大年夜型电力电子设备的低压试验新方法

云南电网有限任务公司昭通供电局的研究职员陈宏，在2020年第10期《电气技能》杂志上撰文，针对大型电力电子设备的关键部件阀基电子设备、晶闸管电子板及阀的低压试验方法进行了深入磋商，提出了阀基电子设备掌握旗子暗记发生器的实现思路。
阀基电子设备掌握旗子暗记发生用具备阀基电子设备的功能和部分调节掌握器的功能。

作者详细论述了阀基电子设备掌握旗子暗记发生器的调节掌握系统仿照功能和阀基电子设备仿照功能的实现方法，提出了利用阀基电子设备掌握旗子暗记发生器，通过单独模式和复合模式两种低压试验方法，实现阀基电子设备、晶闸管电子板及阀的低压试验。

随着电力电子技能的进步和广泛运用，电力电子设备的繁芜程度越来越高，电压等级和容量越来越大，其发生故障的概率也越来越高。
阀基电子设备（valve base electronics, VBE）、高电位的晶闸管电子板（thyristor electronics, TE）、晶闸管是电力电子设备的核心部分，这些部件发生故障会导致全体系统故障，进而退出运行，造成较为严重的后果。

因此担保电力电子设备的可靠性与安全性，及时地创造故障和必要的检测手段就显得非常主要，这使得电力电子设备的监测方法和试验手段越来越受到业内人士的重视。

VBE紧张由触发回路和监测回路构成，位于地电位，是高压晶闸管阀光电触发与在线监测系统的组成部分，紧张功能是触发与监测。
TE核心浸染是触发晶闸管的导通，同时监测晶闸管的运行状态。
晶闸管是晶体闸流管的简称，它是一种大功率开关型半导体器件，在大型电力电子设备上常日是成对反并联利用。

常日大型电力电子设备在退出运行一段韶光后再重新投入利用时，须要对VBE、高电位的TE、晶闸管进行低压试验，未经低压试验将电力电子设备投入利用风险是很大的。
但是鉴于大型电力电子设备这部分功能过于繁芜，非生产技能单位很难开展针对性的低压试验。

1 电力电子设备故障检测

1）常用故障检测方法

电力系统常见的大型电力电子设备包括静止无功补偿（static var compensator, SVC）装置、固定融冰装置、可控串补装置、可控高抗装置等，其功率比较大，掌握保护功能繁芜，电力电子器件过载能力弱，故障存在周期短，因此常规的运用于电子电路的故障诊断方法无法运用于电力电子设备的检测。

常用的故障检测方法有：

①谱剖析诊断法，即通过侦测电路旗子暗记，利用谱剖析提取信号中的噪声，根据噪声的特色定位故障；②波形剖析诊断法，即通过侦测电力电子关键功能单元的输出波形，对非正常波形提取其特色状态，进而进行故障定位；③故障树诊断法，即在电力电子设备发生故障时，对可能引起故障的缘故原由进行逐层逐个查找，直到找到故障点为止；④参数模型诊断法，即利用电力电子设备实时采集的设备运行状态参数，通过比对的方法剖断故障的类型、故障的影响和产生缘故原由；⑤人工智能法，即对系统的故障模式进行分类，建立故障数据库，通过智能算法实现故障诊断。

上述故障诊断方法多是采取在线监测办法实现故障诊断，部分方法已经集成于电力电子设备的掌握保护系统，实际电力电子设备的掌握保护系统已经具备了监测、告警、保护功能，可以很好地保护系统康健运行。
然而，对大型电力电子设备的日常停电检修、设备投运试验还是一个难题。

2）VBE、TE板及阀现场检测

在现场针对VBE、TE板及晶闸管的试验中，须要VBE进行晶闸管的触发及检测，而VBE须要完备的掌握旗子暗记方能知足事情哀求，这又哀求丈量、调节系统全部正常事情，在多数情形下上述条件难以具备。
VBE在全体电力电子驱动掌握部分中起着承上启下的浸染，其与TE板和调节掌握系统之间的连接关系如图1所示。

图1 VBE、TE板及调节掌握系统连接关系图

（1）VBE与TE板间的连接关系：由VBE发送到TE板的旗子暗记为脉冲编码信息；从TE板回报到VBE的旗子暗记为晶闸管的状态监测旗子暗记。

（2）VBE与调节掌握系统间的连接关系：由VBE发送到调节掌握系统的旗子暗记为晶闸管的状态信息、紧急触发回路动作信息、光发射电路的状态信息、紧急合闸旗子暗记和VBE故障旗子暗记等；调节掌握系统送往VBE的旗子暗记为主回路晶闸管的触发命令、电压同步旗子暗记、闭锁旗子暗记和主回路合闸旗子暗记。

对VBE、TE板和晶闸管进行现场试验核心是仿照VBE和调节掌握器的旗子暗记发送和吸收功能。

本文提出一种“VBE掌握旗子暗记发生器”具备VBE的功能和部分调节掌握器的功能：一方面，VBE掌握旗子暗记发生器仿照调节掌握系统功能，向VBE发送掌握旗子暗记，并吸收回报监测信息，目的是检测VBE事情状态；另一方面，VBE掌握旗子暗记发生器仿照VBE的功能，试验中更换VBE的位置，通过光纤连接TE板，发送脉冲编码旗子暗记，并吸收TE板的状态回报旗子暗记，实现TE板和晶闸管的状态检测。

2 故障检测关键技能

VBE掌握旗子暗记发生器核心是仿照VBE机箱和调节掌握系统的旗子暗记收发功能。
调节掌握系统仿照部分紧张是实现触发命令、同步旗子暗记、触发角度掌握等发送，VBE回报旗子暗记的吸收和解析。
VBE的仿照包括主从、检测许可、晶闸管保护型串联补偿（thyristor protected series compensation, TPSC）模式、固定串联补偿（fixed series compensation, FSC）模式、晶闸管投切电抗器（thyristor switched reactor, TSR）模式、正向触发区间、反向触发区间、电流同步脉冲、电压同步脉冲等。

下面对VBE掌握旗子暗记发生器的关键技能及实在现方法进行详细解释。

2.1 调节掌握系统仿照

仿照调节掌握系统相比拟较随意马虎实现，紧张实现数字旗子暗记处理功能，包括VBE监测信息吸收和命令旗子暗记发送。
VBE发送的监测信息包括晶闸管的状态信息、紧急触发回路动作信息、光电驱动板上光发射电路的状态信息、紧急跳闸旗子暗记和VBE故障旗子暗记等；发送到VBE的命令旗子暗记包括主回路晶闸管的触发命令、电压同步旗子暗记、闭锁旗子暗记和主回路合闸旗子暗记。
调节掌握系统仿照构造框图如图2所示。

图2 调节掌握系统仿照构造框图

2.2 VBE仿照

1）脉冲编码旗子暗记天生电路

VBE掌握旗子暗记发生器仿照VBE天生脉冲编码发送至TE板，目的是实现晶闸管的触发和角度掌握的检测功能。
VBE掌握旗子暗记发生器的脉冲编码旗子暗记的构造框图如图3所示。

脉冲编码天生电路紧张由可编程逻辑器件吸收输入旗子暗记并天生脉冲编码旗子暗记，时钟电路为繁芜可编程逻辑器件（complex programmable logic device, CPLD）供应事情时钟。
这里采取3片VANTIS公司的可编程逻辑器件MACH211、3片可编程逻辑器件分别对应AB相、BC相、CA相的编码旗子暗记输出。

2）回报检测单元的实现

回报检测单元紧张用来吸收TE板返回的状态回报旗子暗记，包括旗子暗记输入输出通道、旗子暗记采集电路、旗子暗记剖析处理电路和通信回路。
图4所示为回报检测单元构造框图。

图3 脉冲编码旗子暗记的构造框图

图4 回报检测单元构造框图

（1）旗子暗记采集电路

旗子暗记采集电路采取的可编程逻辑器件是VANTIS公司的MACH-192，紧张用来采集TE板返回的回报旗子暗记，如图5所示，可编程逻辑器件1和2构成触发器阵列，根据晶闸监工作所处的不同状态，把TE板的回报旗子暗记锁存到不同的触发器。
在一个周波中，TE板会有5个不同的状态回报旗子暗记，在可编程逻辑器件中设置有5个不同的触发器与之逐一对应，用于锁存不同类型的回报旗子暗记。

可编程逻辑器件3和4构成一个多路选择器，可以把可编程逻辑器件1、2中锁存的回报旗子暗记有选择地呈现在可编程逻辑器件3、4的输出端。
BUFFER1—BUFFER4用于数据缓冲器，数据缓冲的浸染是为了实现旗子暗记剖析处理电路中的微掌握单元（micro controller unit,MCU）可以随时读取可编程逻辑器件3和4中的数据。

图5 旗子暗记采集电路构造图

（2）旗子暗记剖析处理电路

旗子暗记剖析处理电路紧张功能是将旗子暗记采集电路采集到的TE板回报信息进行归类处理。
并把这些状态信息通过通信回路发送到调节掌握系统。

旗子暗记剖析处理电路紧张是由MCU、程序存储器、数据存储器、数据缓冲器和可编程逻辑阵列组成。
对数据存储器进行分区存储：一部分用于存储瞬时数据，是MCU从旗子暗记采集电路中读到的旗子暗记；一部分用于存储永久数据，是经由MCU处理后的数据。
每个存储区分成5个部分，用于存储紧急触发回路动作旗子暗记、负压建立旗子暗记、dv/dt动作旗子暗记、晶闸管状态旗子暗记和光发射电路状态旗子暗记。

图6所示为数据存储器的分区存储示意图。
存储区的数据由VBE掌握旗子暗记发生器的调节掌握系统仿照部分进行监测信息采集。

图6 数据存储器分区存储示意图

3 电力电子设备试验方法

晶闸管阀组和VBE机箱在投入利用前必须要进行低压试验，低压试验通过之后，方可高压带电，否则会发生难以预见的事件。
试验在电压为AC 80～400V、电流为1～5A的低电压条件下进行，不会对晶闸管阀组和VBE箱体产生任何不利影响。

低压试验核心目的是：①验证晶闸管阀组在低压下的触发、角度掌握和监测功能是否正常；②验证VBE机箱旗子暗记输入、旗子暗记处理、旗子暗记输出等是否正常。
低压试验紧张包括单独模式和复合模式两种。

1）单独模式（只利用VBE旗子暗记发生器）

图7 单独模式试验接线示意图

单独模式下可同时给一对反并联的晶闸管进行低压试验。
此时VBE旗子暗记发生器功能是仿照电力电子装置掌握系统的VBE机箱，发送的脉冲旗子暗记与正常事情时VBE机箱发送的旗子暗记是相同的。

VBE旗子暗记发生器可以同时吸收被试验的一对晶闸管的TE板回报旗子暗记，通过将此回报旗子暗记作为TE板及对应的晶闸管是否正常的判据。

2）复合模式（采取VBE旗子暗记发生器+VBE机箱）

图8 复合模式试验接线示意图

复合模式下在晶闸管阀组高压试验之前，对晶闸管阀组先逐层进行低压试验来验证VBE机箱的好坏。
此时VBE旗子暗记发生器的功能是仿照调节掌握系统的掌握器输入输出旗子暗记，紧张有同步旗子暗记、触发时候旗子暗记等。
而晶闸管的触发旗子暗记是由VBE机箱发送给TE板的，TE板的回报旗子暗记接到VBE机箱上，由VBE机箱通过掌握器局域网（controller area network, CAN）发送给事情站显示出来。

4 结论

对付大型的电力电子设备，掌握系统常日采取双系统运行，可靠性相对较高，常日不须要试验检测。
而晶闸管阀组、TE板、VBE机箱，冗余少，其发生故障随意马虎引发重大事件，每次上电前必须进行低压试验。
本文提出一种VBE旗子暗记发生器实现方案。

VBE掌握旗子暗记发生器核心功能是仿照VBE机箱和调节掌握系统的旗子暗记收发功能。
试验在低压条件下进行，采取单独模式可以检测晶闸管和TE板的好坏；采取复合模式可以检测VBE机箱的好坏。
VBE旗子暗记发生器可以运用于SVC、融冰装置、可控串补装置等大型电力电子设备的日常停电检修、设备投运试验等方面。