的，这使得保护电路不仅增加了连接点与安装空间，增加了成本，而且降低了可靠性。 而LTT需将BOD功能集成于晶闸管本体中，以减少晶闸管的外围电路，并大大提高可靠性，这是一个难题。而由西门子公司开发的一种新的晶闸管结构和生产工艺，解决了这个问题。其方法是，在硅片中心的P基上刻蚀出特殊的刻槽。采用特殊的设计，使参数不受生产工艺的影响而变化。刻槽导致局部电场集中， 使BOD转折电压低于晶闸管转折电压（功能要求）。刻槽的相对大小可准确控制BOD转折电压值。LTT的五级放大及集成限流电阻结构，保证了它可靠地正常触发和保护触发。同时， 在BOD表面附近区域增加的P形保护层，保证了BOD电压的长期稳定性。另外，测试显示，在20～150℃的整个温度范围内，BOD功能均能正常实现（BOD电压温度系数与转折电压温度系数趋势保持一致） 。
4LTT换流阀
　　20世纪90年代后半期，西门子在上述LTT的技术问题上取得了重大突破，并将LTT用于HVDCT商业线路中。分析西门子用于HVDCT的阻断电压8kV，硅片d=127mm(5inch)的ETT和LTT的技术指标，两种晶闸管的性能参数基本相当。都能满 足HVDCT对晶闸管的要求。另外，两者在外型尺寸上也基本相同。所以，可以将已运行的ETT阀方便地更新成LTT阀。
　　LTT换流阀与ETT换流阀在功能、原理和形式等方面没有差别。只是前者的TCU(或TE)单元被大幅度简化了，仅在每个晶闸管组件上增加了一个光耦合器 。
　　由于光触发信号直接送到了带有BOD功能的LTT上，所以LTT安装比ETT简单 ，LTT没有晶闸管门极触点，没有BOD到门极连接线等，TCU（或TE）只剩下相对次重要的部分晶闸管状态回报功能（已不必再检测BOD状态）和恢复期dv/dt保护功能。其电子电路只要通过静态均压电阻检测晶闸管状态，并将信号通过光缆传送到阀基电子设备。没有复杂的电子控制逻辑电路，其线路将十分简单，更重要的是提高了可靠性 。
　　相对于传统的晶闸管换流阀，LTT换流阀每个组件（24～30个晶闸管单元）增加了一个光耦合器。它其实是一个光学分配器，并无电子器件。该耦合器将来 自VBE的控制触发信号直接分配给每个晶闸管。这样明显减少了由换流阀组件到VBE的长距离高压光缆数（通常每根光缆长60m左右）。节省了昂贵的光缆费用（用于HVDCT的高压光缆较一般通讯光缆贵数十倍）。 
　　从以上分析可以看出，LTT换流阀较ETT换流阀具有明显的技术优势。它可以最大限度地减少强电磁场中的电子器件，大大增强了换流阀的运行可靠性，延长了换流阀的检修周期，同时也降低了设备的运行成本。 
5结语 
　　商用的高压直流输电已有60年的发展历史，今天广泛使用的晶闸管换流阀也已有30多年的运行实践。世界上各 大HVDCT制造商在发展过程中都积累了丰富的经验，并形成了各自的风格。比如，在HVDCT换流阀结构方面，ABB公司采用小组件（6个晶闸管单元），串联水路，多电阻、多电容的一次阻尼及取能电路，无高电压器件的晶闸管控制单 元TCU，没有组件冲击电容等。而西门子公司则采用大组件（24～30晶闸管单元），并联水路，简单的一次RC阻尼电路，包含直流静态均压及正向过电压保护（BOD或BTC）的晶闸管电子设备单元TE等。各个厂家技术更新都建立在自身已有的产品结构模式上，尤其是已建立的复杂而自成体系的控制系统上 。LTT与各自已有结构的相容性和可替换性等原因，都形成了各自对LTT优越性的不同理解。HVDCT是一个系统工程，所以需要综合考虑各方面的影响因素来分析LTT的应用前景。 
　　中国电力电子器件的发展现状较国际先进水平仍存在较大的差距。目前国家已依托三峡——常 州HVDCT工程从ABB公司引进了阻断电压8kV、硅片d=127mm(5inch)的电触发晶闸管的生产技术与部分生产设备。因此，国产化换流阀的研制既要考虑电触发晶闸管模式，也要抓住机遇，利用与西门子公司进行“引进技术合作生产”的有利条件，研制国产化 的LTT换流阀。

参考文献 
[1]H.J.Schulze,M.Ruff,B.Baur,F.Pfirsch,H.Kabza,U.kllner,P.Voss.LightTriggered8kVThyristorwithaNewTypeofIntegratedBreakoverDiode[C].POWERCONVERSION.MAY1996PROCEEDINGS 
[2]NilsHorle.Descriptionofproposedthyristorvalve[R].ABBTechnicalReport,1JNL100022－350REV.03