南桥站VBE控制系统存在问题分析

马千里

（国网上海市电力公司检修公司，上海 200063）

0 引言

500 k V南桥换流站换流阀采用的是西门子公司的换流阀，在1989年投运。2010年，南桥换流站换流阀中的晶闸管部分更换为株洲南车公司生产的晶闸管，额定电压为6.5 k V，额定电流为1 200 A。换流阀中的TE板全部更换为许继柔性输电系统公司仿制的TE板，但基本原理没有改动。南桥换流站阀控系统采用的是许继柔性输电系统公司生产的VBE200阀控系统，在2010年投运。阀控分A、B系统，与极控的A、B系统一一对应。阀控系统跟随极控系统切换，阀控系统发出的跳闸命令发送到极控，极控视之为紧急故障，先切换控制系统，后发闭锁直流命令。

1 葛南直流阀控制系统概述

阀基电子设备（VBE）是高压直流输电中控制系统的重要组成部分。它通过光纤把极控和阀内的TE板连接起来。它不但对晶闸管进行控制，而且还监测晶闸管及其辅助部件的状态。

VBE的晶闸管控制单元（TC）接收来自极控的触发控制信号，而且向晶闸管电子设备（TE）传送光控制信号，实现对晶闸管级的监测，完成对晶闸管的触发。

VBE的晶闸管监测单元（TM）收集换流阀和晶闸管的状态信息，并将这些信息处理后发送到极控，如果检测出异常情况，还将产生相应的报警或跳闸信号。

葛南工程设计的VBE系统每极采用1个TM柜＋3个VBE控制机柜的配置方案，其中TM柜安装于主控室、3个VBE控制柜对应于每相的阀塔就近安装于阀厅，能够实现一极12个换流阀的控制功能（TC）和换流阀状态监视功能（TM）、避雷器监测与漏水监测装置功能，还具备与南桥、葛洲坝换流站现有控制保护系统完全兼容的接口。

VBE系统与控制保护的接口位于TM柜。TM柜内安装监测控制装置，实现汇总3个VBE控制机柜的换流阀监测信息、通过110 V DC开入开出接口及光纤接口与控制保护系统实时交换信息、输出报警和跳闸信号、提供就地详细信息显示、调试串口输出等功能。

每个VBE柜安装两个VBE插件箱，一个避雷器监测与漏水监测装置插件箱，一个VBE接口转换装置，每个VBE插件箱完成对两个单阀的控制和监视功能，每个单阀最多可以控制和监视128个晶闸管单元，而本工程中每个单阀晶闸管数量为120个，所以能够满足本工程晶控制和监视闸管数量的要求。避雷器监测与漏水监测装置插件箱完成该相阀塔的避雷器监测和漏水监测功能，接口转换装置实现将控制保护系统的触发控制信号及触发脉冲转换分解为该VBE控制柜所需的触发控制信号及触发脉冲，通过直连光纤向控制保护系统EOC信号等VBE工作状态信息；完成与本屏与TM柜之间的控制转换及通信信息收发。

2 葛南直流换流阀以及阀控系统整体结构

南桥换流站原采用BBC控保系统，2005年其极控系统改为南瑞ABB技术产品，2010年其阀触发与监视系统、可控硅电子设备更新为许继供货的西门子技术（即原有系统）产品，因此其阀控层面改动不大，但是极控与阀控接口有所变化。但无论何种技术，阀控系统必然包括3个功能块：阀基电子设备，实现控制／回报脉冲的逻辑处理；阀监控设备，用于处理报警信息，有时也参与限制性的控制；上下行信号接口设备。

阀控系统的首要任务是按极控指示触发阀，同时处理回报信号并上传TE。这种信号直接以光通道在极控和VBE单阀控制单元之间传输，不经过任何中间环节。

根据许继阀控系统的要求，极控还给阀控提供解锁信息、主／备信息（ACTIVE）、交流电压信息、触发角信息、投旁通对信息（BPP），用于VBE的正常工作或屏蔽一些产生于TM的报警和跳闸。

阀控系统的所有跳闸和报警信号都由硬接点上传至极控，而具体的报警信息可到TM查询。VBE本身不产生直接给极控的报警和跳闸信号，其所有异常状态均由HDLC通道传给TM，再由TM根据策略开出至极控。

可控硅电子设备TE只与VBE通信，一个周期互发若干脉冲，以实现对阀的触发和监视，TE板有以下主要功能：在VBE指示下触发晶闸管；电流断续时可就地补脉冲；正向过压保护（BOD）；DU／DT保护；回报晶闸管状态。每块可控硅均并联有均压回路，该均压回路的作用是：提供TE板正常工作的能量；改善阀电压分布，限制过冲、消耗多余能量。

2.1 葛南直流阀控系统整体结构

葛南直流阀控系统整体结构如图1所示。阀控系统（含极控接口）主要是指阀基电子设备VBE、阀监控设备TM、晶闸管电子设备TE，也可以涵盖极控负责与阀控系统通信的部分。阀控系统是极控与换流阀本体的接口，不但接收极控指令触发晶闸管，同时也承担管理、监测晶闸管的任务，因此阀控系统设备应具有灵敏性和可靠性。

2.2 葛南直流系统阀整体结构

葛南直流工程采用的换流阀是瑞士原BBC和德国西门子公司制造的水冷、空气绝缘换流阀，后晶闸管和TE板全部更换为国产，其余部件未变。换流阀为悬吊式四重阀结构（见图2），每个四重阀都连接于交流系统同一相上。

阀单元是单阀的基本电气单元，每2个阀单元组成1个半层阀（见图3），4个半层阀组1个单阀，1个单阀的晶闸管数量是120个，含4个冗余。

阀电气元件如图4所示。阀单元由晶闸管组件、阀电抗器、均压电容、导线及水管相互连接组成，其中晶闸管组件由15个可控硅级组成，阳极电抗器由两个非线性电抗器组成。

3 阀控系统电源整体结构

阀控系统的电源整体结构主要由TM200柜电源系统和VBE柜的电源系统组成，葛南直流系统中TM柜和VBE柜都是分别独立供电，基本保证了阀控系统的可靠性和稳定性。

3.1 VBE系统直流电源供电

两路独立的110 V直流电源进线，经过开关电源转换为24 V直流电源，主要提供给VBE插件箱、VBE接口装置插件箱和VHA插件箱，分为插件箱工作电源和光发射电源。

3.2 TM系统直流电源供电

TM柜也是两路独立的110 V直流电源进线，同样经过开关电源转换为24 V的直流电源，每套TM有两块电源板，通过该电源板给所有的TM内部的板卡进行供电。每块电源板只有一路直流进线，同一套系统的电源取自同一直流母线，但两套TM的电源分别取自不同的直流母线。电源板前还配备有避雷器和滤波器，用来保护板卡。DIO板开出后，信号还需经过重动继电器，两套系统的重动继电器也分别配置了来自不同母线的电源。

图1 南桥换流站阀控系统整体结构

4 葛南直流阀控系统电源

由于葛南直流系统已经有比较长的使用时间，并且经过了多次的控制系统调试和设备更换，其阀控系统的稳定性和可靠性已经比原来有很大提升，但是仍有不足之处。其中，TM柜和VBE柜中直流供电的可靠性和稳定性达不到现代电网对于设备稳定性可靠性的要求。

4.1 VBE系统直流电源

每个VBE机箱内包括两路独立电源，分别对应2个独立系统，与直流电源进线采用一一对应的供电方式，即VBE系统1对应第一路直流电源，VBE系统2对应第二路直流电源。当一路直流电源故障时，断开该回路直流电源，该直流电源对应的VBE系统故障，从而引起系统切换。此时VBE系统为单系统运行，系统失去冗余。

在VBE柜增加电源模块和耦合模块，改进直流电源与VBE机箱内电源的对应关系，使每个VBE系统分别对应2路直流电源，当一路直流电源出现故障退出运行时，VBE系统能够依然保持冗余配置，从而提高系统运行的可靠性。VBE发光管电源回路如图5所示。由图5可知，系统为AB两个系统供电，系统切换时，无冗余。

图2 四重阀实物图和接线图

图3 半层阀

图4 阀电气元件

图5 VBE发光管电源回路

4.2 TM系统直流电源

每个TM机箱内包括两路独立的电源，分别对应2个独立的系统，与直流电源进线采用一一对应的供电方式，即TM系统1对应第一路直流电源，TM系统2对应第二路直流电源。当一路直流电源故障时，断开该回路直流电源，该直流电源对应的TM系统故障，从而引起系统切换。此时TM系统为单系统运行，系统失去冗余。

在TM柜增加电源模块和耦合模块，改进直流电源与TM机箱内电源的对应关系，使每个TM系统分别对应2路直流电源，当一路直流电源出现故障退出运行时，TM系统能够依然保持冗余配置，从而提高系统运行的可靠性。

TM柜电源回路如图6所示。由图6可知，TM系统在切换时，单系统运行，失去冗余。

图6 TM柜电源回路