晶闸管电压监测板TVM在阀保护中的功能浅析

目前在我国已有贵广Ⅰ、贵广Ⅱ、德阳-宝鸡等8条高压直流输电(HVDC)工程中采用激光脉冲直接光控晶闸管的直接光触发晶闸管(LTT)换流阀。为确保换流阀的安全可靠运行,对换流阀中的每个晶闸管用晶闸管电压监测(TVM)进行在线监测。TVM实时用回报信号将监测的结果通过光缆送往阀底部电子设备(VBE)中。VBE中的单片机监测系统根据TVM发送的回报信号分析判定晶闸管故障,并产生相应报警、跳闸信号。针对TVM国产化研制中对其功能的研究及在贵广Ⅱ等工程现场调试运行中对其在阀保护中的作用进行简要分析。     

贵—广Ⅱ宝安站极2Y3阀因无回报信号导致极2跳闸的故障分析及相关反措的建议

中国贵—广Ⅱ±500 kV高压直流输电工程中均采用激光脉冲直接触发晶闸管的直接光控晶闸管换流阀(以下简称LTT阀)。为了确保换流阀的安全可靠运行,对换流阀中的每个晶闸管用晶闸管电压监测电子线路(thyristor voltage mornitoring,TVM)进行在线监测。TVM实时用回报信号将监测的结果通过光缆送往阀底部电子设备柜(VBE)中。VBE中的单片机监测系统根据回报信号分析判定晶闸管的故障,当阀内故障晶闸管数超过设计允许的冗余数,产生相应的跳闸信号。笔者就2009年3月12日和2010年5月29日贵—广Ⅱ宝安站极2 Y3阀因无回报信号导致极2跳闸的故障进行了分析,得出:跳闸故障并非由阀或VBE故障引起,而是由阀侧电压不稳定或扰动引起的结论,并提出相关反措的建议。     

Analysis and Suggestions on Pole 2 Strip Caused by No Check Back Signal from Y3 Valve of GGH Baoan Station

中国贵—广Ⅱ±500 kV高压直流输电工程中均采用激光脉冲直接触发晶闸管的直接光控晶闸管换流阀(以下简称LTT阀).为了确保换流阀的安全可靠运行,对换流阀中的每个晶闸管用晶闸管电压监测电子线路(thyristor voltage momitoring,TVM)进行在线监测.TVM实时用回报信号将监测的结果通过光缆送往阀底部电子设备柜(VBE)中.VBE中的单片机监测系统根据回报信号分析判定晶闸管的故障,当阀内故障晶闸管教超过设计允许的冗余数,产生相应的跳闸信号.笔者就2009年3月12日和2010年5月29日贵—广Ⅱ宝安站极2 Y3阀因无回报信号导致极2跳闸的故障进行了分析,得出:跳闸故障并非由阀或VBE故障引起,而是由阀侧电压不稳定或扰动引起的结论,并提出相关反措的建议.     

一种VBE综合测试平台设计

阀基电子设备(VBE)是高压直流输电工程中专用于换流阀的驱动控制与保护的重要设备,用于实现换流阀中可控硅阀片的开关控制与运行监视,对换流阀的安全运行起到至关重要的作用。由于国外设备生产厂家对VBE技术的封锁,国内运维部门无法充分了解和掌握VBE的故障机理,VBE的故障诊断与维修方案依然依赖于国外设备供应商。笔者在分析VBE系统的硬件组成的基础上,给出了VBE系统的关键信号与数据流,设计与研制了一套VBE综合测试平台,包括模拟实际换流阀的换流阀仿真平台、控制与监视换流阀仿真平台的最小VBE系统和基于Labview语言编写的监控平台,该平台能够模拟正常与故障工况下VBE工作状态,复现故障情况下VBE系统的关键信号,便于捕捉和分析故障信号特征,为实际工程维修提供了有重要价值的参考。     

750MW换流站高压晶闸管换流阀低压加压试验分析

在高压晶闸管换流阀低压加压试验方面,国内虽然做过一些工作,但未在理论上给出明确的试验依据,例如触发电压和触发角的取值等,本文对此进行研究,并以灵宝换流站扩建工程换流阀低压加压试验为例分析试验效果。详细阐述了高压晶闸管换流阀的技术特点,简单介绍了直流控制保护系统、阀基电子设备(VBE)的功能,着重分析了晶闸管电子板(TE)取能方式的特点。针对以上技术特点和功能特性,制定了高压晶闸管换流阀低压加压试验方案,通过试验检查了主系统回路逻辑与接线的正确性。本文给出的高压晶闸管换流阀低压加压试验理论依据,可为同类试验提供参考。     

±800kV特高压直流工程换流阀故障分析与优化设计方法

某国外技术路线换流阀在±800 k V特高压直流输电工程运行中暴露了一些技术缺陷,如逆变侧换流阀会出现换相失败、直流均压电阻运行温度(90~100℃)过高和阀基电子设备(VBE)冗余设计缺陷等。为了消除这些技术缺陷,根据理论分析和工程现场故障录波得到各技术缺陷机理,分别提出了对应的优化设计方案。提出了基于晶闸管电压幅值和电压变化率双重判据的反向恢复期保护电路,避免保护误动引起换相失败;提出了将直流均压电阻通过散热器转接板固定在原晶闸管散热器的设计方法,降低了直流均压电阻运行温度,换流阀运行试验表明各种运行工况下,直流均压电阻温度均63℃;提出了双系统运行进程实时跟随技术的VBE设计方法,有效避免单系统误判换流阀故障导致跳闸,确保VBE在运行中可无缝切换。优化设计后的换流阀在哈密-郑州±800 k V特高压直流输电工程试点应用,通过了现场系统调试和试运行。结果表明原有问题都已经解决,已经正式投入运行超过18个月,运行情况良好,进一步提高了该工程的可靠性。该优化设计方案可以进一步推广应用到其他工程。     

高压直流输电换流阀阀基电子设备薄弱环节分析及改进措施研究

分析2006~2014年南方电网6回直流输电工程逆变侧换流站40起换流阀VBE系统故障,归类统计VBE系统故障元件及VBE系统故障影响严重性等,总结出VBE系统运行过程中的薄弱环节,提出VBE系统板卡电路、VBE系统故障检测回路改进等措施,并指出VBE系统进一步改进方向。     

用于TCR的晶闸管光电触发与监测系统

为更好地在电网中应用晶闸管控制电抗器的静态无功补偿装置,介绍了一种用于TCR的晶闸管光电触发与监测系统。在分析阀基电子板(VBE)和晶闸管电子板(TE)的功能和工作过程后,重点讨论了3脉冲通信规约、高位取能回路、逻辑译码电路、BOD保护和晶闸管触发电路的原理并在此基础上设计了完整的VBE和TE板。实验结果表明该电路能够进行高压晶闸管阀体的在线监测,同时具有理想的电磁抗干扰性能,可以产生分散性小、前沿陡的门极触发脉冲,有利于串联晶闸管的同时触发,满足TCR用晶闸管光电触发与状态监视的要求。     

天广直流换流阀异常导通EMTDC仿真分析

自2014年7月以来,天广直流发生了四次换流阀异常导通事件,造成主设备过电流或过电压,严重影响天广直流安全稳定运行。为查明换流阀异常导通原因,从极控系统、VBE系统、换流阀及其组件、TE板等方面开展理论分析、现场排查、仿真分析、物理试验,成功排除了极控系统、VBE系统、换流阀及其组件导致换流阀异常导通的可能性。通过TE板BTC回路分析以及加压试验,发现了TE板在高污高湿条件下误触发晶闸管的情况。在BTC动作门槛值与TE板异常个数关系分析的基础上,开展四次换流阀异常导通事件的EMTDC仿真分析,模拟了部分TE板BTC动作门槛值降低的情况,得到了与现场故障波形高度相似的仿真波形。结果表明即使部分阀片TE板表面较为清洁,其余TE板表面积污严重,在潮湿环境下也可以导致换流阀异常导通。     

特高压直流输电VBE装置故障闭锁分析及时序优化

特高压直流工程通常通过RTDS实时仿真技术对控制保护系统、换流阀阀基电子设备VBE装置的功能进行设计和验证.在某特高压直流工程RTDS试验系统对VBE装置断电试验过程中,出现了阀过流保护动作.为此结合故障时的闭锁时序,推导出换流阀触发异常,交流电源经由换流阀、旁通开关形成了两相短接导致阀过流保护动作的结论.最后,结合此类故障的特点,对闭锁时序进行了优化,并通过试验验证了优化后闭锁时序的有效性.     

高压直流输电工程电触发换流阀TE板烧毁机理研究

高压直流换流阀晶闸管电子板(ThyristorElectronicsBoard,TE板)是高压直流输电工程换流阀中重要的设备,如在运维过程中出现TE板烧毁,将导致换流阀极停运,严重影响直流工程的安全运行。针对天广直流TE板电阻器烧毁进行分析,首先对TE板进行外观检查和电性能检测,采用X射线、扫描声学显微镜等方法确认元器件内部电路受损范围,确认各受损元器件所属TE板功能模块,分析TE板故障元器件烧毁原因,探讨了TE板烧毁机理,并通过实验对TE板烧毁故障过程进行重现,验证分析结论,最终得出TE板烧毁原因,该分析方法对高压直流输电工程类似板卡故障原因分析具有重要参考意义。     

锦苏特高压直流工程阀控VBE-RDY置零故障分析

对锦屏-苏州（简称锦苏）±800 kV特高压直流输电工程锦屏换流站基于SIEMENS技术的换流阀控制和监控功能进行分析,对阀基电子设备（valve base electronics,VBE）与换流器控制和保护（converter control and protection,CCP）之间的信号关系进行论述。对在锦苏工程系统调试过程中,锦屏换流站极II高端换流器模拟极母线差动保护跳闸闭锁后,发生的VBE就绪信号（VBE READY,VBE-RDY）置零,导致VBE退出运行故障的原因,以及换流阀投入旁通对及VBE-RDY置零的机理进行了详尽的研究;对在极I低端换流器系统调试过程中,锦屏站VBE盘柜110 V直流电源丢失造成VBE跳闸闭锁换流器故障进行分析研究。同时对上述问题提出了解决办法,并将在后续在建的特高压直流工程中付诸实施。     

天广直流工程换流阀异常导通原因分析及对策

针对2014年7月以来天广直流工程相继发生的4起换流阀异常导通事件,首先通过研究电触发换流阀晶闸管电子板(TE板)工作原理,搭建TE板电路仿真模型进行仿真分析,然后在南方电网公司直流输电设备状态评估与故障诊断重点实验室搭建TE板加压试验平台,开展了正常情况以及高湿度环境下的TE板加压试验。结果表明,电触发换流阀TE板长时间运行后表面积污严重,在高湿度运行工况下造成其后备触发功能门槛值大大降低,导致在换流变正常充电过程中换流阀异常导通。提出的定期清洗换流阀TE板和控制好阀厅湿度等反事故措施已在天广直流成功应用,彻底解决了电触发换流变充电过程中出现的换流阀误导通问题。     

一起天广直流VBE系统跳闸仿真分析及改进措施研究

针对一起天广直流 VBE系统故障跳闸导致极２闭锁事件,基于阀触发时序、触发回路及阀回检信号条件, 分析了故障发生的过程,指出 VBE系统阀触发脉冲丢失是导致换流阀闭锁的主要原因,直接原因是多个可控硅未向 VBE系统返回回检信息.根据仿真试验结果,提出可通过优化 TC处理器板至背板之间的接口芯片,以提高天广直流输电系统运行可靠性。     

HVDC直接光控换流阀中激光发射电路监测中几个问题的探讨

我国贵州-广东Ⅰ回、Ⅱ回±500 kV高压直流输电和西北-华中(灵宝)联网直流背靠背工程中,均采用了用激光脉冲直接触发晶闸管的直接光控晶闸管换流阀(以下简称LTT阀)。为了确保触发光脉冲的可靠性,在阀底部电子设备柜(VBE)中设置了对光发射电路进行在线实时监测的功能。笔者就近年来运行中激光发射监测出现的一些问题进行探讨。     

用于光控阀改造的壳式电抗器的设计及验证

常规直流换流阀中每个阀模块都包含有至少一台饱和电抗器,其作用是保护晶闸管不被过大的电流电压变化率损坏。目前工程中应用的饱和电抗器主要有芯式和壳式两种结构,分别应用于光控型和电控型换流阀中,但芯式电抗器由于设计问题在工程中曾出现铁心下沉、接口漏水等故障,而壳式电抗器则表现为稳定可靠,因此研制完全可替代的壳式电抗器用于光控阀改造十分关键。首先对新壳式电抗器的结构安装、电气及水路连接进行了设计,使其完全兼容光控阀,随后基于芯式和壳式两种饱和电抗器的等效电气模型进行仿真对比,并分析模型及参数对于输出特性的影响规律,从而得出新壳式电抗器的主参数设计原则,最后对新壳式电抗器进行了铁心测温及可替代性验证,试验结果表明,新壳式电抗器发热合理,对晶闸管保护作用较芯式电抗器更优,满足光控阀改造需求。     

高压晶闸管换流阀电控型和光控型晶闸管反向恢复期的不同保护策略

随着我国高压直流输电(HVDC)的发展,不管是电控型(ETT)还是光控型(LTT)晶闸管换流阀,在运行中其反向恢复期(reverse recovery period)保护功能均出现了一些缺陷和问题,导致换流阀强迫停运。为此,作者在对这两种不同技术换流阀反向恢复期的机理和不同的保护策略进行分析研究的基础上,针对在工程运行中该保护出现误判、误动、延时形成死区等缺陷的原因进行了分析,得出主要原因为ETT阀未能采用直接的正向电压变换率(du/dt)探测,而LTT阀则因该保护无双重化配置和监测功能。针对此,进而提出ETT阀改进为直接du/dt保护的策略;在LTT阀的RPU保护单元增加双重化配置和监测功能的优化方案,为这一关键保护更加精准有效提出了一种自主国产化的新思路。     

一起换流变压器故障引起直流闭锁的事故分析

针对某换流变电站极Ⅱ换流变压器充电过程中因励磁涌流持续时间过长,导致换流阀极Ⅰ VBE系统阀触发信号奇偶校验码错误,两套VBE均故障,极Ⅰ直流系统闭锁的事故,简要分析VBE系统运行原理,触发字产生的机理,同时以现场故障录波数据为依据,对事故原因进行分析,提出了改进措施.结果表明:引起极Ⅰ直流系统闭锁的直接原因是现场存在干扰源及变压器剩磁.     

故障电流限制器的晶闸管阀触发与监测系统

在不改变电网结构的情况下,故障电流限制器作为一种全新的解决方案可用来解决由于负荷中心大电源投入和系统互联所引起的系统短路电流增加的问题。主要侧重于故障电流限制器的晶闸管阀触发与监测系统的研究。首先,介绍故障电流限制器的结构以及工作原理;然后介绍晶闸管阀触发与监测系统的构成,重点突出触发系统的原理、监测系统的原理和TE板的原理以及各自的实现方式,并提出了一种VBE与TE板之间的可实现逻辑时序;最后,通过低压试验验证了晶闸管触发与监测系统的可行性。     

直流输电工程中阀水冷监控系统的改进建议

基于南方电网直流输电工程中换流阀水冷及其监控系统结构和功能,介绍了南方电网各直流输电系统中由于换流阀水冷监控系统无冗余配置的部分关键传感器故障、部分参数或定值设置不合理、主处理器抗干扰能力差等问题引起误动,造成系统强迫停运的典型案例,运行经验表明,阀水冷监控系统动作的正确率比较低。针对阀水冷监控系统中控制与保护功能在同一套系统内实现、保护功能“一取一”出口逻辑可靠性低、未设置测量值异常的监测功能等设计上存在的缺陷,提出了独立换流阀水冷系统的控制和保护功能、将保护功能出口逻辑改进为“三取二”以及在控制系统中设置测量值异常监视功能等改进措施,有助于确保换流阀水冷系统的稳定运行、提高直流输电系统的可靠性。