范琪，胡偉，張宏，康文

(國網湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410004)

鵝城換流站雙極12脈動換流閥為ABB公司生產懸吊式雙重閥塔結構，閥塔主要由閥模塊、屏蔽罩、懸吊支撐結構、閥避雷器等部件組裝而成。換流閥控制系統(tǒng) (簡稱閥控系統(tǒng))在直流輸電中的主要功能是觸發(fā)、監(jiān)視和保護換流閥，其性能直接關系到換流閥及整個系統(tǒng)的安全可靠運行。

1 閥控系統(tǒng)的結構及功能

1.1 閥塔系統(tǒng)結構

每極閥廳內懸吊6個雙重閥塔。每個雙重閥塔有8層，由2個單閥組成，每個單閥共計4層，共14個可控硅組件，每個可控硅組件有6個可控硅?？梢杂嬎愠雒繕O可控硅1 008個，2極共計2 016個可控硅。

每個可控硅組件由6個可控硅和與之串、并聯(lián)的均壓電阻、均壓電容，及可控硅控制單元(TCU)組成。

1.2 閥控制系統(tǒng)構成

閥控系統(tǒng)包括晶閘管控制單元 (Thyristor Control Unit，TCU)、閥控單元 (Valve Control Unit，VCU)以晶閘管監(jiān)視單元 (Thyristor Monitor，THM)3部分。主機PCP的A，B系統(tǒng)THM分別與VCU的A，B系統(tǒng)PS900A板卡通訊，2個系統(tǒng)數(shù)據(jù)再通過VCU的PS906板卡與TCU通訊，如圖1。

圖1 閥控系統(tǒng)通訊示意圖

可見A，B系統(tǒng)各路模擬量測量信號獨立配置。只有PS906板卡不是冗余設計，如果此板卡發(fā)生故障，可能導致2個系統(tǒng)都無法檢測到可控硅回報脈沖IP，應對其可靠性開展進一步研究工作，以提高PS906板卡運行的穩(wěn)定性。

系統(tǒng)主機PCP與低電位控制器VCU和高電位可控硅電子設備之間傳輸信號，通訊路徑主要有:

1)PCP至VCU及TCU回路，向晶閘管級發(fā)送觸發(fā)脈沖，接收晶閘管級回報信號。

主機PCP的PS877板卡與VCU的PS900A之間直接通訊通過光通道直接傳送信號。在PCP PCIA和VCU的PS900A板卡之間傳送CP，F(xiàn)P信號，經由THM機架PS871，PS877板通訊。其中，PCP+2.H5和+2.H24機架各有2塊PS877板卡，每塊PS877板卡前3個光通道發(fā)送CP信號，后3個光通道接收FP信號，分別與VCU A，B，C三相的PS900A通訊。

2)在PCP和VCU之間傳送Active信號。在PCP PCIF和VCU的PS900A板卡之間傳送Active信號，經由THM機架PS871，PS877板通訊，其中，PCP+2.H29機架有3塊PS877，分別對應VCU A，B，C三相的PS900A。

3)通過THM CAN總線傳送信號。主機PCP與VCU間通訊由PS831板卡 (CAN/HDLC總線光橋)實現(xiàn)。THM CAN總線通訊路徑對極系統(tǒng)PCP的PCIF板處理相關信息，通過THM機架3塊PS831板，分相送至對應極的 VCA，VCB，VCC柜，并由相應系統(tǒng)的PS831板卡接收，然后送至PS900A板卡 (Y橋和D橋)進行綜合分析處理。反之，PS900A板也將相關信息通過此CAN總線反饋至PCP的PCIF。

1.3 閥控系統(tǒng)功能

1.3.1 觸發(fā)功能

實時接收直流極控PCP系統(tǒng)下發(fā)的觸發(fā)命令CP(Control pulse)至VCU單元，同時TCU會檢測到晶閘管承受正向電壓發(fā)送IP(Indication pulse)至VCU單元，VCU單元接收到IP和CP信號，在PS900A板卡內進行處理，產生FP(Firing Pulse)觸發(fā)信號通過VCU單元的PS906板卡發(fā)送至所有晶閘管的TCU單元，完成對晶閘管的觸發(fā)。

1.3.2 監(jiān)視功能

閥控系統(tǒng)檢測晶閘管的運行狀態(tài)并進行自檢，并將檢測信息上報給直流極控系統(tǒng);若換流閥出現(xiàn)異常，將采取相應的報警、通道切換、跳閘等處理措施。

監(jiān)視功能是在每個閥的VCU的中央處理單元PS900A板中實現(xiàn)，檢測可控硅故障是檢測可控硅回報脈沖IP是否丟失，判斷可控硅是否正常，當可控硅在承受大約30V的正向電壓時TCU就會給VCU發(fā)一個回報信號IP，表示此可控硅正常，若VCU沒有收到回報信號則表明此可控硅已損壞，不能承受正向電壓，并在VCU中計算丟失的IP。THM會收集來自各VCU的報警信號，并將事件送到OWS告訴運行人員。

若可控硅兩端電壓持續(xù)上升到約6.8 kV，而可控硅還沒有導通，則TCU會發(fā)出保護性觸發(fā)Protection firing(PF)，用于緊急導通該可控硅，防止該可控硅被高電壓擊穿損壞。同時會發(fā)出報警信號給VCU，在得到PCP系統(tǒng)“Energized”信號后，發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)，給出可控硅監(jiān)視保護性觸發(fā)報警。

在VCU中檢測到逆變站單閥14個組件，84個可控硅中，其可控硅的檢測動作判據(jù)邏輯如下:

當每個閥有3個可控硅故障 (每個閥丟失3個IP)，發(fā)可控硅監(jiān)視故障告警;當每個閥有4個可控硅故障，切換系統(tǒng)，同時發(fā)可控硅監(jiān)視故障告警;當每個閥有6個可控硅故障，切換系統(tǒng)，發(fā)閉鎖指令。

另外，若PF故障個數(shù)在1至5個之間，則發(fā)出等級1報警;PF故障個數(shù)達到6個及以上時，發(fā)出跳閘信號，發(fā)閉鎖單極指令。

1.3.3 保護功能

直流控制保護系統(tǒng)采用ABB公司MACH2系統(tǒng)，用于直流場、交流場、交流濾波器場、站用電系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)控制和保護。保護控制的測量及數(shù)字量傳送主要是通過CAN和TDM總線完成。MC1主機具有換流閥控制和保護功能，MC2主機只具有保護功能。即MC1主機或MC2主機中的保護動作后，進行PCP系統(tǒng)切換，若另一個系統(tǒng)的MC1主機或MC2主機中的保護動作，則動作出口。

閥控保護主要有:

1)閥短路保護。比較換流變閥側電流與直流側電流的差值，為了確?？煽毓杳馐軗Q流變直流側短路電流的沖擊，不進行系統(tǒng)切換迅速閉鎖直流，以達到保護可控硅的目的。

2)換相失敗保護。六脈沖換流閥橋內換相失敗的特征是交流相電流大幅度減小，而直流側電流增加。換相失敗是表明其他故障，如換相控制脈沖故障或交流網故障。引起換相失敗的原因通常有交流電壓幅值減小;交流電壓發(fā)生相移;直流電流增加;換流閥觸發(fā)不正常。

3)直流過流保護。過流保護應稱為“直流過流和可控硅結溫過高保護”，該保護中采集量有ALPHA，GAMMA主要用于計算可控硅功率損耗，其可控硅結溫大于功率下調可控硅結溫定值，則功率下調。

4)高角監(jiān)視。由于急需增大觸發(fā)角和熄弧角，增大角度運行又會在主回路設備上產生應力，應力可由高角監(jiān)視功能計算出來。高角監(jiān)視(HAS)計算HVDC系統(tǒng)的限定值。它包括由閥阻尼回路、閥間避雷器和閥電抗器組成的理論模型。如果在很短的時間內吸收的能量非常大，則啟動保護。如果可控硅閥上的應力進一步增大，高角監(jiān)視(HAS)將在一定的時間之后跳開直流極。

5)閥直流差動保護。閥直流差動保護測量閥出口極母線電流IDP和中性母線電流IDNC，很容易檢測到這2個CT之間的接地故障。此保護應和直流極差動保護和后備閥直流差動保護配合。

6)閥誤觸發(fā)保護。此保護FP和CP的比較是在PCIA內FPGA芯片中實現(xiàn)，送到Main_cpu中處理的是每個閥的FF和NF信號，任何一個閥發(fā)生無觸發(fā)或誤觸發(fā)，延時80 ms切換系統(tǒng)，延時100 ms閉鎖直流系統(tǒng)。

7)電壓應力保護。電壓應力保護利用交流換流器母線電壓、分接頭位置和頻率，計算出理想空載直流電壓進行保護將動作。

2 閥控系統(tǒng)故障報警分析處理

2.1 故障報警事件

鵝城換流站P2PCPB系統(tǒng)從2011年至2012年7月，共發(fā) P2B1 System Superbision Valve Misfire Detected code1024或4194304報警7次，每次報警均在發(fā)出后24 ms內復歸，故障信號瞬時發(fā)生，故無法使用筆記本電腦接入THM檢查故障信息，只能通過報警事件分析故障點。

2.2 故障報警原因排查

通過事件報警列表分析，報警全部為P2PCPB系統(tǒng)發(fā)出，P2PCPA系統(tǒng)運行正常，由此排除一次設備故障，確定故障點為P2PCPB控制保護系統(tǒng)。

分析“Valve nofire Detected code 4194304”和“Valve misfire Detected code 1024”報警。閥在控制脈沖CP間隔內，收到PS900A板卡產生的點火脈沖FP，報“Valve nofire Detected code 4194304”報警 (高12位)。閥在控制脈沖CP間隔外，誤收到PS900A板卡點火脈沖FP而被誤觸發(fā)，報“Valve misfire Detected code 1024”報警 (低12位)。將nofire code 4194304轉化為二進制為0100 0000 0000 0000 0000 0000，代碼的第11位是“1”，對應單閥為P2.VC.V2。將misfire code 1024轉化為二進制為0100 0000 0000，第11位是“1”，對應單閥為P2.VC.V2。即2個報警故障代碼指向同一單閥P2.VC.V2，故分析單閥P2.VC.V2的CP/FP傳輸回路。

單閥P2.VC.V2的CP/FP傳輸回路相關部件有PCIA板卡、PS930A板卡、PS871板卡、PS877板卡、PS900AA板卡、PS906板卡、TCU模塊和光纖回路。

2.3 故障分析判斷

因該報警為單系統(tǒng) (P2PCPB)、單閥P2.VC.V2(Y/D C相的V2橋臂)報警，故可排除以下可能的情況:

1)PCIA板卡至PS871板卡及之間回路，若該段回路故障，將造成多個閥報警;2)PS900A板卡，若該板卡故障對應2個單閥報警;3)PS906板卡至TCU模塊之間回路，若該段回路故障，將造成雙系統(tǒng)報警。

排除以上3點后，可能故障點為位于P2PCPB系統(tǒng)+2.H5.8的PS877對應Y/D C相的V2橋臂的光纖回路或光通道異常。

2.4 故障處理

1)按照《更換MACH2主機板卡指導書》的要求，確認P2PCPB系統(tǒng)是在“test”狀態(tài)，斷開P2PCPB柜H5層機架板卡電源小開關，更換+2.H5.8的PS877板卡。

2)檢查確認PS877板卡上的信息傳輸光纖插頭端面完好，未有折斷現(xiàn)象，并對光纖插頭進行清潔，排除光纖的故障可能。

3)板卡更換時，確認新、舊板卡軟件版本號一致，跳線位置相同。

4)重啟H5層機架板卡電源后，在P2PCPB系統(tǒng)“test”狀態(tài)按MACH2系統(tǒng)故障處理相關規(guī)定檢查報警，確認無故障后，才能將P2PCPB系統(tǒng)恢復到standby狀態(tài)。

3 結論

文中就換流閥控制系統(tǒng)的結構及原理進行了闡述，結合報警故障事件分析處理，提出一些相應處理思路及對策和風險防范措施，以提高報警故障處理的可靠性。

在分析觸發(fā)、監(jiān)視和保護換流閥的功能中注意到部分板卡不是冗余設計，為提高板卡運行的穩(wěn)定性可靠性，建議開展進一步研究工作，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

〔1〕趙畹君.高壓直流輸電工程技術 (2版)〔M〕.北京:中國電力出版社，2010:35-39.

〔2〕國家電網公司.鵝城換流站換流站運行規(guī)程〔S〕.2011.