靈寶換流站VCU電源故障分析及改進措施

連進燦+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閥控冗余丟失的現象，分析系統中存在的隱患。在現有接線的基礎上，提出改造方案，并完善了告警功能。

關鍵詞：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）是連接控制保護系統和高壓換流閥的一個重要環節，其運行狀態直接影響直流輸電安全穩定運行。靈寶換流站閥控系統、極控制保護、晶閘管監控系統和I/O系統均按照冗余系統設計，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，分析系統中存在的隱患。

1 VCU系統

1.1 功能介紹

VCU的主要功能是將由控制保護系統送來的控制脈沖CP（Control Pulse）轉換成電觸發脈沖FP（Firing Pulse），并通過光接口板轉換成光觸發脈沖FP，經過光纜發送到換流閥每個晶閘管級的控制單元TCU（Thyristor Control Unit），觸發閥上每個晶閘管。同時VCU還接收由換流閥每個晶閘管級的控制單元TCU發回的晶閘管狀態信號，并發送到晶閘管監測單元THM（Thyristor Monitoring）進行處理。

1.2 硬件結構

VCU采用模塊化設計，主要由光控制機箱和各種設備接口組成。針對12 脈動換流閥的Y橋和D橋，靈寶換流站VCU由VCY機箱和VCD機箱組成，每個機箱包含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是極控制系統與閥控制光接口板PS906的重要智能功能轉換設備，每一個中心處理單元可以用軟件設定控制1到12個閥。在靈寶工程中，左側的1塊PS900和6塊PS906與右側的1塊PS900和6塊PS906構成冗余的A/B系統。

2 故障現象及分析

2.1 故障情況

2017年4月4日，靈寶換流站運行人員工作站報出“PCP B 330kV側VCU接口故障”、 “PCP B 緊急故障出現”、“PCP B 退出備用”等事件。現場檢查及控制系統PCPB主機退出備用，VCY機箱和VCD機箱B系統電源全部丟失，根本原因為B系統110V/24V電源轉換模塊輸出異常。

2.2 問題分析

VCU機箱供電方式如圖1所示，A/B兩套冗余系統分別來自兩路不同的110V直流電源，各經一塊PHOENIX QUINT-PS電源模塊后轉換為24V分別為A/B系統的PS900供電。當B系統的PHOENIX QUINT-PS故障時，造成VCY機箱和VCD機箱的B系統全部退出運行，最終導致閥控系統和極控系統同時失去冗余，降低整個直流輸電系統的可靠性，成為高壓直流系統穩定運行的重大隱患。

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和直流控制系統失去冗余，在原有兩個電源模塊的基礎上再增加兩個PHOENIX QUINT-PS電源模塊。每兩個電源模塊輸出經過耦合二極管并聯后給一臺VCU機箱供電，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電源模塊故障，兩套VCU均能正常工作。

3.2 完善故障報警監視功能

為了及時發現和解決電源回路

故障，提高VCU的供電可靠性，增加冗余的電源模塊的同時也對電源回路的監視功能進行完善。

PHOENIX QUINT-PS電源模塊有一付常開接點，在電源正常工作時，接點閉合，電源丟失或工作異常時接點斷開。將為同一個VCU機箱供電的兩個電源模塊的常開接點串聯后，接入外部24V電源驅動中間繼電器， 并將中間繼電器的兩付常開接點分別接入兩套直流場測控的RS851板卡，回路如圖3所示。RS851板卡是一個通用數字量輸入板卡，能夠將數字量信號轉換為告警事件發送給運行人員工作站。

4 總結

VCU的是直流輸電的一個核心部件，增加VCU的供電可靠性，完善電源回路的監視功能，對解決VCU裝置隱患、提高直流供電可靠性有重要幫助。針對該問題，國家電網公司《防止直流換流站單、 雙極強迫停運二十一項反事故措施》6.2.1也對閥控系統的設計提出了明確要求：“每套閥控系統應由兩路完全獨立的電源同時供電，一路電源丟失，不影響閥控系統的工作?！?/p>

參考文獻：

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

[2]黃瑤玲等.直流換流站換流閥控制技術比較分析[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對比分析[J].電力系統保護與控制，2014（20）.endprint