杨万开，曾南超，刘飞

(1.中国电力科学研究院，北京市 100192;2.西安西电电力系统有限公司，西安市 710075)

0 引言

高压直流系统传输容量的快速增长使得换流阀技术和控制保护技术得到了飞速的改进和提高，输送距离的延长推进了特高压直流输电技术［1-6］。6英寸大容量晶闸管换流阀的应用，以及换流阀与控制保护接口技术的应用，使得不同技术路线控制保护技术与不同技术路线的换流阀之间实现了连接，并在特/超高压直流输电工程中得到了应用［7］。

在锦屏—苏州±800kV特高压直流输电工程系统调试［8-9］过程中，锦屏站发生了几次换流器闭锁后，直流控制(换流器控制)给VBE下达指令投旁通对，但在投旁通以后，VBE-RDY突然变成零电位，导致VBE退出运行;在进行VBE盘柜110 V电源丢失试验时，VBE-RDY变为零电位，导致直流换流器跳闸闭锁。本文对VBE-RDY信号变为零问题进行详尽分析，并提出改进措施，为工程的顺利投运打好坚实的基础，也为进一步推进特高压直流输电工程建设和系统调试工作积累基础技术资料和经验。

1 VBE工作原理

锦苏特高压直流工程锦屏换流站极I 2个换流阀和极II高端换流阀采用基于SIEMENS(西门子)公司技术的换流阀［10］。换流阀的控制和监控系统是由阀基电子设备(valve base electronics，VBE)实现的，VBE不仅对换流阀晶闸管进行触发和监测，同时也是换流阀和其他控制保护系统的接口。VBE的功能是:产生所有晶闸管换流阀的触发脉冲，监测晶闸管换流阀及其相关设备的状态，在反向恢复期保护晶闸管免受损坏，产生换流阀电流过零关断信号，执行自检等。

晶闸管触发和监测系统结构图如图1所示。TC＆M的硬件由2个互为热备用冗余的微处理器系统组成，也就是2个系统在运行时都在工作，但只有1个系统在控制换流阀。每个系统的故障检测包括:信号检测、看门狗逻辑、自检和微处理器互检。一旦有故障，“VBE 就绪”(VBE READY，VBE-RDY)信号立即启动切换逻辑，自动切换到备用系统。如果2套TC＆M都发出VBE-RDY信号置零，立即产生1个跳闸信号并将阀闭锁。

图1 晶闸管触发和监测系统结构图Fig.1 Diagram of thyristor firing and monitoring system

2 换流器跳闸VBE-RDY信号置零分析

2.1 VBE-RDY信号置零分析

在锦苏特高压直流工程极II高端换流器系统调试过程中，锦屏站模拟极Ⅱ高端换流器极母线差动保护闭锁试验时，当换流器保护闭锁后，出现 VBE-RDY变成零电位导致VBE退出运行的故障，换流器隔离［11］。TFR录波图如图2所示。

按照工程换流器保护设计原则，模拟极Ⅱ整流侧直流极母线差动保护跳闸，换流器不应隔离，但在模拟试验中极Ⅱ高端换流器报阀控故障并隔离。经过分析，当时的工况是模拟极II直流母线差动故障，保护将换流阀对应断路器跳闸，在发出跳闸指令的同时，极控给VBE下达指令投旁通对，但在投旁通以后，VBE-RDY突然变成零电位，导致VBE退出运行。

图2 极Ⅱ高端极母线差动保护跳闸，换流器隔离录波图Fig.2 Converter insulation record waves while DC pole bus differential protection tripping of pole 2 high voltage converter

通过检查系统调试记录，对极II系统调试锦屏侧5次模拟高端换流器保护跳闸试验进行了分析，发现3次模拟跳闸试验投入旁通对发生了VBE-RDY变成零电位的故障，第1次是锦屏站极II高端换流器手动紧急停运，极隔离，换流器跳开，投入投旁通，直流换流器闭锁;第2次锦屏站下令模拟极Ⅱ高端换流器过流保护跳闸，事件显示“直流过流保护跳闸，直流闭锁”，极隔离，换流变跳开，换流器闭锁;第3次是锦屏站极Ⅱ高端极母线差动保护闭锁试验投旁通。3次都发生了VBERDY变成零电位的故障。2次极II高端换流器投入旁通对VBE-RDY未变成零电位的试验是:第1次在苏州站下令极Ⅱ双换流器紧急停运，先高端换流器紧急停运，锦屏站极II高端换流器隔离，投入投旁通，极II高端换流器闭锁;第2次是锦屏站进行极Ⅱ高端换流器不带线路开路试验，下令极Ⅱ直流电压手动由0 V上升至400kV，再由400kV下降至0 V，然后锦屏站闭锁极Ⅱ高端换流器。

通过以上5次试验投旁通对的操作，对VBE-RDY信号变化分析，得出结论:如果是在断路器跳闸时投旁通就会出现VBE-RDY置零导致VBE退出运行;而如果在断路器合闸的情况下投旁通对就不会发生VBERDY变成零电位导致VBE退出运行。也就是说断路器跳闸与不跳闸与VBE-RDY置零有密切关系。

2.2 VBE投旁通对逻辑关系分析

2.2.1 VBE 信号简介

VBE输入信号:换流变进线开关合闸信号(CB_ON)、触发控制信号(FCS)、欠压信号(UNDERVOLTAGE)、换流器解锁信号(DEBLOCKED)、系统有效信号(ACTIVE)、系统备用信号(PASSIVE)、投旁通对有效信号(BYPASS ACTIVE)、闭锁触发脉冲信号(BLOCK)。

VBE输出信号:电流过零信号(END OF CURRENT)、VBE就绪信号、换流阀跳闸信号(CONVERTER TRIP)、回报信号丢失(CHECK-BACK SIGNAL MISSING)、晶闸管无冗余(NO THYRISTOR REDUNDANCY)、回报信号太少产生跳闸(MIN.NO.OF CHECK-BACK SIGNAL NOT AVAILABLE)、触发脉冲丢失(FIRING PULSE MISSING)、阀检测正常(VALVE CHECK OK)、投旁通对(BYPASS)。

2.2.2 VBE投入旁通对的逻辑关系

(1)向上工程VBE投入旁通的条件。

在向家坝—上海特高压直流输电工程中复龙换流站4个换流阀均采用基于SIEMENS技术的换流阀，这些换流阀与极控接口VBE投旁通对的条件是:

DEBLOCK=1＆BLOCK=0 AND;ACTIVE=1＆PASSIVE=0 AND;旁通阀FCS触发AND;BYPASS ACTIVE=1。逻辑图如图3所示。

图3 向上直流复龙站换流阀VBE投入旁通对条件逻辑图Fig.3 Logic diagram of VBE BAPASS ACTIVE signal at Fulong Converter Station of Xiangshang UHVDC project

(2)锦苏工程VBE投入旁通的条件。

锦屏—苏州特高压直流输电工程锦屏换流站VBE投旁通对的条件是在向上特高压直流输电工程复龙换流器站的VBE接口设计逻辑的基础上增加了一个CB_ON=1条件，逻辑图如图4所示。

图4 锦屏站直流换流阀VBE投入旁通对条件逻辑图Fig.4 Logic diagram of VBE BAPASS ACTIVE signal at Jinping Converter Station of Jingsu UHVDC project

在上述锦苏工程5个逻辑条件中，如果:1)DEBLOCK=1＆BLOCK=0组合无效，VBE-RDY=0;2)ACTIVE=1＆PASSIVE=0组合无效，VBE-RDY=0;3)CB_ON=0＆DEBLOCK=1＆BLOCK=0组合无效，VBE-RDY=0。

增加CB_ON信号在换流器保护闭锁后，VBERDY变成零电位导致VBE退出运行，换流器隔离的原因是本文要讨论的核心技术问题。

在锦屏换流站进行极Ⅱ高端极母线差动保护闭锁试验时，出现VBE-RDY置零导致对应极控系统退出的故障是因为 CB_ON=0＆DEBLOCK=1＆BLOCK=0组合无效，所以造成VBE-RDY在其后2 ms变成了零电位。

2.3 换流器跳闸VBE-RDY信号置零剖析

在进行极Ⅱ高端极母线差动保护Z闭锁试验时，模拟极母线故障，差动保护发交流断路器跳闸指令，在发跳闸指令的同时，极控就发出投入旁通对的指令给VBE，VBE设计的逻辑是DEBLOCK=1＆BLOCK=0 AND ACTIVE=1＆PASSIVE=0 AND旁通阀FCS触发AND CB_ON=1 AND BYPASS ACTIVE=1才满足投旁通的要求。VBE投旁通对逻辑条件中，ACTIVE=1＆PASSIVE=0，旁通阀 FCS触发，BYPASS ACTIVE=1都是满足的，而DEBLOCK=1＆BLOCK=0的条件是不满足的。锦苏特高压直流工程极控核心技术采用基于ABB公司技术的直流控制保护，DEBLOCK和BLOCK是由极控发出的，如图5所示。在BYPASS ACTIVE=1满足时，极控是不满足的，因为在这个状态下极控的解锁信号已经变为零。

图5 极II高端换流器跳闸试验时，极控闭锁时序图Fig.5 Pole control record waves while DC pole bus differential protection tripping of pole 2 high voltage converter

从图5可以看出，尽管直流极控已经处于闭锁状态，而换流器闭锁信号还没发给VBE，DEBLOCK=1＆BLOCK=0的条件是不满足投入旁通对条件的。

为了满足换流阀接口VBE投旁通的条件，技术人员对换流器控制软件逻辑做了一个更改，如图6所示。从图6所示的软件可以看出，在直流极解锁信号由高电平变为低电平后，直流极闭锁，同时发出投入旁通对命令，而换流器控制发给VBE的仍然是解锁信号。

图6中线圈里的部分，换流器控制发给VBE的解锁信号要延时500 ms才能变为低电平，直到投旁通开关，才把极控闭锁的指令给VBE，所以真正的换流器控制(converter control and protection，CCP)发给VBE闭锁信号时序图如图7所示。

图6 换流器闭锁逻辑投旁通对与VBE接口逻辑图Fig.6 Logic diagram between CCP block logic bypass and converter valve VBE interface

图7 CCP发给VBE闭锁信号时序图Fig.7 Block sequence chart of CCP sending to VBE

在图7中，VBE投旁通的DEBLOCK=1＆BLOCK=0满足了条件，剩下只要CB_ON=1，VBE就可以正常执行旁通指令了，但是在进行极Ⅱ高端极母线差动保护Z闭锁试验时，CB_ON没有满足CB_ON=1的条件，如图7所示。

在图7中，0.55 s时刻换流变进线开关断开信号ACCB-OPEN-IND为 1，进线开关断开，也就是说0.55 s时交流断路器断开指令执行，根据图7所示，在0.55 s时刻VBE正在投旁通，换流器控制发给VBE的信息是换流器正处于解锁状态，而在换流器解锁状态下ACCB-OPEN-IND动作变成高电位，也就是交流断路器合闸信号处于零电位，即CB_ON=0，这就导致了VBE-RDY信号变成零电位，进而VBE退出运行。

3 直流电源丢失VBE-RDY置零分析

在锦苏特高压直流工程极I低端换流器系统调试过程中，锦屏站进行VBE盘柜直流电源丢失，控制系统切换试验，造成VBE跳闸，闭锁极I低端换流器。经检查引起VBE跳闸的原因是传给阀控表示VBE工作状态正常的VBE-RDY信号为零电位。VBE接口屏柜有2路110 V直流电源供电，当VBE有效系统失去一路110 V电源时，VBE系统和与之连接的阀控系统进行系统切换，直流系统会继续运行。然而拉开一路110 V直流电源，就造成了VBE跳闸，经检查发现VBE-RDY信号回路有问题。VBE-RDY信号有2路输出分别连接2套阀控系统，当一路VBE-RDY信号由于某种原因置零时，另一路VBERDY连接阀控系统正常，直流系统会继续稳定运行，当2路VBE-RDY信号都为零时，阀控收到VBE-RDY为零信息，就会发出VBE跳闸指令。而在进行110 V直流电源丢失试验时，VBE-RDY信号为零电位原因是因为2路VBE-RDY信号回路串入了来自不同直流屏的两路110 V直流电源的辅助触点，当断开一路110 V直流电源后，VBE电源回路开关的辅助触点就断开，阀控首先要进行控制系统切换，阀控系统切换后，由于另一路VBE接口屏的VBE-RDY信号回路也串入了电源开关的辅助触点，因此当断开一路110 V直流电源后，分别造成2路VBE-RDY信号回路中断，使得阀控接收到的VBE-RDY信号为零，即2路VBE-RDY信号都是零电位，造成了VBE保护跳闸。

4 处理措施

4.1 换流器跳闸VBE-RDY信号置零处理

由于锦苏直流锦屏侧在运行期间一直处于整流侧，直流系统停运时，投入旁通对的机会也较少，经过锦屏现场系统技术人员分析研究决定，只要整流侧换流器投入旁通对闭锁，VBE-RDY信号置为零电平，VBE退出运行，运行值班人员手动复位一次VBE就可以了。

后续在建的哈密南—郑州特高压直流输电工程，对换流器闭锁逻辑进行了修改，在直流换流阀解锁期间，CB_ON信号异常时阀控设备继续进行换流阀正常触发和监视功能，只发告警事件，不进行控制系统切换，不撤销VBE-RDY信号，也就是VBE-RDY信号与CB_ON信号状态无关，这样就保证了换流器跳闸闭锁、并投入旁通对之后，VBE-RDY信号不会在很短时间内变为零，直到换流器解锁信号变成低电平后，VBE-RDY信号变零。

4.2 直流电源丢失VBE-RDY置零处理

由于丢失一路110 V直流电源造成直流换流器跳闸停运，严重危及直流系统的稳定运行，必须对110 V直流电源丢失造成VBE-RDY信号置零故障进行处理，消除隐患。将串入VBE-RDY信号回路的来自不同直流屏的两路110 V直流电源的辅助触点拆除，然后短接，使得110 V直流电源丢失不会影响VBE-RDY信号回路。处理完毕后，重新进行试验，阀控系统切换，直流系统稳定运行。

5 结语

本文对锦屏—苏州特高压直流工程锦屏换流站基于SIEMENS技术的换流阀的VBE-RDY置零故障进行了分析，指出了锦屏站VBE-RDY信号不仅与投入旁通对指令信号有关，而且与换流变进线开关的状态信号CB_ON信号有关。解决与投入旁通对有关的方法是在换流器闭锁信号延时500 ms发给VBE，解锁信号延时500 ms变为零;解决与CB_ON信号有关方法是CB_ON信号异常时阀控设备继续进行换流阀正常触发和监视功能，只发告警事件，不进行控制系统切换，不撤销VBE-RDY信号，也就是说VBE-RDY的状态与CB_ON信号状态无关。

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