基于DPS-3000平臺的±800kV特高壓直流輸電工程控制保護配合邏輯分析

艾紅杰嚴 兵賈軒濤靳紅杰張自朋

（1.許繼電氣直流輸電系統(tǒng)公司，河南 許昌 461000；2.中建八局第一建設有限公司，鄭州 450000）

基于DPS-3000平臺的±800kV特高壓直流輸電工程控制保護配合邏輯分析

艾紅杰1嚴 兵1賈軒濤1靳紅杰2張自朋1

（1.許繼電氣直流輸電系統(tǒng)公司，河南 許昌 461000；2.中建八局第一建設有限公司，鄭州 450000）

DPS-3000系統(tǒng)是許繼直流輸電公司經過多年的工程積累，自主開發(fā)具有完全知識產權的工業(yè)控制平臺，能夠實現(xiàn)直流輸電工程控制保護實時、準確、快速的需求。溪洛渡-浙西是目前國內輸送容量最大的直流輸電工程，DPS-3000在±800kV溪洛渡-浙西工程中的成功應用在國內外尚屬首次，文章著重分析了DPS-3000平臺下控制和保護系統(tǒng)的配合邏輯，并與DCC800系統(tǒng)進行了比較,對運行中存在的不足提出了整改建議。

高壓直流；控制保護；三取二邏輯；IFC總線

DPS-3000系列直流輸電控制保護系統(tǒng)是許繼集團基于高壓直流輸電領域長期的技術積累和工程經驗，融合國內外先進技術，研制出的具有完全自主知識產權的成套直流控制保護系統(tǒng)。

溪洛渡左岸-浙江金華±800kV特高壓直流輸電工程西起四川省宜賓市雙龍換流站，東至浙江省金華市武義換流站，直流線路長度約1670km，雙極直流線路1回，每極2個12脈動換流器串聯(lián)，是迄今為止輸送功率最大的特高壓直流輸電工程。溪洛渡-浙西直流工程控制保護系統(tǒng)應用 DPS-3000平臺，是此平臺在特高壓直流輸電工程中的首次應用，對于直流輸電領域國產化和自主化具有重要意義。

1 硬件構成和數(shù)據采集

1.1 硬件構成

DPS-3000同樣按照分層、分區(qū)域進行控制，按照功能可分為：極層控制、極層保護、閥層控制、閥層保護、直流站控、交流站控以及站用電系統(tǒng)。所有控制主機采用雙重化，保護采用三重化，每個控制保護主機主要組成板卡有EPU、IFC、EDI、ESP、ENT。EDI負責數(shù)字量的上傳和下發(fā)，ESP是模擬量的采集和處理板卡，采集的數(shù)字量和模擬量通過TDM總線傳至EPU板。EPU為數(shù)據處理邏輯運算板卡，相當于電腦的 CPU是核心板卡，經過 EPU處理需共享的數(shù)據，由IFC總線輸出至冗余主機及進行控制保護主機之間數(shù)據傳輸。IFC10A插件是一種快速通信插件，通信速率50Mbps，具有快速通信總線接口，提供高速點對點通信功能，其必須嵌入到處理器插件EPU上才能運行。需要特別指出的是，如圖1所示，IFC還是控制與保護之間的數(shù)據接口，是直流輸電工程中控制和保護主機組網的關鍵板卡。ENT通信板卡負責HMI和服務器之間數(shù)據通信。

圖1 極層控制保護主機快速總線圖

1.2 數(shù)據采集及處理

數(shù)字量采集DFU410裝置是新一代分布式現(xiàn)場控制設備，其性能優(yōu)越，功能配置靈活，適用于特高壓控制系統(tǒng)的間隔控制層。完成現(xiàn)場控制級的數(shù)據采集、預處理及數(shù)據上傳功能，同時執(zhí)行主控站的控制輸出命令。此裝置有72路開入，36路開出，用于上傳狀態(tài)和下發(fā)命令。DFU410可以根據現(xiàn)場提供的信號電壓等級設置為直流 110V和直流220V，溪浙工程為 110V直流信號電源。開關本體分合狀態(tài)信號從操作回路通過硬接線接入 DFU410裝置，DFU410裝置將110V電壓信號轉入繼電器，經繼電器轉換為24V直流電壓送至EDI板卡。EDI板卡送至EPU內進行邏輯計算或者HMI界面顯示。

模擬量采集 直流電流分為零磁通和光 CT兩類，其中極1中性母線中間電流IDNC，極2中性母線中間電流IDNC、極1中性母線開關電流IDNE、極 2中性母線開關電流 IDNE、站內接地開關電流IDGND、金屬回線電流IDME、接地極回線1電流IDEL1以及接地極回線2電流IDEL2等所有零磁通的量，通過BMI屏柜內各自對應的P27000模塊轉換為 ESP板卡所需的電壓等級，再由 ESP傳輸至EPU內。各閥組兩端的IDCN和IDCP以及直流濾波器的流入電流測量和不平衡測量均為光 CT量，通過光纖傳至測量裝置，再經合并單元傳輸?shù)娇乇Ｖ鳈C的光數(shù)據接收板EOT，由EOT傳入EPU。交流場的電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率等量可由DFU410交流模擬量輸入通道采集。DFU410還提供8路0～20mA的直流電流接入通道，一些供HMI監(jiān)視的非電量，如：壓力、流量、水位、風量等，經變送器轉換為0～20mA的直流量，由DFU410直流模擬量輸入通道采集顯示，DFU410裝置原理如圖2所示。

圖2 DFU410裝置原理框圖

2 控制與保護配合邏輯

2.1 控制保護配合

直流控制保護配合的基本邏輯為：保護主機根據數(shù)字量和模擬量運算結果，觸發(fā)保護后將結果傳輸至三取二裝置，三取二保護裝置經過可編程邏輯部分將結果輸出至同層的控制主機或者開關本體的操作回路。以極1保護中的極母線差動保護為例，電流IDC1P、IDL和IZ1送至極層的A、B、C三套保護主機，在極層保護主機（PPR）中根據寫定的邏輯進行比較，極母線差動原理為

計算時 IZ1取正值還是負值取決于系統(tǒng)的運行狀態(tài)，系統(tǒng)正常運行時IZ1取正值，在融冰模式下IZ1取負。如果上述三個電流代數(shù)和的絕對值大于定值Iset，極1母線差動保護動作，A、B、C三套保護主機均發(fā)保護性Z-BLOCK，跳交流進線開關，極隔離。三套保護主機的動作后果會經IFC總線，分別傳至兩套保護三取二裝置中。根據運行時的狀況（三取二還是二取一或者一取一），三取二裝置經過內部動作矩陣的邏輯選擇，將Z-BLOCK、極隔離指令輸出至極控主機并通過自身開關量回路直接跳開關，兩套三取二裝置輸出結果為或的關系，任何一個輸出就會動作。極控主機接收三取二裝置 Z-BLOCK保護性閉鎖、極隔離和跳閘指令后，在極控主機的COL模塊上顯示跳閘指示，通過 IFC總線將 Z-BLOCK傳至閥控主機進行移相、投旁通對，極隔離指令通過 IFC總線傳輸?shù)街绷髡究刂鳈C分 P1.WN.Q11和P1.WN.Q12。直接輸出跳開關即是跳換流變交流進線開關，通過硬接線直接到開關本體的操作回路跳開交流串上的斷路器。

閥層保護類似，閥組保護主機的結果經三取二裝置傳輸?shù)介y層控制主機進行響應，而有些閥層保護如：閥過流保護、換流器差動保護、旁通對過載保護等還需將保護結果由閥層控制主機傳送到極層控制。

2.2 保護性監(jiān)視

通常會在閥層控制系統(tǒng)中配置一些保護性監(jiān)控功能，來輔助直流系統(tǒng)保護。這些保護性監(jiān)控功能包括：換相失敗預測、晶閘管結溫監(jiān)視、大角度監(jiān)視、空載加壓試驗監(jiān)視、交流限壓保護、交流欠壓檢測、不平衡運行保護等。這些保護性監(jiān)控功能以觸發(fā)角等控制變量作為輸入信號，其結果是調節(jié)觸發(fā)角、升降換流變分接頭、降低功率等控制行為。

2.3 硬件和軟件三取二

為了保證保護動作的準確性和可靠性，防止誤動，每個保護主機的運算結果都會輸出到三取二裝置HPL100中。

圖3 HPL100原理框圖

從圖3中可以看出三取二裝置HPL100通過光纖接收三套保護主機的信號，在可編程邏輯中進行邏輯運算，可編程邏輯部分即為保護動作矩陣，通過邏輯與或非運算輸出結果，其原理如圖4所示?？删幊踢壿嬤\算結果有兩種：①通過光纖傳至極控主機進行處理，需要閥控層響應的還需通過IFC總線由極控主機傳至閥控主機，如上述極1母線差動保護結果：移相、投旁通對、閉鎖等；②當有進行重合MRTB、GTRS、NBS以及重合NBGS的指令以及跳換流變交流進線開關等，指令將直接通過16路開關量直接輸出進行重合或跳閘。

圖4 可編程邏輯原理

當保護主機與三取二裝置之間的三條IFC總線全部故障或者兩套三取二裝置電源故障，即三取二裝置不能正常工作時，控制主機將自動切換至軟件三取二，在控制軟件中實現(xiàn)三取二裝置的選擇功能。

3 與DCC800系統(tǒng)比較

對比ABB公司的DCC800系統(tǒng)，二者之間還是有很大的差別：①DCC800系統(tǒng)將直流控制分為三層：雙極層、極層和閥組層，DPS-3000系統(tǒng)將雙極層的功能集成在了極層控制中；②DCC800系統(tǒng)中直流場的開關刀閘控制、順控以及RPC部分集成在BCP雙極控制保護層，而 DPS-3000系統(tǒng)將上述部分獨立成塊，其功能在直流站控部分DCSC中實現(xiàn)，增強了系統(tǒng)運行的可靠性和獨立性；③控制保護系統(tǒng)對實時性要求很高，為保證準確性和快速性，控制保護之間及其冗余系統(tǒng)之間數(shù)據傳輸應用IFC總線 IFC板接收，DCC800系統(tǒng)則使用 eTDM總線PS932板卡接收；④DPS-3000系統(tǒng)增加了硬件三取二裝置，實現(xiàn)了軟件三取二與硬件三取二的冗余，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但不能忽視的是在增進穩(wěn)定可靠的同時，增大了控制保護配合的復雜性和工程成本。對于此種情況可以在視工程需求而調整。

4 現(xiàn)場運行分析

溪浙工程是 DPS-3000系統(tǒng)在特高壓直流工程中的首次應用，根據系統(tǒng)調試和運行的狀況，發(fā)現(xiàn)直流控制和保護系統(tǒng)邏輯存在一些不足還需改進或優(yōu)化。

4.1 軟件三取二的局限

硬件三取二能完成的功能，軟件三取二基本都可以實現(xiàn)，但對實時性要求極高的斷路器重合，如重合MRTB、GTRS、NBS以及重合NBGS等，硬件三取二裝置是通過開出回路硬接線實現(xiàn)。如果通過軟件三取二，重合命令需要從極控主機通過 IFC總線到直流站控，再由直流站控主機控制重啟，時間延時太長，會產生保護控制配合時序混亂，滿足不了保護要求。

對于這樣的情況可以在保護屏柜內通過繼電器擴容解決。軟件三取二的重合命令和跳閘命令經EDI板卡直接開出，由專門的繼電器和硬接線組成控制回路，接入斷路器的控制回路。這樣就可以減少時延，滿足對重合和跳閘的快速控制，實現(xiàn)完整的軟件三取二功能。

4.2 零磁通采集

IDNC、IDNE、IDEL1、IDEL2、IDME、IDGND等均由BMI屏柜采集，再由BMI屏柜送入極控和閥控主機。如果BMI屏柜失電，則所有零磁通量消失，存在一定風險。

為解決此種風險，可在系統(tǒng)設計時在零磁通本體增加線圈擴容，極層和閥層分別采集，測量回路獨立，最大程度的降低單一采集源分屏共享的風險。

5 結論

經過溪洛渡-浙西工程的實踐驗證，DPS-3000控制系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定，保護系統(tǒng)快速準確，控制保護配合邏輯清晰，優(yōu)化升級方便，可移植性強。平臺運算速度、點火接口控制技術、全數(shù)字仿真功能模塊生成技術滿足工程應用條件，它為±800kV溪洛渡-浙西工程的安全穩(wěn)定運行提供了強有力的保障。針對直流輸電行業(yè)的發(fā)展，今后還會將應用在±1100kV特高壓、多端直流和柔性直流輸電等領域。

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The Analysis of Control and Protection Cooperation Logic of ±800kV HVDC based on DPS-3000 Platform

Ai Hongjie1Yan bing1Jia Xuantao1Jin Hongjie2Zhang Zipeng1
(1.XJ Electric Corp.Ltd, Xuchang, He’nan 461000; 2.The First company of China Eighth Engineering Bureau.Ltd, Zhengzhou 450000)

After years of engineering accumulation, XJ DC Power Transmission Company develop the independent intellectual property rights industrial control platform, DPS-3000, which can realize the requirement of HVDC project real-time, accurately and fast.Xiluodu-Zhejiang ±800kV HVDC project is the largest dc power transmission project domestic of transportation capacity presently.its the first successful application at home and abroad of the DPS-3000 platform in Xiluodu-Zhejiang ±800kV HVDC project.The thesis analyzed the control and protection cooperation logic of HVDC on DPS-3000 platform, and compared with those of the DCC800 system.The thesis give some advice to resolve the operation inadequacy.

HVDC transmission; control-protection; two of three logic; IFC field bus

艾紅杰（1983-），男，碩士研究生，工程師，主要從事高壓直流輸電控制保護系統(tǒng)軟件設計。