國產(chǎn)可控硅監(jiān)視（TM）及閥基電子設(shè)備（VBE）的應(yīng)用

高 軍

上海市電力公司超高壓輸變電公司，上海 200063

0 引言

葛洲壩到上海南橋變電站士500 kV高壓直流輸電工程是我國第一條長距離、大容量高壓直流輸電工程，其雙極傾定軸送容量為1200mW ,送電距離1095 km，它聯(lián)結(jié)華中和華東兩大區(qū)域電網(wǎng).該工程是一個雙極直流輸電系統(tǒng)，第1極和第2極分別已于1989年9月及1990年8月正式投入運行，起到了華中和華東兩大電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)的作用。2004年進行了直流控制保護系統(tǒng)改造，VBE(閥基電子設(shè)備)是連接控制保護系統(tǒng)到換流閥的執(zhí)行設(shè)備，其穩(wěn)定可靠的工作對換流站的正常運行起著重要的作用。由于當(dāng)時閥基電子設(shè)備（VBE）及可控硅監(jiān)控系統(tǒng)（TM）的國產(chǎn)化條件尚不成熟，故未做改造，此系統(tǒng)運行至今已20余載，設(shè)備老化嚴重，備品嚴重不足，國網(wǎng)公司于2009年進行閥基電子設(shè)備（VBE）及可控硅監(jiān)控系統(tǒng)（TM）的國產(chǎn)化改造，采用由許繼柔性輸電系統(tǒng)公司自主開發(fā)的TM、VBE系統(tǒng)，這也是國內(nèi)企業(yè)自行研制的VBE閥基電子設(shè)備首次掛網(wǎng)運行，是直流工程國產(chǎn)化的又一重要進程。

1 閥基電子設(shè)備(VBE)系統(tǒng)

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)的報警或跳閘信號。

葛南直流工程設(shè)計的VBE系統(tǒng)每極采用1個TM柜+3個VBE控制機柜的配置方案，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。具備與南橋、葛洲壩換流站現(xiàn)有控制保護系統(tǒng)完全兼容的接口。

VBE系統(tǒng)與控制保護的接口位于TM柜。TM柜內(nèi)安裝監(jiān)測控制裝置，實現(xiàn)匯總3個VBE控制機柜的換流閥監(jiān)測信息、通過110VDC 開入開出接口及光纖接口與控制保護系統(tǒng)實時交換信息、輸出報警和跳閘信號、提供就地詳細信息顯示、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)換裝置實現(xiàn)將控制保護系統(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系統(tǒng)EOC信號等VBE工作狀態(tài)信息；完成與VBE屏與TM柜之間的控制轉(zhuǎn)換及通信信息收發(fā)。

每極有3面完全相同的VBE200閥基電子設(shè)備控制柜，分別為A、B、C三相閥基電子設(shè)備控制柜。

VBE200閥基電子設(shè)備控制柜主要由2個VBE插件箱、1個VBE接口裝置及VHA插件箱和它們的交直流供電回路組成。

1.1 直流電源供電

兩路獨立的110V直流電源進線，經(jīng)過開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為24V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。

1.2 VBE插件箱結(jié)構(gòu)與功能簡介

1）系統(tǒng)冗余設(shè)計，分為I、II兩個系統(tǒng)；

2）每個機箱可控制兩個單閥；

3）機箱內(nèi)配置IO板、MC板、LE板、LR板4種插件；

4）接口插件提供以下功能：對LR板、LE板上CPLD的編程接口，通過ST光纖接口接收1個PCP系統(tǒng)發(fā)出的FCS信號（兩路），通過ST光纖接口發(fā)出1個PCP系統(tǒng)1所需的EOC信號（兩路），通過ST光纖接口接收VBE接口裝置轉(zhuǎn)發(fā)的PCP系統(tǒng)1發(fā)出的系統(tǒng)有效選擇信號（一路）；

5）MC插件提供以下功能：通過LE板完成兩個單閥的控制功能，通過LR板讀取兩個單閥的TE板回送信息，通過串行光纖接口與VBE接口裝置通信上傳TE板監(jiān)視信息，通過串行光纖接口與VBE接口裝置通信上傳本VBE控制機箱內(nèi)部監(jiān)視信息，通過ST光纖接口接收VBE接口裝置轉(zhuǎn)發(fā)的PCP系統(tǒng)發(fā)出的BTPD信號（一路），通過ST光纖接口接收VBE接口裝置轉(zhuǎn)發(fā)的PCP系統(tǒng)發(fā)出的RELEASEOK信號（一路），內(nèi)部控制信號測試端口；

6）LE插件提供以下功能：接收MC板的觸發(fā)信號，兩塊LE板互為冗余，將觸發(fā)信號由電信號轉(zhuǎn)換為光信號，發(fā)送到TE板上，控制TE板的工作，16路光信號輸出；

7）LR插件提供以下功能：接收16路來自TE板的狀態(tài)回檢光信號，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過背板總線將狀態(tài)回檢信號發(fā)送到MC板，判斷負向回檢信號，向MC發(fā)送負向電壓建立信號，判斷du/dt區(qū)間回檢信號數(shù)量，向MC板發(fā)送du/dt信號，LR板內(nèi)部系統(tǒng)1和系統(tǒng)2互為冗余。

2 可控硅監(jiān)控（TM）系統(tǒng)

每極有1面可控硅監(jiān)控TM200控制柜, TM柜內(nèi)安裝監(jiān)測控制裝置，實現(xiàn)匯總3個VBE控制機柜的換流閥監(jiān)測信息、通過110V DC 開入開出接口及光纖接口與控制保護系統(tǒng)實時交換信息、輸出報警和跳閘信號、提供就地詳細信息顯示、調(diào)試串口輸出等功能。

TM200控制柜主要由1個TM插件箱、1個監(jiān)控工控機及開關(guān)電源、電源斷路器和通訊網(wǎng)關(guān)組成。

2.1 TM監(jiān)控系統(tǒng)

VBE200監(jiān)控系統(tǒng)具有實時報警、數(shù)據(jù)查詢、圖形顯示等功能，使用快捷方便。

TM插件箱結(jié)構(gòu)與功能簡介：

1）系統(tǒng)冗余設(shè)計，分為A、B兩個系統(tǒng)；

2）A、B系統(tǒng)獨立光纖接口對應(yīng)于PCP系統(tǒng)直接連接，接收來自PCP系統(tǒng)的4個信號：RELOK 觸發(fā)脈沖釋放、Alpha=90觸發(fā)角接近90°、UnderVoltage低電壓信號、Select通道選擇；

3）對VBE柜通信接口：提供3路串行光纖通信接口對應(yīng)于3個VBE柜（每路包含2發(fā)1收共3根光纖），提供VBE系統(tǒng)主動被動信號選擇光纖輸出（1根輸出光纖），提供VBE系統(tǒng)RELEASEOK信號選擇光纖輸出（1根輸出光纖）；

4）對監(jiān)視系統(tǒng)通信接口：提供1路RS232通信接口、提供MODBUS通信協(xié)議、可向監(jiān)視系統(tǒng)傳送詳細報警位置信息、通過監(jiān)視系統(tǒng)通信設(shè)定，可設(shè)定當(dāng)前TM工作于測試狀態(tài)，將VBE上傳信息進行處理。

5）調(diào)試串口：提供1路RS232通信接口、內(nèi)部調(diào)試使用，可監(jiān)視內(nèi)部RAM等實時運行信息、對PCP系統(tǒng)DIO接口、設(shè)計6路光電隔離110VDC DI輸入通道（目前使用2路，1路用于接收PCP發(fā)出的ST信號，1路用于接收PCP發(fā)出的BYPSS信號。）

3 VBE系統(tǒng)與PCP系統(tǒng)接口

葛南直流控制保護系統(tǒng)采用南瑞公司MACH2系統(tǒng)，基于不同技術(shù)的VBE、TM 的設(shè)計差別較大，因此它與控制系統(tǒng)間交換信號的差別也較大。換流站控制直流保護系統(tǒng)與VBE、TM系統(tǒng)基于同一技術(shù)時，生產(chǎn)廠家不需做額外的接口工作即可實現(xiàn)兩者的連接;而基于不同技術(shù)時，生產(chǎn)廠家則需做額外的接口工作。考慮到換流站VBE、TM系統(tǒng)是跟隨閥進行生產(chǎn)的，與一次系統(tǒng)連接緊密，是信號的發(fā)送方，故此次葛南直流改造的VBE、TM系統(tǒng)接口需要在系統(tǒng)接口設(shè)計穩(wěn)定可靠的前提下，滿足PCP系統(tǒng)的要求，保持與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容及一致性，提供方便可靠的VBE系統(tǒng)接入方案。接口方案如下：

圖1 PCP系統(tǒng)與VBE系統(tǒng)連接示意框圖

1）TM控制柜布置于主控室，完成以下功能：（1）接收VBE檢測信息；（2）匯總產(chǎn)生報警跳閘信息并提供與PCP系統(tǒng)的DIO電氣連接；以DIO電氣連接接收PCP系統(tǒng)控制指令；（3）提供就地液晶屏顯示詳細報警信息，并可提供打印功能；（4）提供詳細報警信息就地查看串行端口。

2）3個VBE控制柜對應(yīng)與各相閥塔布置于閥廳，完成以下功能：

（1）接收PCP的觸發(fā)脈沖及觸發(fā)控制信號，轉(zhuǎn)換為對TE板的控制信號，完成對本相閥塔的觸發(fā)控制；

（2）向PCP系統(tǒng)返回閥控的回報信號（討論待定）；

（3）檢測本相閥塔TE板回報信號；

（4）檢測本相閥塔漏水檢測信號及避雷器動作信號；

（5）接收TM柜發(fā)來的信息，并將檢測到的各相關(guān)信息高速可靠的發(fā)送至TM柜。

3）為兼容現(xiàn)有系統(tǒng)，TM控制柜與PCP系統(tǒng)之間接口形式保持現(xiàn)有設(shè)計，即：

（1）TM柜以DIO電纜形式向PCP系統(tǒng)上報VBE系統(tǒng)的報警及跳閘信息；

（2）TM柜以DIO電纜形式接收PCP系統(tǒng)發(fā)出的模擬試驗狀態(tài)等控制信號；

（3）TM柜以光纖接口形式接收PCP系統(tǒng)發(fā)出的閥控信號；

（4）VBE控制柜與PCP系統(tǒng)之間采用光纜連接，針對現(xiàn)有系統(tǒng)該部分接口連接不滿足系統(tǒng)設(shè)計雙重化冗余配置的要求的狀況，建議由PCP系統(tǒng)提供冗余的觸發(fā)脈沖輸出、控制信號輸出、閥控回檢輸入等信號的光纖接口。

4 結(jié)論

許繼柔性直流公司研制的可控硅監(jiān)視（TM）及閥基電子設(shè)備（VBE），這是國內(nèi)直流換流站首次用上國產(chǎn)VBE系統(tǒng)，2010年4月投運以來運行正常，這是直流工程國產(chǎn)化的又一重要進程。

[1]趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2]王安全，等.±500kV 葛南直流輸電系統(tǒng)南橋換流站運行規(guī)程.上海：上海市電力公司超高壓輸變電公司，2009.

[3]胡四全，等.葛南工程閥基電子設(shè)備(VBE).許昌：許繼柔性直流公司，2009.