国产可控硅监视（TM）及阀基电子设备（VBE）的应用

高 军

上海市电力公司超高压输变电公司，上海 200063

0 引言

葛洲坝到上海南桥变电站士500 kV高压直流输电工程是我国第一条长距离、大容量高压直流输电工程，其双极倾定轴送容量为1200mW ,送电距离1095 km，它联结华中和华东两大区域电网.该工程是一个双极直流输电系统，第1极和第2极分别已于1989年9月及1990年8月正式投入运行，起到了华中和华东两大电网异步联网的作用。2004年进行了直流控制保护系统改造，VBE(阀基电子设备)是连接控制保护系统到换流阀的执行设备，其稳定可靠的工作对换流站的正常运行起着重要的作用。由于当时阀基电子设备（VBE）及可控硅监控系统（TM）的国产化条件尚不成熟，故未做改造，此系统运行至今已20余载，设备老化严重，备品严重不足，国网公司于2009年进行阀基电子设备（VBE）及可控硅监控系统（TM）的国产化改造，采用由许继柔性输电系统公司自主开发的TM、VBE系统，这也是国内企业自行研制的VBE阀基电子设备首次挂网运行，是直流工程国产化的又一重要进程。

1 阀基电子设备(VBE)系统

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。

葛南直流工程设计的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。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110VDC 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VBE屏与TM柜之间的控制转换及通信信息收发。

每极有3面完全相同的VBE200阀基电子设备控制柜，分别为A、B、C三相阀基电子设备控制柜。

VBE200阀基电子设备控制柜主要由2个VBE插件箱、1个VBE接口装置及VHA插件箱和它们的交直流供电回路组成。

1.1 直流电源供电

两路独立的110V直流电源进线，经过开关电源转换为24V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。

1.2 VBE插件箱结构与功能简介

1）系统冗余设计，分为I、II两个系统；

2）每个机箱可控制两个单阀；

3）机箱内配置IO板、MC板、LE板、LR板4种插件；

4）接口插件提供以下功能：对LR板、LE板上CPLD的编程接口，通过ST光纤接口接收1个PCP系统发出的FCS信号（两路），通过ST光纤接口发出1个PCP系统1所需的EOC信号（两路），通过ST光纤接口接收VBE接口装置转发的PCP系统1发出的系统有效选择信号（一路）；

5）MC插件提供以下功能：通过LE板完成两个单阀的控制功能，通过LR板读取两个单阀的TE板回送信息，通过串行光纤接口与VBE接口装置通信上传TE板监视信息，通过串行光纤接口与VBE接口装置通信上传本VBE控制机箱内部监视信息，通过ST光纤接口接收VBE接口装置转发的PCP系统发出的BTPD信号（一路），通过ST光纤接口接收VBE接口装置转发的PCP系统发出的RELEASEOK信号（一路），内部控制信号测试端口；

6）LE插件提供以下功能：接收MC板的触发信号，两块LE板互为冗余，将触发信号由电信号转换为光信号，发送到TE板上，控制TE板的工作，16路光信号输出；

7）LR插件提供以下功能：接收16路来自TE板的状态回检光信号，将光信号转换为电信号，通过背板总线将状态回检信号发送到MC板，判断负向回检信号，向MC发送负向电压建立信号，判断du/dt区间回检信号数量，向MC板发送du/dt信号，LR板内部系统1和系统2互为冗余。

2 可控硅监控（TM）系统

每极有1面可控硅监控TM200控制柜, 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110V 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。

TM200控制柜主要由1个TM插件箱、1个监控工控机及开关电源、电源断路器和通讯网关组成。

2.1 TM监控系统

VBE200监控系统具有实时报警、数据查询、图形显示等功能，使用快捷方便。

TM插件箱结构与功能简介：

1）系统冗余设计，分为A、B两个系统；

2）A、B系统独立光纤接口对应于PCP系统直接连接，接收来自PCP系统的4个信号：RELOK 触发脉冲释放、Alpha=90触发角接近90°、UnderVoltage低电压信号、Select通道选择；

3）对VBE柜通信接口：提供3路串行光纤通信接口对应于3个VBE柜（每路包含2发1收共3根光纤），提供VBE系统主动被动信号选择光纤输出（1根输出光纤），提供VBE系统RELEASEOK信号选择光纤输出（1根输出光纤）；

4）对监视系统通信接口：提供1路RS232通信接口、提供MODBUS通信协议、可向监视系统传送详细报警位置信息、通过监视系统通信设定，可设定当前TM工作于测试状态，将VBE上传信息进行处理。

5）调试串口：提供1路RS232通信接口、内部调试使用，可监视内部RAM等实时运行信息、对PCP系统DIO接口、设计6路光电隔离110VDC DI输入通道（目前使用2路，1路用于接收PCP发出的ST信号，1路用于接收PCP发出的BYPSS信号。）

3 VBE系统与PCP系统接口

葛南直流控制保护系统采用南瑞公司MACH2系统，基于不同技术的VBE、TM 的设计差别较大，因此它与控制系统间交换信号的差别也较大。换流站控制直流保护系统与VBE、TM系统基于同一技术时，生产厂家不需做额外的接口工作即可实现两者的连接;而基于不同技术时，生产厂家则需做额外的接口工作。考虑到换流站VBE、TM系统是跟随阀进行生产的，与一次系统连接紧密，是信号的发送方，故此次葛南直流改造的VBE、TM系统接口需要在系统接口设计稳定可靠的前提下，满足PCP系统的要求，保持与现有系统的兼容及一致性，提供方便可靠的VBE系统接入方案。接口方案如下：

图1 PCP系统与VBE系统连接示意框图

1）TM控制柜布置于主控室，完成以下功能：（1）接收VBE检测信息；（2）汇总产生报警跳闸信息并提供与PCP系统的DIO电气连接；以DIO电气连接接收PCP系统控制指令；（3）提供就地液晶屏显示详细报警信息，并可提供打印功能；（4）提供详细报警信息就地查看串行端口。

2）3个VBE控制柜对应与各相阀塔布置于阀厅，完成以下功能：

（1）接收PCP的触发脉冲及触发控制信号，转换为对TE板的控制信号，完成对本相阀塔的触发控制；

（2）向PCP系统返回阀控的回报信号（讨论待定）；

（3）检测本相阀塔TE板回报信号；

（4）检测本相阀塔漏水检测信号及避雷器动作信号；

（5）接收TM柜发来的信息，并将检测到的各相关信息高速可靠的发送至TM柜。

3）为兼容现有系统，TM控制柜与PCP系统之间接口形式保持现有设计，即：

（1）TM柜以DIO电缆形式向PCP系统上报VBE系统的报警及跳闸信息；

（2）TM柜以DIO电缆形式接收PCP系统发出的模拟试验状态等控制信号；

（3）TM柜以光纤接口形式接收PCP系统发出的阀控信号；

（4）VBE控制柜与PCP系统之间采用光缆连接，针对现有系统该部分接口连接不满足系统设计双重化冗余配置的要求的状况，建议由PCP系统提供冗余的触发脉冲输出、控制信号输出、阀控回检输入等信号的光纤接口。

4 结论

许继柔性直流公司研制的可控硅监视（TM）及阀基电子设备（VBE），这是国内直流换流站首次用上国产VBE系统，2010年4月投运以来运行正常，这是直流工程国产化的又一重要进程。

[1]赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2002.

[2]王安全，等.±500kV 葛南直流输电系统南桥换流站运行规程.上海：上海市电力公司超高压输变电公司，2009.

[3]胡四全，等.葛南工程阀基电子设备(VBE).许昌：许继柔性直流公司，2009.