特高壓直流輸電系統(tǒng)測量屏HCM3000主機(jī)掉電分析

郝文斌，張振華，單浩東，張 湛

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118）

0 引言

特高壓直流輸電系統(tǒng)測量屏主要包括極測量、閥組測量、換流變壓器測量。主要功能是對(duì)直流量和交流量進(jìn)行測量、濾波、預(yù)處理等功能，可以接收光輸入信號(hào)，所測量的信號(hào)經(jīng)過測量板卡ESP10B內(nèi)部程序的預(yù)處理，通過TDM總線發(fā)送給相應(yīng)的控制、保護(hù)系統(tǒng)。測量系統(tǒng)冗余配置，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，極控系統(tǒng)和閥控系統(tǒng)具有不同的測量系統(tǒng)。

以魯固直流工程為例，介紹極測量屏（PMI）和閥組測量屏（CMI）的測量與上傳功能，通過試驗(yàn)，分析測量屏掉電故障。

1 PMI／CMI的測量與上傳

1.1 PMI的測量與上傳

極控制和極保護(hù)系統(tǒng)的極層測量系統(tǒng)共用1個(gè)機(jī)箱，通過不同的板卡獨(dú)立采集、處理和傳輸，如圖1所示。左側(cè)6塊板卡為極控制系統(tǒng)配置的測量板卡，右側(cè)8塊板卡為極保護(hù)系統(tǒng)配置的測量板卡。EOT11C接收合并單測量的光信號(hào)，并分配給測量板卡ESP10C進(jìn)行初步處理。

圖1 極層測量板卡配置

測量屏柜采集一次電流、電壓的信號(hào)，經(jīng)過模擬量接口裝置DFU410A，轉(zhuǎn)換為±10 V的信號(hào)直接送到測量系統(tǒng)的ESP10C板卡中。ESP10C板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣處理，ESP10C板卡上的ITM11C將處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為控制保護(hù)所需要的TDM協(xié)議，送到控制保護(hù)系統(tǒng)處理器中［1］。

PMI通過屏柜下方DFU410A裝置進(jìn)行模擬量的測量，如圖2所示。極保護(hù)（PPR）主要采取高低端換流變壓器進(jìn)線電壓、直流場光TA／零磁通TA的模擬量（通過合并單元）、直流濾波器相關(guān)電流，完成極區(qū)、雙極區(qū)、直流濾波器區(qū)域電氣量保護(hù)［2］；極控制（PCP）通過PMI測量高低端換流變壓器進(jìn)線電壓、直流場光TA／零磁通TA的模擬量 （通過合并單元）等，完成極功率控制／電流控制PPC、過負(fù)荷限制OLL、直流功率調(diào)制MODS、電壓角度參考值計(jì)算VARC、線路開路試驗(yàn)控制OLT、同層極間分接頭同步TCC等功能。

圖2 PMI模擬量測量

1.2 CMI的測量與上傳

閥控制和閥保護(hù)系統(tǒng)的閥層測量系統(tǒng)共用1個(gè)機(jī)箱，通過不同的板卡獨(dú)立采集、處理和傳輸，如圖3所示。左側(cè)5塊板卡為閥組控制系統(tǒng)配置的測量板卡，右側(cè)5塊為閥組保護(hù)系統(tǒng)配置的測量板卡。EOT11C接收合并單元的光信號(hào)，并分配給測量板卡ESP10C進(jìn)行初步處理。

每個(gè)閥組分別有閥組測量接口屏3套（CMIA、CMIB、CMIC），采集一次電流、電壓信號(hào)，經(jīng)過模擬量接口裝置DFU410A，轉(zhuǎn)換為±10V的信號(hào)直接送到測量系統(tǒng)的ESP10C板卡中。ESP10C板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣處理，ESP10C板卡上的ITM11C將處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為控制保護(hù)所需要的TDM協(xié)議，送到閥控主機(jī)、閥保護(hù)主機(jī)處理器 EPU20A 中［3］。

圖3 閥層測量板卡配置

CMI通過屏柜下方DFU410A裝置進(jìn)行模擬量的測量，如圖4所示。閥保護(hù)（CPR）主要采取換流變閥側(cè)電流／電壓、換流變壓器進(jìn)線電壓等，完成換流器區(qū)域電氣量保護(hù)；閥控制（CCP）主要采取換流變閥側(cè)電流、換流變壓器進(jìn)線電流／電壓、直流場光TA／零磁通互感器的模擬量（通過合并單元），完成換流器觸發(fā)控制CFC、控制脈沖發(fā)生單元CPG、模式順序控制MSQ（執(zhí)行閥組的投退、緊急停運(yùn)等操作）、換流變壓器分接頭控制TCC等功能。

圖4 CMI模擬量測量

2 測量屏柜掉電試驗(yàn)

PMI以及CMI屏柜的HCM3000機(jī)箱雖有兩路互為冗余的110 V直流電源，但是對(duì)于機(jī)箱板卡而言，用于控制系統(tǒng)的測量板卡和保護(hù)系統(tǒng)的測量板卡的供電電源都是這兩路110 V電源，導(dǎo)致用于控制和用于保護(hù)的測控板卡無法單獨(dú)斷電檢修，甚至在兩路110 V電源以及機(jī)箱本身電池模塊故障的情況下，同時(shí)導(dǎo)致控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)退出運(yùn)行。針對(duì)該缺陷，網(wǎng)聯(lián)調(diào)試做了相關(guān)測控屏柜掉電試驗(yàn)。

2.1 PMI掉電試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)記錄

試驗(yàn)前工況：雙極全壓C01模式0.1 pu，站間通信正常。

試驗(yàn)操作：模擬逆變側(cè)極ⅡPMI2A／B屏柜掉電，先將逆變側(cè)極ⅡPMI2A屏柜電源空開斷開，記錄相關(guān)動(dòng)作后果；再將變側(cè)極ⅡPMI2B屏柜電源空氣開關(guān)斷開，記錄相關(guān)動(dòng)作后果［3］。

試驗(yàn)后工況：

將逆變側(cè)極ⅡPMI2A屏柜電源空開斷開后，極Ⅱ控制系統(tǒng)報(bào)“與極測量系統(tǒng)TDM總線故障”“與極測量TDM總線故障切系統(tǒng)”等報(bào)文后切換極Ⅱ控制系統(tǒng)B為主系統(tǒng)；極Ⅱ極保護(hù)系統(tǒng)報(bào)“保護(hù)系統(tǒng)故障三取二邏輯狀態(tài)切換”“極保護(hù)系統(tǒng)嚴(yán)重故障”等報(bào)文后極Ⅱ極保護(hù)系統(tǒng)A退出運(yùn)行，保護(hù)三取二邏輯轉(zhuǎn)為二取一。

繼續(xù)操作將逆變側(cè)極ⅡPMI2B屏柜電源空開斷開后，極Ⅱ控制系統(tǒng)報(bào)“與極測量系統(tǒng)TDM總線故障”“極監(jiān)視功能閉鎖極”等報(bào)文后極閉鎖；極Ⅱ極保護(hù)系統(tǒng)報(bào) “保護(hù)系統(tǒng)故障三取二邏輯狀態(tài)切換”“極保護(hù)系統(tǒng)嚴(yán)重故障”等報(bào)文后極Ⅱ極保護(hù)系統(tǒng)B退出運(yùn)行，保護(hù)二取一邏輯轉(zhuǎn)為一取一。

2.1.2 結(jié)果分析

在極測量屏A／B都下電后先由“極監(jiān)視功能閉鎖極”。關(guān)于極監(jiān)視功能，當(dāng)極控系統(tǒng)監(jiān)視到“整流器故障”“直流低電壓故障”“融冰模式下雙極電流差動(dòng)故障”“極母線直流分壓器壓力故障”“極中性母線直流分壓器壓力故障”出現(xiàn)時(shí)，出口極閉鎖。

除此之外，在極監(jiān)視閉鎖之后，極控系統(tǒng)還報(bào)出“極控切換邏輯跳閘”，出現(xiàn)此閉鎖信號(hào)的原因是由于極測量屏A／B全部下電，極控屏HCM3000發(fā)出“軟件不正?！毙盘?hào)給邏輯切換模塊，當(dāng)主備系統(tǒng)邏輯切換模塊都判斷出系統(tǒng)不正常時(shí)，極控發(fā)閉鎖極命令。極控系統(tǒng)可導(dǎo)致系統(tǒng)不正常的信號(hào)除“HCM3000軟件不正?！毙盘?hào)（此信號(hào)與閥控系統(tǒng)判據(jù)不同），還有“電源不正常”“HCM3000機(jī)箱硬件不正?！薄癡BE不正?！本唧w實(shí)現(xiàn)方法與CMI掉電類似，在CMI掉電中會(huì)做具體分析。

極控“HCM3000軟件不正?！毙盘?hào)：當(dāng)出現(xiàn)“極保護(hù)全部不正?！薄昂喜卧收稀薄皳Q流變進(jìn)線電壓故障”“EDI板卡故障”“TDM總線故障”（該信號(hào)由極測量屏直接通過TDM總線傳至極控屏）、“無直流濾波器運(yùn)行”“軟件三取二跳交流斷路器”信號(hào)時(shí)，HCM3000 發(fā)送“軟件不正?！毙盘?hào)給 RCD100［4］。

2.2 CMI掉電試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)記錄

試驗(yàn)前工況：極Ι全壓C26模式0.2 pu，站間通信正常。

試驗(yàn)操作：模擬逆變側(cè)極Ι CMI11A／B屏柜掉電，先將逆變側(cè)極Ι CMI11A屏柜電源空開斷開，記錄相關(guān)動(dòng)作后果；再將變側(cè)極極Ι CMI11B屏柜電源空開斷開，記錄相關(guān)動(dòng)作后果［3］。

試驗(yàn)后工況：

將逆變側(cè)極Ι CMI11A屏柜電源空開斷開后，極Ι高端閥控制系統(tǒng)報(bào)“與閥組測量系統(tǒng)TDM總線故障”“自動(dòng)切換到冗余系統(tǒng)”等報(bào)文后切換極Ι高端閥組控制系統(tǒng)B為主系統(tǒng)；因閥保護(hù)裝置在網(wǎng)聯(lián)調(diào)試還未做TDM故障三取二邏輯切換模塊，故未做出轉(zhuǎn)二取一動(dòng)作。

繼續(xù)操作將逆變側(cè)極Ι CMI11B屏柜電源空開斷開后，極Ι高端閥控制系統(tǒng)報(bào)“與閥測量TDM總線全部故障切換系統(tǒng)”“閥控切換邏輯跳閘”等報(bào)文后閉鎖高端閥組；因閥保護(hù)裝置在網(wǎng)聯(lián)調(diào)試還未做TDM故障三取二邏輯切換模塊，故未做出轉(zhuǎn)一取一動(dòng)作。

2.2.2 結(jié)果分析

關(guān)于閥控切換邏輯跳閘：經(jīng)程序以及屏圖分析，當(dāng)CCP邏輯切換模塊RCD100收到HCM3000通過EDI板卡傳輸來的 “電源正?！薄癏CM3000機(jī)箱硬件正?！薄癏CM3000軟件無故障”“VBE正?！遍_關(guān)量信號(hào)，當(dāng)著4個(gè)信號(hào)全部為“1”時(shí)，RCD100經(jīng)邏輯判別，判定本系統(tǒng)為OK狀態(tài)，并將 “系統(tǒng)正?！薄癗O ESOF”信號(hào)報(bào)給HCM3000（“系統(tǒng)正?！边€會(huì)發(fā)送給冗余系統(tǒng)HCM3000）。HCM3000收到RCD100上報(bào)的本系統(tǒng)“系統(tǒng)正?！焙腿哂嘞到y(tǒng)“系統(tǒng)正?！毙盘?hào)若同時(shí)為0，閥控系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行閥層Y閉鎖。關(guān)于“閥控切換邏輯跳閘”報(bào)文是由RCD100發(fā)送的“NO ESOF”信號(hào)置“0”時(shí)直接報(bào)出，并不執(zhí)行其他動(dòng)作。

由以上分析可知，當(dāng)HCM3000通過EDI板卡傳輸給RCD100的“電源正?！薄癏CM3000機(jī)箱硬件正?！薄癏CM3000軟件無故障”“VBE正?！?個(gè)開關(guān)量信號(hào)，有一個(gè)信號(hào)為“0”時(shí)，CCP就將出口Y閉鎖。對(duì)于這4個(gè)信號(hào)，導(dǎo)致其不正常的原因如下：

1）電源正常信號(hào)。需要將屏柜前方-F161 DC110V電源開關(guān)以及-F211 DC24V電源開關(guān)同時(shí)合上，如圖5所示。

圖5 直流電源開關(guān)

2）HCM3000機(jī)箱硬件正常信號(hào)。由HCM3000的SR10機(jī)箱內(nèi)部自行判斷發(fā)出該信號(hào)。

3）HCM3000軟件無故障信號(hào)：當(dāng)出現(xiàn)“閥組保護(hù)全部不正?！薄巴诫妷汗收稀薄皳Q流變進(jìn)線電壓故障”“Uac交流母線電壓故障”“TDM總線故障”（該信號(hào)由閥測量屏直接通過TDM總線傳至閥控屏，具體產(chǎn)生邏輯有待與廠家確認(rèn)）、“板卡初始化錯(cuò)誤（來自EDI的開關(guān)量）”“與極控IFC總線故障”“合并單元故障”“閥保護(hù)跳交流斷路器”信號(hào)時(shí)，HCM3000發(fā)送的 “HCM3000軟件無故障信號(hào)”置“0”。

4）VBE正常信號(hào)。由 CCP屏 HCM3000機(jī)箱EVC板卡接受來自VBE的“VBE正常”信號(hào)，并通過EDI送給 RCD100，進(jìn)行相關(guān)邏輯判斷［4］。

3 結(jié)語

在特高壓直流輸電工程中，測量屏作為模擬量、開關(guān)量采集傳輸?shù)闹袠校谡麄€(gè)控制保護(hù)系統(tǒng)中起到了至關(guān)重要的作用。測量屏掉電后HCM3000裝置策略會(huì)做出多種改變，其后果可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)的切換、保護(hù)取量邏輯的改變，嚴(yán)重時(shí)將造成閥組閉鎖。通過模擬工程中測量屏掉電工況分析控制和保護(hù)的邏輯關(guān)系，對(duì)可能出現(xiàn)的后果進(jìn)行總結(jié)。