馬千里

（國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063）

0 引言

500 k V南橋換流站換流閥采用的是西門子公司的換流閥，在1989年投運(yùn)。2010年，南橋換流站換流閥中的晶閘管部分更換為株洲南車公司生產(chǎn)的晶閘管，額定電壓為6.5 k V，額定電流為1 200 A。換流閥中的TE板全部更換為許繼柔性輸電系統(tǒng)公司仿制的TE板，但基本原理沒有改動。南橋換流站閥控系統(tǒng)采用的是許繼柔性輸電系統(tǒng)公司生產(chǎn)的VBE200閥控系統(tǒng)，在2010年投運(yùn)。閥控分A、B系統(tǒng)，與極控的A、B系統(tǒng)一一對應(yīng)。閥控系統(tǒng)跟隨極控系統(tǒng)切換，閥控系統(tǒng)發(fā)出的跳閘命令發(fā)送到極控，極控視之為緊急故障，先切換控制系統(tǒng)，后發(fā)閉鎖直流命令。

1 葛南直流閥控制系統(tǒng)概述

閥基電子設(shè)備（VBE）是高壓直流輸電中控制系統(tǒng)的重要組成部分。它通過光纖把極控和閥內(nèi)的TE板連接起來。它不但對晶閘管進(jìn)行控制，而且還監(jiān)測晶閘管及其輔助部件的狀態(tài)。

VBE的晶閘管控制單元（TC）接收來自極控的觸發(fā)控制信號，而且向晶閘管電子設(shè)備（TE）傳送光控制信號，實(shí)現(xiàn)對晶閘管級的監(jiān)測，完成對晶閘管的觸發(fā)。

VBE的晶閘管監(jiān)測單元（TM）收集換流閥和晶閘管的狀態(tài)信息，并將這些信息處理后發(fā)送到極控，如果檢測出異常情況，還將產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警或跳閘信號。

葛南工程設(shè)計(jì)的VBE系統(tǒng)每極采用1個TM柜＋3個VBE控制機(jī)柜的配置方案，其中TM柜安裝于主控室、3個VBE控制柜對應(yīng)于每相的閥塔就近安裝于閥廳，能夠?qū)崿F(xiàn)一極12個換流閥的控制功能（TC）和換流閥狀態(tài)監(jiān)視功能（TM）、避雷器監(jiān)測與漏水監(jiān)測裝置功能，還具備與南橋、葛洲壩換流站現(xiàn)有控制保護(hù)系統(tǒng)完全兼容的接口。

VBE系統(tǒng)與控制保護(hù)的接口位于TM柜。TM柜內(nèi)安裝監(jiān)測控制裝置，實(shí)現(xiàn)匯總3個VBE控制機(jī)柜的換流閥監(jiān)測信息、通過110 V DC開入開出接口及光纖接口與控制保護(hù)系統(tǒng)實(shí)時交換信息、輸出報(bào)警和跳閘信號、提供就地詳細(xì)信息顯示、調(diào)試串口輸出等功能。

每個VBE柜安裝兩個VBE插件箱，一個避雷器監(jiān)測與漏水監(jiān)測裝置插件箱，一個VBE接口轉(zhuǎn)換裝置，每個VBE插件箱完成對兩個單閥的控制和監(jiān)視功能，每個單閥最多可以控制和監(jiān)視128個晶閘管單元，而本工程中每個單閥晶閘管數(shù)量為120個，所以能夠滿足本工程晶控制和監(jiān)視閘管數(shù)量的要求。避雷器監(jiān)測與漏水監(jiān)測裝置插件箱完成該相閥塔的避雷器監(jiān)測和漏水監(jiān)測功能，接口轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)將控制保護(hù)系統(tǒng)的觸發(fā)控制信號及觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換分解為該VBE控制柜所需的觸發(fā)控制信號及觸發(fā)脈沖，通過直連光纖向控制保護(hù)系統(tǒng)EOC信號等VBE工作狀態(tài)信息；完成與本屏與TM柜之間的控制轉(zhuǎn)換及通信信息收發(fā)。

2 葛南直流換流閥以及閥控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

南橋換流站原采用BBC控保系統(tǒng)，2005年其極控系統(tǒng)改為南瑞ABB技術(shù)產(chǎn)品，2010年其閥觸發(fā)與監(jiān)視系統(tǒng)、可控硅電子設(shè)備更新為許繼供貨的西門子技術(shù)（即原有系統(tǒng)）產(chǎn)品，因此其閥控層面改動不大，但是極控與閥控接口有所變化。但無論何種技術(shù)，閥控系統(tǒng)必然包括3個功能塊：閥基電子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)控制／回報(bào)脈沖的邏輯處理；閥監(jiān)控設(shè)備，用于處理報(bào)警信息，有時也參與限制性的控制；上下行信號接口設(shè)備。

閥控系統(tǒng)的首要任務(wù)是按極控指示觸發(fā)閥，同時處理回報(bào)信號并上傳TE。這種信號直接以光通道在極控和VBE單閥控制單元之間傳輸，不經(jīng)過任何中間環(huán)節(jié)。

根據(jù)許繼閥控系統(tǒng)的要求，極控還給閥控提供解鎖信息、主／備信息（ACTIVE）、交流電壓信息、觸發(fā)角信息、投旁通對信息（BPP），用于VBE的正常工作或屏蔽一些產(chǎn)生于TM的報(bào)警和跳閘。

閥控系統(tǒng)的所有跳閘和報(bào)警信號都由硬接點(diǎn)上傳至極控，而具體的報(bào)警信息可到TM查詢。VBE本身不產(chǎn)生直接給極控的報(bào)警和跳閘信號，其所有異常狀態(tài)均由HDLC通道傳給TM，再由TM根據(jù)策略開出至極控。

可控硅電子設(shè)備TE只與VBE通信，一個周期互發(fā)若干脈沖，以實(shí)現(xiàn)對閥的觸發(fā)和監(jiān)視，TE板有以下主要功能：在VBE指示下觸發(fā)晶閘管；電流斷續(xù)時可就地補(bǔ)脈沖；正向過壓保護(hù)（BOD）；DU／DT保護(hù)；回報(bào)晶閘管狀態(tài)。每塊可控硅均并聯(lián)有均壓回路，該均壓回路的作用是：提供TE板正常工作的能量；改善閥電壓分布，限制過沖、消耗多余能量。

2.1 葛南直流閥控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

葛南直流閥控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。閥控系統(tǒng)（含極控接口）主要是指閥基電子設(shè)備VBE、閥監(jiān)控設(shè)備TM、晶閘管電子設(shè)備TE，也可以涵蓋極控負(fù)責(zé)與閥控系統(tǒng)通信的部分。閥控系統(tǒng)是極控與換流閥本體的接口，不但接收極控指令觸發(fā)晶閘管，同時也承擔(dān)管理、監(jiān)測晶閘管的任務(wù)，因此閥控系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)具有靈敏性和可靠性。

2.2 葛南直流系統(tǒng)閥整體結(jié)構(gòu)

葛南直流工程采用的換流閥是瑞士原BBC和德國西門子公司制造的水冷、空氣絕緣換流閥，后晶閘管和TE板全部更換為國產(chǎn)，其余部件未變。換流閥為懸吊式四重閥結(jié)構(gòu)（見圖2），每個四重閥都連接于交流系統(tǒng)同一相上。

閥單元是單閥的基本電氣單元，每2個閥單元組成1個半層閥（見圖3），4個半層閥組1個單閥，1個單閥的晶閘管數(shù)量是120個，含4個冗余。

閥電氣元件如圖4所示。閥單元由晶閘管組件、閥電抗器、均壓電容、導(dǎo)線及水管相互連接組成，其中晶閘管組件由15個可控硅級組成，陽極電抗器由兩個非線性電抗器組成。

3 閥控系統(tǒng)電源整體結(jié)構(gòu)

閥控系統(tǒng)的電源整體結(jié)構(gòu)主要由TM200柜電源系統(tǒng)和VBE柜的電源系統(tǒng)組成，葛南直流系統(tǒng)中TM柜和VBE柜都是分別獨(dú)立供電，基本保證了閥控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3.1 VBE系統(tǒng)直流電源供電

兩路獨(dú)立的110 V直流電源進(jìn)線，經(jīng)過開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為24 V直流電源，主要提供給VBE插件箱、VBE接口裝置插件箱和VHA插件箱，分為插件箱工作電源和光發(fā)射電源。

3.2 TM系統(tǒng)直流電源供電

TM柜也是兩路獨(dú)立的110 V直流電源進(jìn)線，同樣經(jīng)過開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為24 V的直流電源，每套TM有兩塊電源板，通過該電源板給所有的TM內(nèi)部的板卡進(jìn)行供電。每塊電源板只有一路直流進(jìn)線，同一套系統(tǒng)的電源取自同一直流母線，但兩套TM的電源分別取自不同的直流母線。電源板前還配備有避雷器和濾波器，用來保護(hù)板卡。DIO板開出后，信號還需經(jīng)過重動繼電器，兩套系統(tǒng)的重動繼電器也分別配置了來自不同母線的電源。

圖1 南橋換流站閥控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

4 葛南直流閥控系統(tǒng)電源

由于葛南直流系統(tǒng)已經(jīng)有比較長的使用時間，并且經(jīng)過了多次的控制系統(tǒng)調(diào)試和設(shè)備更換，其閥控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性已經(jīng)比原來有很大提升，但是仍有不足之處。其中，TM柜和VBE柜中直流供電的可靠性和穩(wěn)定性達(dá)不到現(xiàn)代電網(wǎng)對于設(shè)備穩(wěn)定性可靠性的要求。

4.1 VBE系統(tǒng)直流電源

每個VBE機(jī)箱內(nèi)包括兩路獨(dú)立電源，分別對應(yīng)2個獨(dú)立系統(tǒng)，與直流電源進(jìn)線采用一一對應(yīng)的供電方式，即VBE系統(tǒng)1對應(yīng)第一路直流電源，VBE系統(tǒng)2對應(yīng)第二路直流電源。當(dāng)一路直流電源故障時，斷開該回路直流電源，該直流電源對應(yīng)的VBE系統(tǒng)故障，從而引起系統(tǒng)切換。此時VBE系統(tǒng)為單系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)失去冗余。

在VBE柜增加電源模塊和耦合模塊，改進(jìn)直流電源與VBE機(jī)箱內(nèi)電源的對應(yīng)關(guān)系，使每個VBE系統(tǒng)分別對應(yīng)2路直流電源，當(dāng)一路直流電源出現(xiàn)故障退出運(yùn)行時，VBE系統(tǒng)能夠依然保持冗余配置，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。VBE發(fā)光管電源回路如圖5所示。由圖5可知，系統(tǒng)為AB兩個系統(tǒng)供電，系統(tǒng)切換時，無冗余。

圖2 四重閥實(shí)物圖和接線圖

圖3 半層閥

圖4 閥電氣元件

圖5 VBE發(fā)光管電源回路

4.2 TM系統(tǒng)直流電源

每個TM機(jī)箱內(nèi)包括兩路獨(dú)立的電源，分別對應(yīng)2個獨(dú)立的系統(tǒng)，與直流電源進(jìn)線采用一一對應(yīng)的供電方式，即TM系統(tǒng)1對應(yīng)第一路直流電源，TM系統(tǒng)2對應(yīng)第二路直流電源。當(dāng)一路直流電源故障時，斷開該回路直流電源，該直流電源對應(yīng)的TM系統(tǒng)故障，從而引起系統(tǒng)切換。此時TM系統(tǒng)為單系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)失去冗余。

在TM柜增加電源模塊和耦合模塊，改進(jìn)直流電源與TM機(jī)箱內(nèi)電源的對應(yīng)關(guān)系，使每個TM系統(tǒng)分別對應(yīng)2路直流電源，當(dāng)一路直流電源出現(xiàn)故障退出運(yùn)行時，TM系統(tǒng)能夠依然保持冗余配置，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

TM柜電源回路如圖6所示。由圖6可知，TM系統(tǒng)在切換時，單系統(tǒng)運(yùn)行，失去冗余。

圖6 TM柜電源回路