CN103941176A - 一种高压直流输电换流阀的vbe系统设备故障检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压直流输电换流阀的VBE系统设备故障检测系统，包括：换流阀仿真电路，用于模拟换流阀的实际工作情况；VBE板卡测试平台，用于控制和监控换流阀阀片的工作状态；测试系统，用于向所述VBE板卡测试平台发送测试信号，并收集VBE板卡的运行状态数据；所述VBE板卡测试平台接收所述测试系统发送的测试信号，并对所述换流阀仿真电路就行监视和触发。本发明能够显示VBE板卡故障，使维修人员能够快速及时的排查VBE板卡故障，并针对性的制定维修计划和维修方案。

Description

一种高压直流输电换流阀的VBE系统设备故障检测系统

技术领域

本发明涉及高压直流输电领域，具体涉及一种高压直流输电换流阀的VBE系统设备故障检测系统。

背景技术

高压直流输电是目前应用广泛且发展迅猛的电力工业领域，在国家跨区域远距离送电、区域电网互联中承担重要角色。高压直流输电的一种特殊方式是将高压直流输电的整流站和逆变站合并在一个换流站内，在同一处完成将交流变直流，再由直流变交流的换流过程，其整流和逆变的结构、交流侧的设施与高压直流输电完全一样，具有常规高压直流输电的最基本的优点，可实现异步联网，较好地实现不同交流电压的电网互联，将2个交流同步电网隔离，能有效地隔断各互联的交流同步网间的相互影响，限制短路电流，且联络线功率控制简单，调度管理方便。与常规直流输电比较，其优点更突出：没有直流线路，直流侧损耗小；直流侧可选择低压大电流运行方式，以降低换流变压器、换流阀等有关设备的绝缘水平，降低造价；直流侧谐波可全部控制在阀厅内，不会产生对通信设备的干扰；换流站不需要接地极，无需直流滤波器、直流避雷器、直流开关场、直流载波等直流设备，因而比常规的高压直流输电节省投资。

不难看出，换流站在高压直流输电中的重要性，换流站的极控系统和换流阀主电路在换流站中起重要作用，所以对VBE(valve baseelectronics，阀基电子设备)系统中各板卡的工作状况或者损坏与否等情况有必要随时做出判断，如何判断其损坏或工作状况不是处于正常情况成为本领域人员应具备的能力，但现有技术中，并没有一个很好的系统或者平台来让本领域人员快速获取上述能力。

综上所述，现有技术还存在一定的缺陷。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种高压直流输电换流阀的VBE系统设备故障检测系统，能够显示VBE板卡故障，使维修人员能够快速及时的排查VBE板卡故障，并针对性的制定维修计划和维修方案。

为此本发明提供如下技术方案：

一种高压直流输电换流阀的VBE系统设备故障检测系统，包括：

换流阀仿真电路，用于模拟换流阀的实际工作情况；VBE板卡测试平台，用于控制和监控换流阀阀片的工作状态；测试系统，用于向所述VBE板卡测试平台发送测试信号，并收集VBE板卡的运行状态数据；所述VBE板卡测试平台接收所述测试系统发送的测试信号，并对所述换流阀仿真电路就行监视和触发。

进一步的，所述测试系统包括：

USB数据采集卡、监控PG(program，程序或软件)，所述监控PG内设置有VBE板卡测试程序调试软件，用于执行相关测试程序，并显示相关VBE板卡测试平台的测试结果；所述USB数据采集卡内设置有DSP(Digital Signal processor，数字信号处理器)编程芯片，用于接收所述监控PG的指令向VBE板卡测试平台发送测试控制信号，同时读取VBE测试平台的信息，并将所读取的VBE测试平台的信息上传至所述监控PG。

进一步的，所述换流阀仿真电路包括：

市电电源、开关、保险丝、调压器、RC(R为电阻的符号，C为电容的符号)阻尼电路、TVM(thyristor voltage monitor，阀电压监视)板、换流阀、负载，所述市电电源依次串联所述开关、保险丝、换流阀和负载构成通路；所述换流阀由4个阀片串联而成，每个阀片上均并联有一个RC阻尼电路和一块TVM板；所述调压器用于将市电电源的电压升高为实验电压，为换流阀仿真电路提供工作电压；所述RC阻尼电路用于限制阀片的电应力。

进一步的，所述VBE板卡测试平台包括：

控制板、光接收板、光发射板、RPU(Recovery protection unit,恢复期保护单元)板，所述控制板用于接收所述USB数据采集卡所发送的测试控制信号；所述控制板向所述光发射板发送触发脉冲信号，所述光发射板将所述触发脉冲信号转换为光触发脉冲发送至所述换流阀内的阀片用以触发阀片；所述光发射板设置有两块，一块光发射板同时为2块阀片发射触发脉冲信号；所述光接收板用以接收所述TVM板所返回的TVM板回检信号，并将所述TVM板回检信号发送至所述控制板，用以反馈所述阀片的状态；所述控制板将阀片电流关断信号发送至所述RPU板，所述RPU板用以防止阀片因过压而损坏；所述控制板、光接收板、光发射板、RPU板均将其各自的状态信号反馈至所述USB数据采集卡。

进一步的，所述测试控制信号包括：FCS(fire control signal,触发控制信号)、UV(under voltage，低电压)、CB_ON(circuit breakeron,断路器合闸)、CONV DBLK(converter deblock,换流器解锁)、BYPPAS-ACT(bypass active,旁通路有效)、SYSTEM ACT(system active,系统有效)、SYSTEM PAS(system passive,系统无效)、SPARE(spare，备用)。

进一步的：

所述控制板向所述USB数据采集卡反馈的状态信号为控制板接收的触发控制信号和对应阀电路的正压和负压信息；

所述光接收板向所述USB数据采集卡反馈的状态信号为光接收板对应阀段的正压和负压信息；

所述光发射板向所述USB数据采集卡反馈的状态信号为光发射板对应阀段的光触发脉冲；

所述RPU板向所述USB数据采集卡反馈的状态信号为RPU板对应阀段的零电流关断信号。

本发明通过设置换流阀仿真电路、VBE板卡测试平台、测试系统三者的有机结合，模拟出了换流站的极控系统和换流阀主电路的工作状况，并通过监控PG、USB数据采集卡、控制板、光发射板、光接收板、RPU板、RC阻尼电路、TVM板、换流阀阀片的设置，能够及时的显示相关VBE板卡的测试结果，所述测试结果包括VBE板卡是否故障、发生故障的显现是什么、故障原因等等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的具体接线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例

如图1所示，本实施例提供的一种高压直流输电换流阀的VBE系统设备故障检测系统，包括：换流阀仿真电路，用于模拟换流阀的实际工作情况；VBE板卡测试平台，用于控制和监控换流阀阀片的工作状态；测试系统，用于向所述VBE板卡测试平台发送测试信号，并收集VBE板卡的运行状态数据；所述VBE板卡测试平台接收所述测试系统发送的测试信号，并对所述换流阀仿真电路就行监视和触发。

如图2所示，作为优选，所述测试系统包括：

USB数据采集卡、监控PG，所述监控PG内设置有VBE板卡测试程序调试软件，用于执行相关测试程序，并显示相关VBE板卡测试平台的测试结果；所述USB数据采集卡内设置有DSP编程芯片，用于接收所述监控PG的指令向VBE板卡测试平台发送测试控制信号，同时读取VBE测试平台的信息，并将所读取的VBE测试平台的信息上传至所述监控PG。

作为优选，所述换流阀仿真电路包括：

市电电源、开关、保险丝、调压器、RC阻尼电路、TVM板、换流阀、负载，所述市电电源依次串联所述开关、保险丝、换流阀和负载构成通路；所述换流阀由4个阀片串联而成，采用单相半波整流电路拓扑，具有进行整流或逆变的功能，即将交流转换为直流或将直流转换为交流，每个阀片均采用光触发；每个阀片上均并联有一个RC阻尼电路和一块TVM板；所述调压器用于将市电电源的电压升高为实验电压，为换流阀仿真电路提供工作电压；所述RC阻尼电路用于限制阀片的电应力，在阀片开通或关断过程中的均压起重要作用，作为优选，所述RC阻尼电路为一个电阻与一个电容串联。

需要说明的是，换流阀仿真电路的设计旨在模拟换流阀的实际工作情况，使VBE系统的控制与监测过程尽可能地接近实际，从而真实地反映VBE系统与换流阀之间的关键信号数据流，以便对VBE系统的各板卡进行测试。直流输电工程中换流阀采用6脉波整流电路，该电路是工作在三相电压输入的情况下。如果换流阀仿真电路的输入也采用三相电压，将大大增加该电路的复杂程度。经研究发现，当换流阀仿真电路拓扑采用单相半波整流电路时，电路输出及阀片工作波形与实际直流输电工程换流阀阀片的波形相似。因此换流阀仿真电路采用4个阀片串联的单相半波可控整流电路，用来模拟换流阀的实际工作情况。

作为优选，所述VBE板卡测试平台包括：

控制板、光接收板、光发射板、RPU板，所述控制板用于接收所述USB数据采集卡所发送的测试控制信号；所述控制板向所述光发射板发送触发脉冲信号，所述光发射板将所述触发脉冲信号转换为光触发脉冲发送至所述换流阀内的阀片用以触发阀片；所述光发射板设置有两块，一块光发射板同时为2块阀片发射触发脉冲信号；所述光接收板用以接收所述TVM板所返回的TVM板回检信号，并将所述TVM板回检信号发送至所述控制板，用以反馈所述阀片的状态；所述控制板将阀片电流关断信号发送至所述RPU板，所述RPU板用以防止阀片因过压而损坏；所述控制板、光接收板、光发射板、RPU板均将其各自的状态信号反馈至所述USB数据采集卡。

需要说明的是，所述微控制板送至RPU板的信号为阀片电流关断信号阀片电流关断信号，RPU板接收到所述阀片电流关断信号后将RPU使能光脉冲传送至换流阀仿真电路RPU单元，RPU使能光脉冲持续期间换流阀仿真电路RPU单元启动保护功能，用于防止阀片在反向恢复期内因过压而损坏。最小VBE系统启动时会自检各板卡是否正常，因此必须存在RPU板最小VBE系统才能工作，但是换流阀仿真电路上的RPU单元并不会传送信号至最小VBE系统，所以换流阀仿真电路RPU单元存在与否并不影响最小VBE系统的工作，同时换流阀仿真电路为低压环境，不存在过压情况，所以并不需要RPU单元，为了简化考虑测试系统中，本实施例中的换流阀仿真电路并未配置RPU单元。

作为优选，所述测试控制信号包括但不限于以下信号：FCS、UV、CB_ON、CONV DBLK、BYPPAS-ACT、SYSTEM ACT、SYSTEM PAS、SPARE。

作为优选，所述控制板向所述USB数据采集卡反馈的状态信号为控制板接收的触发控制信号和对应阀电路的正压和负压信息；所述光接收板向所述USB数据采集卡反馈的状态信号为光接收板对应阀段的正压和负压信息；所述光发射板向所述USB数据采集卡反馈的状态信号为光发射板对应阀段的光触发脉冲；所述RPU板向所述USB数据采集卡反馈的状态信号为RPU板对应阀段的零电流关断信号。

需要说明的是，所述阀电路具体指：由一定数量的阀片和对应的阻尼电路、TVM板和RPU单元组成的电路，用来实现换流(整流或者逆变)的主电路；所述阀段：阀电路中阀片数量比较多，一个直流工程中阀电路中阀片的数量有1千多个，通常一块光发射板或者光接收板只负责一部分阀片的触发或监测，这部分阀片及其附加电路，即可成为阀段。因此，阀段可以算是阀电路中一部分，针对具体的发射或者接收板，即用阀段来指明。

作为优选，为使本实施例更易理解，下面对本实施例的工作流程、工作状态等方面进行详细说明：

本实施例的工作流程如下：

首先，启动测试系统，在测试系统人机交互界面上(未图示)设置测试控制信号的状态，包括：FCS、UV、CB_ON、CONV DBLK、BYPPAS-ACT、SYSTEM ACT、SYSTEM PAS、SPARE。其中FCS设置其一个周期内高电平出现的初始电角度，其余均为设置电平高低；其次，合上VBE板卡测试平台电源开关，合上换流阀主电路开关；然后，USB数据采集卡采集VBE板卡测试平台数据，在测试系统界面上显示各信号波形，并提示故障所在板卡。

当USB数据采集卡发出正常测试信号，包括：SYSTEM ACT、CB_ON、FCS、CONV DBLK信号，无UV信号时，USB数据采集卡所采集的信号中，若光接收板回检信号不正常，如无正压或者负压脉冲，或者一个周期内多次出现，或者波形不是正常的脉冲信号，则VBE的故障定义为光接收板故障；

若RPU板无EOC信号反馈，或者EOC信号一个周期内多次出现，或者波形不是正常的脉冲电平信号，且此时触发控制信号正常，则VBE的故障定义为RPU板故障；

若光发射板无触发脉冲信号反馈，或者一个周期内多次出现，或者波形不是正常的电平信号，且此时触发控制信号正常，则VBE的故障定义为光发射板故障

若控制板无触发控制信号反馈，或者一个周期内多次出现，或者波形不是正常电平信号，则VBE的故障定义为控制板故障。

全文所述各种信号中，对于正常板卡，一些典型测试情况如下：

当测试系统显示发出SYSTEM ACT、CB_ON信号，无FCS、CONV DBLK、UV信号，则两路TVM板回检信号有波形但不正常，触发控制信号、触发信号和EOC信号无波形。

当测试系统显示发出SYSTEM ACT、CB_ON、FCS信号，无CONV DBLK、UV信号，则触发控制信号和两路TVM板回检信号有正常波形，其他信号无波形。

当测试系统显示发出SYSTEM ACT、CB_ON、FCS、CONV DBLK信号，无UV信号，则触发控制信号、触发信号、两路TVM板回检信号和EOC信号均有正常波形，VBE系统正常工作。

其他信号的组合还有很多，在此不再赘述。

本发明通过设置换流阀仿真电路、VBE板卡测试平台、测试系统三者的有机结合，模拟出了换流站的极控系统和换流阀主电路的工作状况，并通过监控PG、USB数据采集卡、控制板、光发射板、光接收板、RPU板、RC阻尼电路、TVM板、换流阀阀片的设置，能够及时的显示相关VBE板卡的测试结果，所述测试结果包括VBE板卡是否故障、发生故障的显现是什么、故障原因等等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种高压直流输电换流阀的VBE系统设备故障检测系统，其特征在于，包括：

换流阀仿真电路，用于模拟换流阀的实际工作情况；VBE板卡测试平台，用于控制和监控换流阀阀片的工作状态；测试系统，用于向所述VBE板卡测试平台发送测试信号，并收集VBE板卡的运行状态数据；所述VBE板卡测试平台接收所述测试系统发送的测试信号，并对所述换流阀仿真电路就行监视和触发。

2.根据权利要求1所述的高压直流输电换流阀的VBE系统设备故障检测系统，其特征在于，所述测试系统包括：

USB数据采集卡、监控PG，所述监控PG内设置有VBE板卡测试程序调试软件，用于执行相关测试程序，并显示相关VBE板卡测试平台的测试结果；所述USB数据采集卡内设置有DSP编程芯片，用于接收所述监控PG的指令向VBE板卡测试平台发送测试控制信号，同时读取VBE测试平台的信息，并将所读取的VBE测试平台的信息上传至所述监控PG。

3.根据权利要求2所述的高压直流输电换流阀的VBE系统设备故障检测系统，其特征在于，所述换流阀仿真电路包括：

市电电源、开关、保险丝、调压器、RC阻尼电路、TVM板、换流阀、负载，所述市电电源依次串联所述开关、保险丝、换流阀和负载构成通路；所述换流阀由4个阀片串联而成，每个阀片上均并联有一个RC阻尼电路和一块TVM板；所述调压器用于将市电电源的电压升高为实验电压，为换流阀仿真电路提供工作电压；所述RC阻尼电路用于限制阀片的电应力。

4.根据权利要求3所述的高压直流输电换流阀的VBE系统设备故障检测系统，其特征在于，所述VBE板卡测试平台包括：

控制板、光接收板、光发射板、RPU板，所述控制板用于接收所述USB数据采集卡所发送的测试控制信号；所述控制板向所述光发射板发送触发脉冲信号，所述光发射板将所述触发脉冲信号转换为光触发脉冲发送至所述换流阀内的阀片用以触发阀片；所述光发射板设置有两块，一块光发射板同时为2块阀片发射触发脉冲信号；所述光接收板用以接收所述TVM板所返回的TVM板回检信号，并将所述TVM板回检信号发送至所述控制板，用以反馈所述阀片的状态；所述控制板将阀片电流关断信号发送至所述RPU板，所述RPU板用以防止阀片因过压而损坏；所述控制板、光接收板、光发射板、RPU板均将其各自的状态信号反馈至所述USB数据采集卡。

5.根据权利要求4所述的高压直流输电换流阀的VBE系统设备故障检测系统，其特征在于，所述测试控制信号包括：FCS、UV、CB_ON、CONV DBLK、BYPPAS-ACT、SYSTEM ACT、SYSTEM PAS、SPARE。

6.根据权利要求4所述的高压直流输电换流阀的VBE系统设备故障检测系统，其特征在于：

所述控制板向所述USB数据采集卡反馈的状态信号为控制板接收的触发控制信号和对应阀电路的正压和负压信息；

所述光接收板向所述USB数据采集卡反馈的状态信号为光接收板对应阀段的正压和负压信息；

所述光发射板向所述USB数据采集卡反馈的状态信号为光发射板对应阀段的光触发脉冲；

所述RPU板向所述USB数据采集卡反馈的状态信号为RPU板对应阀段的零电流关断信号。