CN102035189A - 一种新型换流阀模块试验晶闸管监测与保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统器件领域，具体涉及一种新型换流阀模块试验晶闸管监测与保护系统。由晶闸管电子设备(TE)、阀基电子设备(VBE)、控制保护系统等组成。控制保护系统根据当前换流阀运行工况，计算晶闸管的触发角，并将其发送至阀基电子单元(VBE)，VBE产生触发编码脉冲至晶闸管电子设备(TE)，TE产生触发脉冲发送至晶闸管，从而触发晶闸管。TE根据晶闸管状态产生监测及保护回报脉冲，该回报脉冲通过光纤传至VBE，VBE对上传的状态信息进行汇总，然后通过CAN总线上传至控制保护系统，由控制保护系统完成对阀模块晶闸管级的状态信息进行监测。换流阀在正常运行过程中，若晶闸管承受的电压超过晶闸管的耐受能力，可能会损坏晶闸管，因而对晶闸管的保护技术显得极为重要，通过控制保护系统、VBE和TE完成对换流阀模块正常运行的保护。

Description

一种新型换流阀模块试验晶闸管监测与保护系统
技术领域
本发明涉及电力系统器件领域，具体涉及一种新型换流阀模块试验晶闸管监测与保护系统。
背景技术
换流阀的监测与保护系统是它与外围设备和晶闸管相连的核心，其基本的原理如框图所示。通过从阀控单元(VC)接收触发角信号，通过阀基电子设备(VBE)产生触发编码脉冲，发送给晶闸管电子设备(TE)，TE接收该触发编码脉冲后产生触发信号，并将该信号施加至晶闸管的门极，从而使晶闸管正常触发。TE同时将晶闸管的相关状态信息返送至VBE，VBE对该信号进行分析汇总，然后返送至VC，从而达到对晶闸管的状态信息进行监测的目的。由于其技术复杂，集成度高，目前国内还没有类似技术，国外还没有类似专利。本专利即是在这样一种背景下提出，通过深入研究换流阀的监测与保护系统的原理，提出触发与监测系统的设计方案。专利“一种晶闸管阀触发与监测系统”(CN200910235794.9)同样描述的晶闸管阀的触发与监测，但其用途主要是设计可重构型静态无功补偿器(SVC)/直流融冰复合装置。该专利所涉及的晶闸管阀的触发与检测系统是利用计算机及控制保护系统对晶闸管阀进行的触发、监测与保护，系统设计复杂，冗余项目较多，信息传输量大，容易引起故障。本发明设计了专用的触发编码脉冲，对于晶闸管和晶闸管电子设备(TE)的状态进行监测，对于监测的信息利用脉冲识别，设计思路清晰、易于实现，可靠性高。
发明内容
本发明的目的是提供了一种新型的换流阀模块试验晶闸管监测与保护系统的设计方法。一种晶闸管的监测与保护系统由晶闸管电子设备(TE)、阀基电子设备(VBE)、控制保护系统等组成。其工作原理如附图1所示，控制保护系统根据当前换流阀运行工况，计算晶闸管的触发角，并将其发送至阀基电子单元(VBE)，VBE产生触发脉冲至晶闸管电子设备(TE)，TE产生触发脉冲发送至晶闸管，从而触发晶闸管。TE根据晶闸管状态产生监测及保护回报脉冲，该回报脉冲通过光纤传至VBE，VBE编码后发送至VC，从而完成晶闸管的监测与回报。
本发明的一种新型换流阀模块试验晶闸管监测与保护系统，其特征在于包括：
控制保护系统、阀基电子设备(VBE)和晶闸管电子设备(TE)三部分组成，TE和晶闸管之间有三根线连接，分别是晶闸管阳极接线VT、晶闸管门极接线Gate、晶闸管阴极接线VG.，VT和VG是用来测量晶闸管阳极对阴极的电压，Gate是为了向晶闸管门极发送触发脉冲，VBE和TE之间有两根光纤连接，一个是为了向TE发送触发脉冲，一个是为了收取TE回报的晶闸管状态信息，VBE和控制保护系统之间有三根数据线连接，分别是VBE状态信息，触发角信息，及CAN总线；
所述TE用于完成对晶闸管级的监测，电路板取能监测是指当电压大于36V时，向VBE回报脉冲宽度约为20～25us的回报脉冲，晶闸管的触发监测是指，当晶闸管被触发时，TE向VBE回报脉冲宽度约为12～18us的回报脉冲，晶闸管的过电压保护监测是指当晶闸管发生过电压保护时，TE向VBE回报脉冲宽度约为5～8us的回报脉冲，这些回报脉冲都是通过光纤上传至VBE；
所述回报脉冲上传至VBE后，通过逻辑控制系统对其进行分类，利用脉冲宽度对其进行识别，识别后的脉冲按照状态信息进行编码，编码的格式按照CAN总线协议，最后通过CAN总线上传至控制保护系统；
所述VBE和控制保护系统之间的信息交互内容有VBE状态信息，是VBE为了向控制保护系统说明其工作状态，如果VBE状态信息是高电平，则控制保护系统认为VBE正常，并向VBE发送触发角信号，该信号为脉冲宽度为120°的电平信息；
所述TE将完成对晶闸管级的保护，正向过电压保护是通过测量晶闸管阳极对阴极的电压，当正向电压大于晶闸管级保护水平4kV时，向晶闸管发送门极脉冲，触发晶闸管，从而达到保护晶闸管的目的，恢复期保护是当检测到晶闸管在负压30V时，电压突然变为正压，且电压大于1kV时，向晶闸管门极发送触发脉冲，触发晶闸管，达到保护晶闸管的目的。
具体晶闸管状态信息编码如附图2所示，当触发脉冲编码发送至VBE，解码后发送晶闸管触发信号至TE，TE产生触发脉冲，触发晶闸管，如图中晶闸管电压中正常触发波形，此时TE回报的状态信息有22us和17us的脉冲。当晶闸管两端的电压达到保护水平时，晶闸管回报20～25us的取能回报及12～18的触发回报脉冲。当晶闸管两端的电压大于保护水平时，晶闸管被保护性触发，电压波形见图中第二个，此时回报的状态信息5～8us的脉冲。当晶闸管在负电压时，若此时检测到有正向电压并超过保护水平，晶闸管被保护型触发。
本发明设计的监测信息主要有：
(1)晶闸管和TE取能脉冲，脉冲宽度为20～25us；
(2)TE回报的触发回报，脉冲宽度为12～18us；
(3)晶闸管正向过电压保护回报脉冲，脉冲宽度为5～8us。
本发明所设计的的保护功能有：
(1)晶闸管正向过电压保护晶闸管免受过高的晶闸管正向电压而损坏。保护触发晶闸管并发送回报脉冲给VBE。正向过电压的保护水平为4～4.5kV.
(2)晶闸管反向恢复保护
防止晶闸管在恢复期承受过高的电压被损坏，保护动作后，触发晶闸管并发送回报脉冲给VBE。恢复期的负压约为-30V，恢复期的正压保护水平约为1～1.5kV。
本发明技术方案的优点是：
本发明设计了专用的触发编码脉冲，对于晶闸管和晶闸管电子设备(TE)的状态进行监测，对于监测的信息利用脉冲识别，设计思路清晰、易于实现，可靠性高。目前国内尚没有公开类似的创新性技术，打破了国外技术垄断，为实现换流阀国产化自主研发提供了保障。
附图说明
为了使本发明的内容被更清楚的理解，并便于具体实施方式的描述，下面给出与本发明相关的附图说明如下：
图1是换流阀监测与保护系统原理框图；
图2是触发与监测与保护波形设计图。
图3是晶闸管过电压保护试验波形图
图4是晶闸管回报信息试验波形图
具体实施方式
为了使本发明的内容被更清楚的理解，现在说明其具体的实施方式。
参考附图1，一种新型换流阀模块试验晶闸管监测与保护系统，是由控制保护系统、阀基电子设备(VBE)、晶闸管电子设备(TE)三部分组成。TE和晶闸管之间有三根线连接，分别是晶闸管阳极接线VT、晶闸管门极接线Gate、晶闸管阴极接线VG.。VT和VG是用来测量晶闸管阳极对阴极的电压，Gate是为了向晶闸管门极发送触发脉冲。VBE和TE之间有两根光纤连接，一个是为了向TE发送触发脉冲，一个是为了收取TE回报的晶闸管状态信息。VBE和控制保护系统之间有三根数据线连接，分别是VBE状态信息，触发角信息，及CAN总线。回报脉冲都是通过光纤上传至VBE。通过逻辑控制系统对其进行分类，利用脉冲宽度对其进行识别。识别后的脉冲按照状态信息进行编码，编码的格式按照CAN总线协议，最后通过CAN总线上传至控制保护系统。VBE和控制保护系统之间的信息交互内容有VBE状态信息，是VBE为了向控制保护系统说明其工作状态，如果VBE状态信息是高电平，则控制保护系统认为VBE正常，并向VBE发送触发角信号，该信号为脉冲宽度为120°的电平信息。
参考附图2，是晶闸管的监测与保护的波形设计图，晶闸管的电压波形由三部分组成，正常触发波形，正向过电压保护波形，恢复期保护波形。正常触发波形峰值约为100V，正向过电压保护峰值约为4～4.5kV，恢复期保护峰值约为1～1.5kV。监测信息是由三部分组成，取能回报信息，其脉冲宽度约为20～25us。触发回报信息，其脉冲宽度约为12～18us。正想过电压保护回报信息，其脉冲宽度约为5～8us。VBE通过检测不同的脉冲宽度，即可以识别不同的状态信息，从而达到对晶闸管监测的目的
参考附图3，当晶闸管两端的电压大于过电压保护水平4kV时，晶闸管被保护性触发，电压波形降至零，此时TE在电压降至零时回报过电压保护脉冲，如试验波形所示。图中示波器A通道为晶闸管两端的电压波形，峰值约为4.4kV。示波器B通道为晶闸管过电压时的回报脉冲。
参考附图4，是晶闸管被触发的试验波形，图中A通道TE的脉冲回报信息，B通道为晶闸管两端的电压波形，和过电压保护触发不同，此时晶闸管两端的电压峰值约为100V，这是由于晶闸管被正常触发使然，当晶闸管两端的电压约为30V时，TE向VBE发送取能回报，当晶闸管被触发时，向VBE发送触发回报脉冲。
上面通过特别的实施例内容描述了本发明，但是本领域技术人员还可意识到变型和可选的实施例的多种可能性，例如，通过组合和/或改变单个实施例的特征。因此，可以理解的是这些变型和可选的实施例将被认为是包括在本发明中，本发明的范围仅仅被附上的专利权利要求书及其同等物限制。

Claims (3)

1.一种新型换流阀模块试验晶闸管监测与保护系统，其特征在于包括：
控制保护系统、阀基电子设备(VBE)和晶闸管电子设备(TE)三部分组成，TE和晶闸管之间有三根导线连接，分别是晶闸管阳极接线VT、晶闸管门极接线Gate、晶闸管阴极接线VG.，VT和VG是用来测量晶闸管阳极对阴极的电压，Gate是为了向晶闸管门极发送触发脉冲，VBE和TE之间有两根光纤连接，一个是为了向TE发送触发脉冲，一个是为了收取TE回报的晶闸管状态信息，VBE和控制保护系统之间有三组数据线连接，分别是VBE状态信息，触发角信息，及CAN总线；
所述TE用于完成对晶闸管级的触发和监测，电路板取能监测是指当电压大于36V时，向VBE回报脉冲宽度约为20～25us的回报脉冲，晶闸管的触发监测是指，当晶闸管被触发时，TE向VBE回报脉冲宽度约为12～18us的回报脉冲，晶闸管的过电压保护监测是指当晶闸管发生过电压保护时，TE向VBE回报脉冲宽度约为5～8us的回报脉冲，这些回报脉冲都是通过光纤上传至VBE；
所述回报脉冲上传至VBE后，通过逻辑控制系统对其进行分类，利用脉冲宽度对其进行识别，识别后的脉冲按照状态信息进行编码，编码的格式按照CAN总线协议，最后通过CAN总线上传至控制保护系统；
所述VBE和控制保护系统之间的信息交互内容有VBE状态信息，是VBE为了向控制保护系统说明其工作状态，如果VBE状态信息是高电平，则控制保护系统认为VBE正常，并向VBE发送触发角信号，该信号为脉冲宽度为120°的电平信息；
所述TE将完成对晶闸管级的保护，正向过电压保护是通过测量晶闸管阳极对阴极的电压，当正向电压大于晶闸管级保护水平4kV时，向晶闸管发送门极脉冲，触发晶闸管，从而达到保护晶闸管的目的，恢复期保护是当检测到晶闸管在负压30V时，电压突然变为正压，且电压大于1kV时，向晶闸管门极发送触发脉冲，触发晶闸管，达到保护晶闸管的目的。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述监测信息包括：
(1)晶闸管和TE取能脉冲，脉冲宽度为20～25us；
(2)TE回报的触发回报，脉冲宽度为12～18us；
(3)晶闸管正向过电压保护回报脉冲，脉冲宽度为5～8us。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述保护功能包括：
(1)晶闸管正向过电压保护晶闸管免受过高的晶闸管正向电压而损坏，保护触发晶闸管并发送回报脉冲给VBE，正向过电压的保护水平为4～4.5kV；
(2)晶闸管反向恢复保护，防止晶闸管在恢复期承受过高的电压被损坏，保护动作后，触发晶闸管并发送回报脉冲给VBE，恢复期的负压约为-30V，恢复期的正压保护水平约为1～1.5kV。
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