灵宝换流站VCU电源故障分析及改进措施

连进灿+陈晓+吕拦坡+申磊

摘 要：通过分析灵宝换流站VCU电源回路单一模块故障造成系统阀控冗余丢失的现象，分析系统中存在的隐患。在现有接线的基础上，提出改造方案，并完善了告警功能。

关键词：特高压直流输电；换流阀控制单元（VCU）；电源

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.194

0 引言

VCU（Valve Control Unit，阀控制单元）是连接控制保护系统和高压换流阀的一个重要环节，其运行状态直接影响直流输电安全稳定运行。灵宝换流站阀控系统、极控制保护、晶闸管监控系统和I/O系统均按照冗余系统设计，本文通过分析VCU电源回路单一模块故障引起冗余丢失的情况，分析系统中存在的隐患。

1 VCU系统

1.1 功能介绍

VCU的主要功能是将由控制保护系统送来的控制脉冲CP（Control Pulse）转换成电触发脉冲FP（Firing Pulse），并通过光接口板转换成光触发脉冲FP，经过光缆发送到换流阀每个晶闸管级的控制单元TCU（Thyristor Control Unit），触发阀上每个晶闸管。同时VCU还接收由换流阀每个晶闸管级的控制单元TCU发回的晶闸管状态信号，并发送到晶闸管监测单元THM（Thyristor Monitoring）进行处理。

1.2 硬件结构

VCU采用模块化设计，主要由光控制机箱和各种设备接口组成。针对12 脉动换流阀的Y桥和D桥，灵宝换流站VCU由VCY机箱和VCD机箱组成，每个机箱包含2块中心处理单元（PS900）和12塊光接口I/O板（PS906），中心处理单元PS900是极控制系统与阀控制光接口板PS906的重要智能功能转换设备，每一个中心处理单元可以用软件设定控制1到12个阀。在灵宝工程中，左侧的1块PS900和6块PS906与右侧的1块PS900和6块PS906构成冗余的A/B系统。

2 故障现象及分析

2.1 故障情况

2017年4月4日，灵宝换流站运行人员工作站报出“PCP B 330kV侧VCU接口故障”、 “PCP B 紧急故障出现”、“PCP B 退出备用”等事件。现场检查及控制系统PCPB主机退出备用，VCY机箱和VCD机箱B系统电源全部丢失，根本原因为B系统110V/24V电源转换模块输出异常。

2.2 问题分析

VCU机箱供电方式如图1所示，A/B两套冗余系统分别来自两路不同的110V直流电源，各经一块PHOENIX QUINT-PS电源模块后转换为24V分别为A/B系统的PS900供电。当B系统的PHOENIX QUINT-PS故障时，造成VCY机箱和VCD机箱的B系统全部退出运行，最终导致阀控系统和极控系统同时失去冗余，降低整个直流输电系统的可靠性，成为高压直流系统稳定运行的重大隐患。

3 解决方案

3.1 增加冗余的电源模块

为了避免单一电源模块故障造成VCU和直流控制系统失去冗余，在原有两个电源模块的基础上再增加两个PHOENIX QUINT-PS电源模块。每两个电源模块输出经过耦合二极管并联后给一台VCU机箱供电，其接线如图2所示，耦合二极管选用PHONIX的DIODE/40。改造后，即使单路电源丢失或单个电源模块故障，两套VCU均能正常工作。

3.2 完善故障报警监视功能

为了及时发现和解决电源回路

故障，提高VCU的供电可靠性，增加冗余的电源模块的同时也对电源回路的监视功能进行完善。

PHOENIX QUINT-PS电源模块有一付常开接点，在电源正常工作时，接点闭合，电源丢失或工作异常时接点断开。将为同一个VCU机箱供电的两个电源模块的常开接点串联后，接入外部24V电源驱动中间继电器， 并将中间继电器的两付常开接点分别接入两套直流场测控的RS851板卡，回路如图3所示。RS851板卡是一个通用数字量输入板卡，能够将数字量信号转换为告警事件发送给运行人员工作站。

4 总结

VCU的是直流输电的一个核心部件，增加VCU的供电可靠性，完善电源回路的监视功能，对解决VCU装置隐患、提高直流供电可靠性有重要帮助。针对该问题，国家电网公司《防止直流换流站单、 双极强迫停运二十一项反事故措施》6.2.1也对阀控系统的设计提出了明确要求：“每套阀控系统应由两路完全独立的电源同时供电，一路电源丢失，不影响阀控系统的工作。”

参考文献：

[1]韩伟.灵宝换流站控制/直流保护系统与阀的接口设计[J].高电压技术，2005，31（02）：48-49.

[2]黄瑶玲等.直流换流站换流阀控制技术比较分析[J].电子世界， 2016（23）：192-193.

[3]张俊.直流输电工程换流阀控制系统对比分析[J].电力系统保护与控制，2014（20）.endprint