葛南直流工程可控硅试验仪的应用研究

（国网湖北省电力公司检修公司特高压交直流运行检修中心 湖北宜昌 443000）

1 概述

在葛南直流输电工程是国内一个500kV直流输电工程，相关设备由BBC公司生产。1986年投入使用至今已运行近30年。近几年葛南工程大量进行改造，部分设备实现国产化，包括阀基电子（VBE）、可控硅、TE板等换流阀核心设备都已完成国产化改造。原有的可控硅测试仪已不能满足新设备的要求。新仪器的研制，使得可控硅级试验项目更加完善、试验流程更简洁，对提高换流阀可靠性有着重要意义。

2 可控硅工作原理及基本结构

2.1 可控硅特点

现有直流工程，单阀是由若干个可控硅串连组成。可控硅的特性就决定了阀的特性。可控硅应只具有单向导通的性能；在可控硅不导通时，能够承受正向和反向的阻断电压；若可控硅两侧有正向电压，同时门极有足够大的触发电流（大约 8A）时，则可控硅导通。只有流过阀的电流降为零时才关断；

2.2 可控硅级的结构

如图所示，每个可控硅均配有一套TCU、阻尼回路、分压回路、取能回路，共同组成一个可控硅级。R11/R12/R13/R14、C11/C12构成阻尼回路，使串连的可控硅级电压均匀分布，同时防止可控硅被陡波冲击。R41/R42构成分压回路，用于TE板对可控硅两侧电压的测量。C3和R3分别为暂态充电电容和电阻，构成TE板取能回路。TE板用于接收触发脉冲信号，对可控硅发出触发电流，向阀控发出回检信号，TE板还带有 BOD等保护功能。原有的可控硅测试仪仅完成了可控硅的正向导通测试，不仅不能全面检测可控硅的性能，也不能测试可控硅级其他元件性能。

3 可控硅试验仪的功能

3.1 可控硅的检测

根据可控硅的特点试验仪需要检测可控硅以下几点特性：

1.阻断特性

在可控硅不导通时应具有正、反向耐压能力。在一个单阀内可控硅两端的电压分布是由可控硅的阻断电阻决定。但由于可控硅的阻值及阻尼回路阻抗值不可能完全一致，势必存在误差，导致阀段上电压分布不均，此时可控硅的阻断特性将保证阀的运行稳定性。在最不均匀的情况下，单一可控硅的承受电压为：1.05*400/ [（15-1）*8]=3.75kV.

其中1.05：不均匀系数；400kV：直流耐压水平；8：阀单元数；15：每个阀段可控硅数

在正常情况可控硅泄露电流值小于1.5mA，阻尼回路在直流电压作用下产生的电流为：3.75/500=7.5mA。此时最差的情况是一个可控硅没有泄漏电流，此时电流从它并联的阻尼回路流过，该可控硅的承受电压为：（7.5+1.5）*500=4.5kV。

所以测试仪设计的正向、反向电压应为4.5kV。在可控硅关断后，检测反向耐压，可验证可控硅恢复阻断功能。

2.正向导通性

当TE板取能回路充电达到22V，并且可控硅两侧电压超过约32V时，TE板收到阀控制单元（VBE）来的触发脉冲信号，此时TE板会向可控硅发出触发电流。葛南工程改造后，极控可以通过试验模式，在阀未解锁的条件下，使阀控制单元向TE板发出触发脉冲。此时试验仪只需在可控硅测量施加足够大的正弦半波电压，即可导通。通过测量导通电流，可判断可控硅导通正常

3.2 可控硅级的检测

除了可控硅本身的检测外，可控硅级其他元件的好坏同样也关系到阀的稳定运行。

1、阻尼回路

在可控硅不导通的情况下，施加不同频率的交流电压后测量电流值。计算阻尼回路的阻抗值，其阻抗值不应超过额定的5%。

2、TE板

当可控硅被导通时，TE板会自动发送回检信号。所以通过试验仪监视TE板的回检信号可判断TE板工作是否正常。TE板的回检信号是通过光发射器产生连续高电平信号，试验仪通过光接收器检测该信号的宽度可判断TE板工作状态。

4 可控硅试验仪的设计

4.1 试验仪硬件结构

新的可控硅试验仪采用单片机作为核心，键盘、显示屏、通讯接口作为外围设备。硬件部分主要包括模数转换器、采样回路、存储器、交直流电源回路、主机电路、人机联系部件等。通过外部的把手实现对可控硅两侧加压和测量正向电流。

图4 .1 试验仪硬件结构图

人机接口可用于选择单一试验项目或连续试验项目的选择，试验结果的显示。通讯接口应可将试验数据、结果调出，方便查看。此外可控硅试验时，可能会对可控硅两侧施加高电压，所以，把手应采用好的绝缘材料，试验仪应安装停止按钮，保证试验的安全。

4.2 试验仪软件设计

可控硅试验仪的软件应包含监控程序和接口管理程序两部分。监控程序是面向操作面板、显示器的管理，包括操作输入，存储设置功能与工作参数。通过控制I/O接口采集数据，对数据进行分析、处理。显示相关状态信号和处理结果。接口管理程序主要是对通信接口。分析来自通信接口总线的信息，输出仪器的状态信息和测量数据等。

4.3 试验仪工作流程

以可控硅导通试验为例，其工作过程为：操作面板发出启动试验信号，单片机命令驱动单元控制电源输出正弦半波电压。通过把手电压加在可控硅两侧。再由把手采集正向电流，经A/D转换送入单片机。单片机对数据进行计算分析将运算结果存入RAM中，判断可控硅是否正常导通，同时将结构显示于显示器上，停止电源输出终止试验，测试仪复位至初始状态。

由于单片机的使用，可大大提高试验仪的扩展功能和运算功能，能完成很复杂的信号处理工作。大大提高了可控硅试验仪的功能性和智能化程度。为直流工程的稳定运行提供了有力的技术支撑。