牛從直流輸電工程直流測量系統(tǒng)可靠性分析

李凱協(xié) 郭衛(wèi)明 盧 松 肖磊磊

摘?要：本文介紹了±500kV同塔雙回牛從直流輸電工程直流測量系統(tǒng)的組成，分別從工作原理、測量系統(tǒng)與控制保護(hù)連接的結(jié)構(gòu)方面對牛從直流測量系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行探討研究，同時與其他直流工程進(jìn)行比較，指出牛從直流的直流測量系統(tǒng)非?？煽康?，滿足牛從直流安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，并提出直流測量系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)要點。

關(guān)鍵詞：牛從直流;直流測量系統(tǒng);可靠性

牛從直流工程是南方電網(wǎng)首條同塔雙回直流輸電工程，最大輸送容量達(dá)到6400MW。牛從直流直接影響整個南方電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此其對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的動作速度要求越來越高，這就要求互感器具有良好的暫態(tài)響應(yīng)特性，能真實、快速地反映一次故障信號，使繼電保護(hù)裝置能在暫態(tài)過程尚未結(jié)束前就正確動作，這對直流測量系統(tǒng)的可靠性要求更加苛刻[1，2]。本文將對牛從直流輸電工程直流測量系統(tǒng)原理及可靠性進(jìn)行探討分析。

1.直流測量系統(tǒng)的組成

由于光電傳輸系統(tǒng)可用于電力系統(tǒng)重污穢、強(qiáng)噪聲、強(qiáng)電磁場的測量環(huán)境中，并且結(jié)構(gòu)簡單，成本不高，在電力系統(tǒng)測量中，有非常明顯的優(yōu)勢[3]，因此牛從直流工程直流的測量采用以光纖作為信號傳輸載體的光電傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由直流電壓互感器和直流電流互感器以及相關(guān)的傳輸回路設(shè)備組成。

2.直流測量系統(tǒng)的工作原理

牛從直流采用的是有源式直流測量系統(tǒng)，其具有以下特點：一次側(cè)存在電子線路且電子線路必須有電源支持才能正常工作;常規(guī)的傳感元件與光纖通信技術(shù)結(jié)合;直流電流測量均采用光纖絕緣子作為絕緣介質(zhì)[2，4]。

有源式光纖電流測量系統(tǒng)由直流分流器、空芯線圈、高壓側(cè)調(diào)制電路、高壓側(cè)光供電電源、光纖傳輸系統(tǒng)、低壓側(cè)解調(diào)電路等組成。分流器串聯(lián)于被測直流線路上，將正比于被測直流電流的電壓信號取出。同時，使用了空心線圈將線路上的諧波電流變換成與其微分信號成正比的電壓信號。高壓側(cè)調(diào)制電路將這兩路信號電壓調(diào)制為光信號，經(jīng)光纖傳輸至低壓側(cè)解調(diào)電路，還原為正比于被測直流電流的電壓，經(jīng)標(biāo)定后得到直流電流及諧波電流值。

直流電壓測量系統(tǒng)的直流分壓器由高壓臂和低壓臂兩部分組成，直流分壓器的額定二次輸出為50V。高壓側(cè)調(diào)制電路將分壓器得到的信號電壓調(diào)制為光信號，經(jīng)光纖傳輸至低壓側(cè)解調(diào)電路，還原為高壓側(cè)的電壓。

3.直流測量系統(tǒng)對控制、保護(hù)系統(tǒng)的影響

牛從直流的每一套直流保護(hù)系統(tǒng)均采用兩條互相獨(dú)立測量通道，兩套直流保護(hù)系統(tǒng)之間的測量通道也是相互獨(dú)立的，從而使得直流測量系統(tǒng)可靠性非常高;每套控制系統(tǒng)采用一條獨(dú)立的測量通道，兩套系統(tǒng)之間的測量通道也是相互獨(dú)立的。當(dāng)出現(xiàn)一條測量通道故障或者一個合并單元損壞時，直流控制和保護(hù)系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)運(yùn)行，不會導(dǎo)致直流停運(yùn)。

對于直流控制系統(tǒng)來說，兩套系統(tǒng)（一主一備）正常運(yùn)行時，當(dāng)其中一套系統(tǒng)的測量通道出現(xiàn)異?；蛘吖收蠒r，控制系統(tǒng)自動進(jìn)行切換。

對直流保護(hù)系統(tǒng)來說，當(dāng)測量通道出現(xiàn)故障時，其切換選擇邏輯為：

（1）所有測量通道均正常時，直流保護(hù)系統(tǒng)A（B）只有在兩個測量通道均檢測到故障的情況下才出口動作。保護(hù)A系統(tǒng)與保護(hù)B系統(tǒng)之間是“或”的關(guān)系。

（2）任意一套系統(tǒng)的一路測量通道故障（以保護(hù)A系統(tǒng)為例）。當(dāng)保護(hù)A系統(tǒng)檢測到其中一個測量通道有故障后，延時閉鎖該通道，出口邏輯改為“1取1”，即只要正常的測量通道檢測到故障就出口動作。

（3）任意一套系統(tǒng)的兩路測量通道均故障（以保護(hù)A系統(tǒng)為例）。直流保護(hù)A系統(tǒng)自檢發(fā)現(xiàn)兩個測量通道均故障時自動退出運(yùn)行，此時直流保護(hù)系統(tǒng)剩下B系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（4）當(dāng)兩套保護(hù)的三個測量通道出現(xiàn)故障，整個直流保護(hù)系統(tǒng)剩下一條通道時，直流保護(hù)繼續(xù)運(yùn)行，此時只要剩下完好的那條通道動作即可出口。

由以上分析可見，本工程的測量系統(tǒng)配置原則既保證了直流保護(hù)冗余的要求，又降低了直流保護(hù)誤動的可能性。

4.與以往直流工程的對比分析

以直流電壓測量系統(tǒng)為例，?天廣直流經(jīng)過改造之后采用南瑞繼保的測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)將二次分壓回路拆分為N個獨(dú)立的分壓回路，各個分壓回路通過RC網(wǎng)絡(luò)連接，RC網(wǎng)絡(luò)器件參數(shù)的選擇保證了分壓比及頻率特性不變。每個分壓回路有一個遠(yuǎn)端模塊，在遠(yuǎn)端模塊與控制保護(hù)系統(tǒng)中設(shè)置測量接口屏，遠(yuǎn)端模塊與接口屏之間通過光纖進(jìn)行連接，接口屏與控制保護(hù)之間通過兩路相互獨(dú)立的現(xiàn)場總線IEC60044-8進(jìn)行連接，兩條相互獨(dú)立的總線實時備用，每套保護(hù)控制系統(tǒng)時刻處理兩條總線的數(shù)據(jù)。當(dāng)單個遠(yuǎn)端模塊出現(xiàn)故障時，控制保護(hù)系統(tǒng)會自動閉鎖對應(yīng)總線的測量數(shù)據(jù)，從而避免誤出口的風(fēng)險。但是，由于本極的測量接口屏數(shù)據(jù)會送到對極，因此，該測量系統(tǒng)存在的缺點就是當(dāng)一個極的測量系統(tǒng)故障有可能會影響另一極的運(yùn)行，處理不當(dāng)可能會造成事故范圍的擴(kuò)大。

牛從直流工程的直流測量系統(tǒng)與改造后的天廣直流相似，均采用南瑞繼保的測量系統(tǒng)，并對測量系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，本極的測量接口屏數(shù)據(jù)不會送到對極，保證兩個極之間的測量獨(dú)立。RC網(wǎng)絡(luò)將二次分壓回路與接于各個獨(dú)立的分壓回路的遠(yuǎn)端模塊連接在一起，遠(yuǎn)端模塊、測量接口屏和控制保護(hù)系統(tǒng)均是冗余配置，兩條現(xiàn)場總線也是相互獨(dú)立，單個遠(yuǎn)端模塊故障并不會影響控制保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行，同時，本極的測量回路出現(xiàn)故障也不會影響對極的正常運(yùn)行。見圖1。

圖1??牛從直流工程直流電壓測量系統(tǒng)圖

而特高壓云廣直流工程與牛從直流工程直流測量系統(tǒng)最大的區(qū)別在于云廣工程的兩條總線非實時備用，控制保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)先采納總線1傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，總線2的數(shù)據(jù)直接旁路不處理。當(dāng)總線1發(fā)生錯誤時，理解切換至總線2，在切換的過程中控制保護(hù)系統(tǒng)鎖定當(dāng)前暫存的數(shù)據(jù)，當(dāng)完全切換至總線2時，才刷新控制保護(hù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。因此控制系統(tǒng)最嚴(yán)重時可存在1-2ms數(shù)據(jù)非實時狀態(tài)[5，6]。

5.運(yùn)行要點

牛從直流因其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)關(guān)系而使用了大量的遠(yuǎn)端模塊和合并單元，設(shè)備固有的質(zhì)量和壽命同時也增加了設(shè)備故障的概率。但是測量通道的冗余保證了單條測量通道的故障不會影響測量系統(tǒng)以及直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)牛從直流出現(xiàn)某個測量接口屏內(nèi)的測量板卡故障時，只需短時退出受影響的控制保護(hù)系統(tǒng)，更換后重新投入即可。并不需要及時停電處理。

為了進(jìn)一步提高直流測量系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行人員在日常維護(hù)中需要在后臺工作站上關(guān)注測量系統(tǒng)遠(yuǎn)端模塊的運(yùn)行情況，保證其激光驅(qū)動電流小于800mA，數(shù)據(jù)電平大于900mV，并且保證屏柜的冷卻風(fēng)扇運(yùn)行正常。

6.結(jié)語

本文介紹了牛從直流工程直流測量系統(tǒng)的組成，并從測量系統(tǒng)的工作原理、與控制保護(hù)的連接結(jié)構(gòu)和與其他直流工程進(jìn)行對比分析，指出牛從直流輸電工程的直流測量系統(tǒng)的可靠性滿足牛從直流安全穩(wěn)定的運(yùn)行，同時提出一些直流測量系統(tǒng)的運(yùn)行要點。

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作者簡介：

李凱協(xié)（1987-），男，本科，助理工程師，目前從事直流輸電維護(hù)工作。

郭衛(wèi)明（1980-），男，工程師，目前從事直流輸電維護(hù)工作。

盧??松（1983-），男，本科，工程師，目前從事直流輸電維護(hù)工作。

肖磊磊（1986-），男，工程師，目前從事直流輸電維護(hù)工作。