靈寶換流站VCU電源故障分析及改進(jìn)措施

連進(jìn)燦+陳曉+呂攔坡+申磊

摘 要：通過分析靈寶換流站VCU電源回路單一模塊故障造成系統(tǒng)閥控冗余丟失的現(xiàn)象，分析系統(tǒng)中存在的隱患。在現(xiàn)有接線的基礎(chǔ)上，提出改造方案，并完善了告警功能。

關(guān)鍵詞：特高壓直流輸電；換流閥控制單元（VCU）；電源

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.194

0 引言

VCU（Valve Control Unit，閥控制單元）是連接控制保護(hù)系統(tǒng)和高壓換流閥的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響直流輸電安全穩(wěn)定運(yùn)行。靈寶換流站閥控系統(tǒng)、極控制保護(hù)、晶閘管監(jiān)控系統(tǒng)和I/O系統(tǒng)均按照冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本文通過分析VCU電源回路單一模塊故障引起冗余丟失的情況，分析系統(tǒng)中存在的隱患。

1 VCU系統(tǒng)

1.1 功能介紹

VCU的主要功能是將由控制保護(hù)系統(tǒng)送來的控制脈沖CP（Control Pulse）轉(zhuǎn)換成電觸發(fā)脈沖FP（Firing Pulse），并通過光接口板轉(zhuǎn)換成光觸發(fā)脈沖FP，經(jīng)過光纜發(fā)送到換流閥每個(gè)晶閘管級(jí)的控制單元TCU（Thyristor Control Unit），觸發(fā)閥上每個(gè)晶閘管。同時(shí)VCU還接收由換流閥每個(gè)晶閘管級(jí)的控制單元TCU發(fā)回的晶閘管狀態(tài)信號(hào)，并發(fā)送到晶閘管監(jiān)測單元THM（Thyristor Monitoring）進(jìn)行處理。

1.2 硬件結(jié)構(gòu)

VCU采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由光控制機(jī)箱和各種設(shè)備接口組成。針對(duì)12 脈動(dòng)換流閥的Y橋和D橋，靈寶換流站VCU由VCY機(jī)箱和VCD機(jī)箱組成，每個(gè)機(jī)箱包含2塊中心處理單元（PS900）和12塊光接口I/O板（PS906），中心處理單元PS900是極控制系統(tǒng)與閥控制光接口板PS906的重要智能功能轉(zhuǎn)換設(shè)備，每一個(gè)中心處理單元可以用軟件設(shè)定控制1到12個(gè)閥。在靈寶工程中，左側(cè)的1塊PS900和6塊PS906與右側(cè)的1塊PS900和6塊PS906構(gòu)成冗余的A/B系統(tǒng)。

2 故障現(xiàn)象及分析

2.1 故障情況

2017年4月4日，靈寶換流站運(yùn)行人員工作站報(bào)出“PCP B 330kV側(cè)VCU接口故障”、 “PCP B 緊急故障出現(xiàn)”、“PCP B 退出備用”等事件。現(xiàn)場檢查及控制系統(tǒng)PCPB主機(jī)退出備用，VCY機(jī)箱和VCD機(jī)箱B系統(tǒng)電源全部丟失，根本原因?yàn)锽系統(tǒng)110V/24V電源轉(zhuǎn)換模塊輸出異常。

2.2 問題分析

VCU機(jī)箱供電方式如圖1所示，A/B兩套冗余系統(tǒng)分別來自兩路不同的110V直流電源，各經(jīng)一塊PHOENIX QUINT-PS電源模塊后轉(zhuǎn)換為24V分別為A/B系統(tǒng)的PS900供電。當(dāng)B系統(tǒng)的PHOENIX QUINT-PS故障時(shí)，造成VCY機(jī)箱和VCD機(jī)箱的B系統(tǒng)全部退出運(yùn)行，最終導(dǎo)致閥控系統(tǒng)和極控系統(tǒng)同時(shí)失去冗余，降低整個(gè)直流輸電系統(tǒng)的可靠性，成為高壓直流系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重大隱患。

3 解決方案

3.1 增加冗余的電源模塊

為了避免單一電源模塊故障造成VCU和直流控制系統(tǒng)失去冗余，在原有兩個(gè)電源模塊的基礎(chǔ)上再增加兩個(gè)PHOENIX QUINT-PS電源模塊。每兩個(gè)電源模塊輸出經(jīng)過耦合二極管并聯(lián)后給一臺(tái)VCU機(jī)箱供電，其接線如圖2所示，耦合二極管選用PHONIX的DIODE/40。改造后，即使單路電源丟失或單個(gè)電源模塊故障，兩套VCU均能正常工作。

3.2 完善故障報(bào)警監(jiān)視功能

為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決電源回路

故障，提高VCU的供電可靠性，增加冗余的電源模塊的同時(shí)也對(duì)電源回路的監(jiān)視功能進(jìn)行完善。

PHOENIX QUINT-PS電源模塊有一付常開接點(diǎn)，在電源正常工作時(shí)，接點(diǎn)閉合，電源丟失或工作異常時(shí)接點(diǎn)斷開。將為同一個(gè)VCU機(jī)箱供電的兩個(gè)電源模塊的常開接點(diǎn)串聯(lián)后，接入外部24V電源驅(qū)動(dòng)中間繼電器， 并將中間繼電器的兩付常開接點(diǎn)分別接入兩套直流場測控的RS851板卡，回路如圖3所示。RS851板卡是一個(gè)通用數(shù)字量輸入板卡，能夠?qū)?shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為告警事件發(fā)送給運(yùn)行人員工作站。

4 總結(jié)

VCU的是直流輸電的一個(gè)核心部件，增加VCU的供電可靠性，完善電源回路的監(jiān)視功能，對(duì)解決VCU裝置隱患、提高直流供電可靠性有重要幫助。針對(duì)該問題，國家電網(wǎng)公司《防止直流換流站單、 雙極強(qiáng)迫停運(yùn)二十一項(xiàng)反事故措施》6.2.1也對(duì)閥控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了明確要求：“每套閥控系統(tǒng)應(yīng)由兩路完全獨(dú)立的電源同時(shí)供電，一路電源丟失，不影響閥控系統(tǒng)的工作。”

參考文獻(xiàn)：

[1]韓偉.靈寶換流站控制/直流保護(hù)系統(tǒng)與閥的接口設(shè)計(jì)[J].高電壓技術(shù)，2005，31（02）：48-49.

[2]黃瑤玲等.直流換流站換流閥控制技術(shù)比較分析[J].電子世界， 2016（23）：192-193.

[3]張俊.直流輸電工程換流閥控制系統(tǒng)對(duì)比分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014（20）.endprint