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[摘 要]换流阀控制保护系统是直流输电控制保护系统核心设备，属于分层分布控制保护系统最底层一级设备。采用分层结构，可以提高运行的可靠性，使任一环节故障所造成的影响和危害程度控制到最小，同时还能提高运行操作、维护的方便性和灵活性。最后，阐述换流阀控制保护系统工作原理。
[关键词]直流输电；换流阀；控制保护系统
中图分类号：TM83 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0177-01
直流输电技术将直流输电换流站和直流输电线路的全部控制功能按等级分为若干层次而形成控制保护设备结构。采用分层结构，可以提高运行的可靠性，使任一环节故障所造成的影响和危害程度控制到最小，同时还能提高运行操作、维护的方便性和灵活性。特高压直流输电控制保护设备从高层次等级至低层次等级分别为：系统控制保护级、双极控制保护级、极控制保护级、换流器控制保护级、單独控制保护级或换流阀控制保护级。换流阀控制保护系统属于最底层一级设备，实现换流阀触发、监测和保护功能，为直流输电控制保护系统的核心设备，控制保护对象为换流阀。
一、换流阀控制保护系统的工作原理
换流阀控制保护系统由阀基电子设备（VBE）、晶闸管触发监测单元（TTM）、漏水检测器和避雷器动作指示器组成，其中 VBE 处于地电位，TTM、漏水检测器和避雷器动作指示器处于高电位。上层控制保护系统有换流器控制保护设备（CCP）、数据采集与监控系统（SCADA）和全球定位系统（GPS），VBE 和 CCP 采用光纤传输各种控制信号，提高抗干扰能力；VBE 和 SCADA 系统通过总线通信传输事件信息；GPS 将时钟信号传输给 VBE。VBE 和高电位设备采用光纤传输，提高抗干扰能力和保证绝缘强度。
二、阀基电子设备
VBE 主要由 CCP 信号处理模块、SCADA 系统通信模块、自检和保护模块、换流阀触发监测保护模块等组成。VBE 为完全独立的双冗余系统，一套处于运行状态，另一套处于热备用状态。若运行系统出现故障，可无扰动切换到另一套系统运行，允许带电检修和在线更换电路板，具有完善的自检和保护功能。换流阀触发监测保护模块为换流阀控制保护系统核心部分，主要完成对换流阀晶闸管的触发控制、对换流阀晶闸管状态信息的采集和换流阀保护、监测换流阀阀塔漏水情况、监测避雷器动作情况。在直流输电系统正常投入运行或者系统试验需要时，换流阀触发监测保护模块根据 CCP 解锁换流阀，接收 CCP 下发的换流阀触发指令，并将该指令进行解码和重新编码后发送至位于换流阀上的 TTM。直流输电系统正常或者故障停运时，VBE 按照 CCP 进行换流阀闭锁和投旁通对操作，闭锁换流阀后，停止向换流阀发送触发脉冲；投旁通对时向 CCP 选定的单阀发送触发脉冲。
三、晶闸管触发监测单元
TTM 主要功能包括：取能和储能、光电和电光转换、晶闸管正常触发监测、电流断续保护、晶闸管反向恢复保护、正向过电压和 dv/dt 保护等。TTM 位于高电位，其工作电源从所在的晶闸管级阻尼回路获取，所取得的能量需要满足晶闸管强触发、运算和逻辑电路工作要求。在直流输电系统正常和故障状态下，特别是当交流系统发生单相对地故障、三相对地短路故障或三相对地金属短路故障时，TTM 在一定时间内能够维持正常触发，不会因储能电路需要充电而造成恢复的延缓。光电转换电路将 VBE 下发的光信号脉冲编码进行光电转换，供 TTM 逻辑控制电路，TTM 根据 VBE 命令进行触发和监测晶闸管；同时，将 TTM 实时检测到的晶闸管级状态、各种保护触发信号转换成光脉冲编码回传给 VBE，实现 TTM 与VBE 之间晶闸管级状态信息的光信号传输。
正常触发监测电路将光电转换后的 VBE 触发指令进行解码，并触发对应的晶闸管。在高压直流输电换流阀中，每个单阀都由很多晶闸管串联组成，由于触发系统及晶闸管本身参数的分散性，会导致串联阀中各个晶闸管的开通时刻不尽相同，造成阀中元件承受的电强度差别较大，元件本身固有的耐受过电压能力脆弱、dv/dt 和 di/dt 承受能力有限等特点，可能会造成阀中某个晶闸管的损坏，影响换流阀的可靠运行。
四、漏水检漏器及避雷器动作指示器
1.漏水检漏器。安装于阀塔底部的漏水检测器和 VBE 漏水监视器共同完成阀塔漏水的监测。当阀漏水检测开关投入时，VBE 漏水监视器实时向漏水检测器发送一定频率的光脉冲，当阀塔不漏水时，漏水检测器光路通畅，发送的光脉冲返回至 VBE漏水监视器。当阀塔漏水时，漏水检测器光路被阻挡，发送的光脉冲不能返回至 VBE 漏水监视器，算作 1 次漏水。在一定时间内记录不能返回的光脉冲次数，用以判断漏水的级别（分为渗漏和泄漏），阀塔漏水报警通过 Profibus 总线上传至 SCADA 系统。
2.避雷器动作指示器。避雷器动作指示器安装在阀体避雷器底部，与 VBE 之间采用光纤连接。避雷器动作时指示器产生特定编码的光脉冲信号通过光纤送至 VBE 机柜内的避雷器监视器，VBE 根据接收的编码计算避雷器动作次数，并将避雷器动作次数通过 Profibus 总线上传至 SCADA 系统。
五、结语
换流阀控制保护系统能够按照上层控制系统完成所有控制操作，很好地监测换流阀每个晶闸管级、阀避雷器动作情况、阀塔漏水情况，并采取相应的保护措施。换流阀控制保护系统投入工程运行以来，运行情况良好、性能特别稳定；原理设计正确，硬件和软件可靠性高。
参考文献：
[1]冯阳.基于通用性的控制保护系统平台化设计[J]. 黑龙江科技信息. 2012（22）
[2]石岩，韩伟，张民，王庆.特高压直流输电工程控制保护系统的初步方案[J].电网技术. 2007（02）
[3]汪道勇，沈志刚，黄胜.2003～2006年政平站控制保护系统运行分析[J].高电压技术. 2007（12）
[4]雷霄，许自强，王华伟，李新年，吴娅妮，杨鹏，刘耀.±800kV特高压直流输电工程实际控制保护系统仿真建模方法与应用[J].电网技术.2013（05）
[关键词]直流输电；换流阀；控制保护系统
中图分类号：TM83 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0177-01
直流输电技术将直流输电换流站和直流输电线路的全部控制功能按等级分为若干层次而形成控制保护设备结构。采用分层结构，可以提高运行的可靠性，使任一环节故障所造成的影响和危害程度控制到最小，同时还能提高运行操作、维护的方便性和灵活性。特高压直流输电控制保护设备从高层次等级至低层次等级分别为：系统控制保护级、双极控制保护级、极控制保护级、换流器控制保护级、單独控制保护级或换流阀控制保护级。换流阀控制保护系统属于最底层一级设备，实现换流阀触发、监测和保护功能，为直流输电控制保护系统的核心设备，控制保护对象为换流阀。
一、换流阀控制保护系统的工作原理
换流阀控制保护系统由阀基电子设备（VBE）、晶闸管触发监测单元（TTM）、漏水检测器和避雷器动作指示器组成，其中 VBE 处于地电位，TTM、漏水检测器和避雷器动作指示器处于高电位。上层控制保护系统有换流器控制保护设备（CCP）、数据采集与监控系统（SCADA）和全球定位系统（GPS），VBE 和 CCP 采用光纤传输各种控制信号，提高抗干扰能力；VBE 和 SCADA 系统通过总线通信传输事件信息；GPS 将时钟信号传输给 VBE。VBE 和高电位设备采用光纤传输，提高抗干扰能力和保证绝缘强度。
二、阀基电子设备
VBE 主要由 CCP 信号处理模块、SCADA 系统通信模块、自检和保护模块、换流阀触发监测保护模块等组成。VBE 为完全独立的双冗余系统，一套处于运行状态，另一套处于热备用状态。若运行系统出现故障，可无扰动切换到另一套系统运行，允许带电检修和在线更换电路板，具有完善的自检和保护功能。换流阀触发监测保护模块为换流阀控制保护系统核心部分，主要完成对换流阀晶闸管的触发控制、对换流阀晶闸管状态信息的采集和换流阀保护、监测换流阀阀塔漏水情况、监测避雷器动作情况。在直流输电系统正常投入运行或者系统试验需要时，换流阀触发监测保护模块根据 CCP 解锁换流阀，接收 CCP 下发的换流阀触发指令，并将该指令进行解码和重新编码后发送至位于换流阀上的 TTM。直流输电系统正常或者故障停运时，VBE 按照 CCP 进行换流阀闭锁和投旁通对操作，闭锁换流阀后，停止向换流阀发送触发脉冲；投旁通对时向 CCP 选定的单阀发送触发脉冲。
三、晶闸管触发监测单元
TTM 主要功能包括：取能和储能、光电和电光转换、晶闸管正常触发监测、电流断续保护、晶闸管反向恢复保护、正向过电压和 dv/dt 保护等。TTM 位于高电位，其工作电源从所在的晶闸管级阻尼回路获取，所取得的能量需要满足晶闸管强触发、运算和逻辑电路工作要求。在直流输电系统正常和故障状态下，特别是当交流系统发生单相对地故障、三相对地短路故障或三相对地金属短路故障时，TTM 在一定时间内能够维持正常触发，不会因储能电路需要充电而造成恢复的延缓。光电转换电路将 VBE 下发的光信号脉冲编码进行光电转换，供 TTM 逻辑控制电路，TTM 根据 VBE 命令进行触发和监测晶闸管；同时，将 TTM 实时检测到的晶闸管级状态、各种保护触发信号转换成光脉冲编码回传给 VBE，实现 TTM 与VBE 之间晶闸管级状态信息的光信号传输。
正常触发监测电路将光电转换后的 VBE 触发指令进行解码，并触发对应的晶闸管。在高压直流输电换流阀中，每个单阀都由很多晶闸管串联组成，由于触发系统及晶闸管本身参数的分散性，会导致串联阀中各个晶闸管的开通时刻不尽相同，造成阀中元件承受的电强度差别较大，元件本身固有的耐受过电压能力脆弱、dv/dt 和 di/dt 承受能力有限等特点，可能会造成阀中某个晶闸管的损坏，影响换流阀的可靠运行。
四、漏水检漏器及避雷器动作指示器
1.漏水检漏器。安装于阀塔底部的漏水检测器和 VBE 漏水监视器共同完成阀塔漏水的监测。当阀漏水检测开关投入时，VBE 漏水监视器实时向漏水检测器发送一定频率的光脉冲，当阀塔不漏水时，漏水检测器光路通畅，发送的光脉冲返回至 VBE漏水监视器。当阀塔漏水时，漏水检测器光路被阻挡，发送的光脉冲不能返回至 VBE 漏水监视器，算作 1 次漏水。在一定时间内记录不能返回的光脉冲次数，用以判断漏水的级别（分为渗漏和泄漏），阀塔漏水报警通过 Profibus 总线上传至 SCADA 系统。
2.避雷器动作指示器。避雷器动作指示器安装在阀体避雷器底部，与 VBE 之间采用光纤连接。避雷器动作时指示器产生特定编码的光脉冲信号通过光纤送至 VBE 机柜内的避雷器监视器，VBE 根据接收的编码计算避雷器动作次数，并将避雷器动作次数通过 Profibus 总线上传至 SCADA 系统。
五、结语
换流阀控制保护系统能够按照上层控制系统完成所有控制操作，很好地监测换流阀每个晶闸管级、阀避雷器动作情况、阀塔漏水情况，并采取相应的保护措施。换流阀控制保护系统投入工程运行以来，运行情况良好、性能特别稳定；原理设计正确，硬件和软件可靠性高。
参考文献：
[1]冯阳.基于通用性的控制保护系统平台化设计[J]. 黑龙江科技信息. 2012（22）
[2]石岩，韩伟，张民，王庆.特高压直流输电工程控制保护系统的初步方案[J].电网技术. 2007（02）
[3]汪道勇，沈志刚，黄胜.2003～2006年政平站控制保护系统运行分析[J].高电压技术. 2007（12）
[4]雷霄，许自强，王华伟，李新年，吴娅妮，杨鹏，刘耀.±800kV特高压直流输电工程实际控制保护系统仿真建模方法与应用[J].电网技术.2013（05）