MACH2控制保護系統(tǒng)斷路器控制回路典型故障詳解

(湖北省電力檢修公司直流運檢中心，湖北 宜昌 443000)

1 MACH2系統(tǒng)原理介紹

MACH2(Modular Advanced Control for HVDC and SVC 2nd edition)控制保護系統(tǒng)是以現(xiàn)代化的計算機構建的以高質量的工業(yè)標準總線和光纖通信鏈路連接起來的控制保護系統(tǒng)，具有很強的適應性。由于廣泛采用了計算機和微控制器，系統(tǒng)包含非常強大的內(nèi)部監(jiān)控能力，這將大大減少控制設備檢修的所需時間。MACH2系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)都被設計成固有的并行冗余方式，其特點是標準、緊湊、高可靠性、高集成度。

MACH2控制系統(tǒng)一般采用分層結構，基本結構如圖1所示。一次設備的狀態(tài)信號(如斷路器的位置指示、一次回路電流等)從一次設備就地控制柜內(nèi)引出，被MACH2系統(tǒng)的I/O板卡進行采集后，通過MACH2系統(tǒng)的CAN總線和TDM數(shù)據(jù)總線送往相應的控制保護主機?？刂票Ｗo主機通過LAN網(wǎng)接入到站內(nèi)的SCADA系統(tǒng)中，從而將狀態(tài)信號送至SCADA系統(tǒng)中的運行人員工作站中。反之，運行人員也可以通過運行人員工作站發(fā)布控制命令到一次設備。

MACH2系統(tǒng)包括多臺MACH2主機，各主機連接分布式輸入、輸出板卡，并通過CAN網(wǎng)、LAN網(wǎng)相互通訊。控制柜分布在控制樓與繼電器室。在控制盤柜內(nèi)的數(shù)據(jù)通訊通過CAN網(wǎng)絡實現(xiàn)，盤柜間區(qū)域終端系統(tǒng)與主計算機系統(tǒng)之間的通信利用光纖實現(xiàn)。站內(nèi)控制系統(tǒng)設備具體包括：ACP(交流控制保護)、AFT(交流場設備終端)、AFP(交流濾波器、并聯(lián)電容器控制保護)、ASI(輔助系統(tǒng)接口)、VCU(換流閥控制單元)、BFT(雙極公共區(qū)域設備終端)、LFL(線路故障定位)、PCP (極控制和保護)、DFT(直流場設備終端)、CCP(閥水冷系統(tǒng)控制保護)、ETCS(換流變電子控制系統(tǒng))、ERCS(平波電抗器電子控制系統(tǒng))等。全站控制保護系統(tǒng)由主機、分布式輸入/輸出、標準現(xiàn)場總線CAN網(wǎng)及標準LAN網(wǎng)接口組成，軟件采用Hidraw圖形化編程工具實現(xiàn)，用Hibug進行系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)分散、分層結構為分散于2個繼電器室和控制室的控制單元。每個控制單元完成本單元控制區(qū)域的控制保護任務?？刂坪捅Ｗo系統(tǒng)按雙重化設置，分別為A系統(tǒng)和B系統(tǒng)，正常運行時，其中一個系統(tǒng)為工作狀態(tài)，另一個系統(tǒng)為在線熱備用狀態(tài)，兩個系統(tǒng)同時在工作，只是備用系統(tǒng)的輸出被閉鎖(除交流濾波器保護、換流變保護等單系統(tǒng)直接出口動作外)，如果工作系統(tǒng)發(fā)生故障，將會自動切換至備用系統(tǒng)。

2 斷路器回路故障情況說明

2018年4月22號超高壓±500kV江陵換流站在操作5631交流濾波器進行無功設備投退時，交流濾波器進線斷路器5631在AFP主機中存在開關“就地”位置信號，而現(xiàn)場實際切換把手在“遠方”位置。主機中開關在就地位置的指示參看圖2。通過查看軟件圖，可以得知開關在就地狀態(tài)是不允許進行分閘操作的。

圖1 MACH2系統(tǒng)分層結構圖

圖2 5631斷路器“就地”位置相關軟件截圖

斷路器就地位置節(jié)點信號電回路路徑為：本體機構箱至5631操作匯控柜再至繼電器室輔助系統(tǒng)接口屏ASI1+3屏。

圖3 5631斷路器位置信號電回路邏輯圖

首先對回路電壓進行監(jiān)測，斷路器“就地”位置時在匯控柜、ASI屏內(nèi)對應端子上測得5631開關就地位置信號電壓為0；打至“遠方”位置時，同樣測量位置測得信號電壓為110V，從該測量結果來看，判斷該信號電回路是正常的。另外檢查還發(fā)現(xiàn)AFP主機內(nèi)該大組濾波器的小組斷路器5633、5634開關就地位置信號也存在同樣錯誤，由此判斷為ASI1+3屏與AFP1A/1B主機通訊有問題所致。

3 故障情況解析

ASI1+3屏內(nèi)三個I/O機箱通過三塊PS831光通訊板與AFP1A/AFP1B、AFP3A/AFP3B、ACP1A/ACP1B主機的PS831板卡相連接，再通過PS873B板卡和CAN1總線相連。

圖4 5631斷路器輔助系統(tǒng)接口屏(ASI屏)硬件布置圖

在ACP1A主機上用MCfeeder軟件登錄ASI1+3屏H9.3位置的PS851板，如圖5(a)所示第6位數(shù)據(jù)DIG_IN1_24對應5631開關就地位置信號，DIG_IN1_27對應5631開關的總告警信號，由圖5(b)、(c)MCfeeder軟件界面可以看出這兩個信號的數(shù)據(jù)均為“0”，說明5631開關軟件中顯示確為遠方，PS851板運行程序正確，它向CAN總線發(fā)送的數(shù)據(jù)包也是正確的。

圖5 MCfeeder軟件監(jiān)視CAN線上851板卡信號

另外在ASI+3屏做H9.3位置的PS851板輸入信號試驗。通過在PS851板輸入端短接SF6故障信號、開關就地位置信號接線與公共端，在OWS上監(jiān)視事件列表和AFP1A/AFP1B主機軟件內(nèi)輸入量，結果是通過ACP1A/ACP1B主機上送的故障事件可以正常觸發(fā)，而AFP1A/AFP1B主機軟件內(nèi)輸入量繼續(xù)保持先前狀態(tài)，無任何變化。通過試驗可以判斷ASI1+3屏與AFP1A/AFP1B主機間CAN總線通訊不正常。AFP1A/AFP1B主機在ASI1+3屏內(nèi)公用一塊PS831板，將ACP1A光纖通道接至該板卡，重復信號試驗，ACP1A可以正常上送事件，說明該PS831工作正常。嘗試用備用光纖代替ASI1+3屏與AFP1A主機間的光纖通道，故障現(xiàn)象仍沒有消除。檢修人員在ASI1盤柜上模擬了5631開關SF6壓力高故障信號，發(fā)現(xiàn)AFP1A主機信號并沒有變位，最后通過AFP1A主機上用MCfeeder登錄主機820板卡，監(jiān)測不到CAN線上的相關板卡，由此判斷應該為AFP1A主機屏內(nèi)CAN線通訊板卡故障。對AFP1A+1屏的PS831板卡進行了更換，后主機可以正確監(jiān)測到故障報警信號，開關位置就地信號也消失。由于PS831板卡故障并無相關告警。通過同樣的步驟檢查，發(fā)現(xiàn)AFP1B主機PS831板卡也同時出線了故障。兩個冗余系統(tǒng)的主機CAN信號通訊同時存在異常，開關就地位置信號無法變位，最終導致無法遠方分開該5631開關。對故障板卡進行了更換后，5631開關可正常進行遠方分合操作，至此故障消除。

4 結束語

直流控制保護系統(tǒng)是直流輸電系統(tǒng)中最重要的設備之一，直接關系到直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和一次主設備的安全。直流輸電二次設備之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括電壓、電流等模擬信號以及開關量信號和控制保護信號，其中開關量信號以及控制保護信號通常流量不是很大(相對于模擬量信號)，但需要保證很高的實時性和準確性。在MACH2控保系統(tǒng)中，CAN總線、TDM總線用于連接MACH2主機PCI板卡、I/O板卡并在這些板卡中實現(xiàn)數(shù)字信號量及控制命令、及模擬信號的傳輸。了解MACH2系統(tǒng)CAN總線及TDM總線，對于換流站現(xiàn)場工作中控制系統(tǒng)方面故障的查找和分析有很大的幫助。