宜昌換流站控保系統(tǒng)與龍泉站交流場(chǎng)接口分析

曹俊龍，肖 異，劉 斌，鄭深銳

（1.中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢430071；2.北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司，北京100085；3.國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司，福建 廈門361001）

0 引言

渝鄂背靠背聯(lián)網(wǎng)工程利用現(xiàn)有西南電網(wǎng)與華中電網(wǎng)的4 回500 kV 交流線路斷面建設(shè)2 座±420 kV 柔性直流換流站，即施州換流站（南通道）和宜昌換流站（北通道），應(yīng)用柔性直流輸電、背靠背聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是該工程的亮點(diǎn)。渝鄂背靠背聯(lián)網(wǎng)工程可大幅提高川渝電網(wǎng)與華中電網(wǎng)間的互濟(jì)能力，有利于促進(jìn)西南水電開發(fā)和大規(guī)模外送［1-7］。

通常，背靠背換流站的整流側(cè)和逆變側(cè)均設(shè)有交流配電裝置。宜昌換流站為節(jié)約占地，站內(nèi)僅設(shè)置了渝側(cè)交流開關(guān)場(chǎng)，而沒有單獨(dú)的鄂側(cè)交流開關(guān)場(chǎng)，其鄂側(cè)聯(lián)接變網(wǎng)側(cè)套管直接通過引線接入毗鄰龍泉換流站的交流場(chǎng)，相當(dāng)于宜昌換流站共用了龍泉換流站的交流場(chǎng)。文獻(xiàn)［8］～文獻(xiàn)［9］對(duì)這種交流場(chǎng)合建的換流站設(shè)計(jì)原則沒有規(guī)定，文獻(xiàn)［10］～文獻(xiàn)［11］雖然提及了交直流合建的一些技術(shù)原則以及二次系統(tǒng)（如時(shí)鐘同步、電能計(jì)量、智能輔助控制系統(tǒng)等）設(shè)計(jì)的主要方案，但是均沒有涉及換流站二次核心設(shè)備-直流控制保護(hù)系統(tǒng)的接口信息分析及設(shè)計(jì)方案。

宜昌換流站直流系統(tǒng)解鎖/閉鎖操作、直流系統(tǒng)故障跳閘以及開關(guān)、刀閘類設(shè)備操作時(shí)，需要在兩站之間傳遞接口信息，本文將主要分析宜昌換流站鄂側(cè)交流場(chǎng)共用龍泉換流站交流配電裝置的主接線形式下，其控制保護(hù)系統(tǒng)與龍泉站間的接口信息以及信息交互的方案。

1 宜昌換流站控保系統(tǒng)特殊之處

通常，交流開關(guān)場(chǎng)是直流換流站的一個(gè)組成部分，控保系統(tǒng)配置的交流站控屏負(fù)責(zé)交流開關(guān)場(chǎng)的聯(lián)鎖、測(cè)量和控制等。此外換流單元的控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)在故障或緊急停運(yùn)情況下，要下發(fā)跳閘指令至交流開關(guān)設(shè)備。對(duì)于通常的換流站這些功能都在同一站內(nèi)實(shí)現(xiàn)；對(duì)于已有交流場(chǎng)合建的換流站，如±800 kV泰州換流站，其交流場(chǎng)母線通過GIL 管道延伸至變電站，但是換流變進(jìn)線的交流配電裝置還是在本站內(nèi)，因此和直流系統(tǒng)運(yùn)行、跳閘相關(guān)的設(shè)備均可以在統(tǒng)一站內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

宜昌換流站為柔性直流換流站，其控保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行對(duì)直流系統(tǒng)運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用［12-15］。

本文以宜昌換流站單元二聯(lián)接變B2 接入龍泉站第3 串配電裝置為例進(jìn)行說明，宜昌站單元二和龍泉站交流場(chǎng)相關(guān)接線示意圖見圖1和圖2。

圖1 宜昌換流站單元二電氣接線圖Fig.1 Electrical single line diagram of unit two in Yichang station

圖2.龍泉換流站500 kV第三串主接線圖Fig.2 Electrical single line diagram of 500 kV 3rd bay in longquan station

宜昌站鄂側(cè)聯(lián)接變的交流配電裝置和直流控保系統(tǒng)不在同一個(gè)站內(nèi)，若宜昌站控保系統(tǒng)在接口信息交互上存在誤操作或接口信息不能可靠傳遞將造成不良后果，如表1中所示。

表1 宜昌站控保系統(tǒng)接口不可靠帶來的危害Table 1 Hazards caused by unreliable interface of C&P system in Yichang Station

此外，宜昌站運(yùn)行人員對(duì)鄂側(cè)聯(lián)接變的交流配電裝置位置信息也有監(jiān)視需求，便于其掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況。

綜上，宜昌站的特殊之處在于其鄂側(cè)聯(lián)接變的交流配電裝置和直流控保系統(tǒng)不在同一個(gè)站內(nèi)，宜昌站直流控保系統(tǒng)如何采集龍泉站就地設(shè)備信息，如何可靠傳遞跳閘命令、如何減少中間設(shè)備以保證跳閘延時(shí)以及兩站間設(shè)備的聯(lián)鎖關(guān)系都是需要考慮的問題。

2 兩站間控保系統(tǒng)接口信息分析

2.1 控保系統(tǒng)接口信息分析

為實(shí)現(xiàn)宜昌站控保系統(tǒng)完善的監(jiān)視和控制保護(hù)功能［16-23］，以及龍泉站設(shè)備操作時(shí)完善的聯(lián)鎖邏輯，宜昌站和龍泉站設(shè)備之間的接口內(nèi)容如下。

當(dāng)宜昌站直流系統(tǒng)或聯(lián)接變出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)跳開交流側(cè)開關(guān)；宜昌站部分直流控制功能的出口也須跳開交流側(cè)開關(guān)。為避免出現(xiàn)表1 中第1～3 項(xiàng)的危害，宜昌站的接口信息包括可靠傳遞的跳閘命令。

由于龍泉站的交流斷路器為兩站共用，其分、合操作直接影響宜昌站的直流系統(tǒng)運(yùn)行情況。為避免出現(xiàn)表1 中第4～5 項(xiàng)的危害，接口信息應(yīng)包括龍泉站控制系統(tǒng)在人工操作時(shí)需接收到的“操作允許”命令。

為避免表1中第6項(xiàng)的危害，兩站間應(yīng)交互聯(lián)鎖信息；此外，宜昌站某些順控操作的判斷條件來自鄂側(cè)交流配電裝置信息。因此，接口信息應(yīng)采集龍泉站第二串、第三串的斷路器、刀閘以及地刀的分/合位。

2.2 宜昌站設(shè)備操作聯(lián)鎖條件

宜昌站鄂側(cè)聯(lián)接變網(wǎng)側(cè)隔離開關(guān)（圖1 中的WBW2-Q1）在操作時(shí)需采集龍泉站開關(guān)設(shè)備位置進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯判斷，其閉合和斷開時(shí)的聯(lián)鎖邏輯如表2。

表2 宜昌站隔離開關(guān)（WB-W2-Q1）操作聯(lián)鎖邏輯Table 2 Interlock logic of disconnector(WB-W2-Q1)in Yichang station

表2中，&表示“與”邏輯，OFF表示分位。

2.3 宜昌站順控操作條件

宜昌站鄂側(cè)的順控操作［24-26］涉及鄂側(cè)檢修、鄂側(cè)冷備、鄂側(cè)熱備和鄂側(cè)運(yùn)行4種狀態(tài)，其中，鄂側(cè)檢修、鄂側(cè)冷備狀態(tài)時(shí)，宜昌站內(nèi)隔離開關(guān)WB-W2.Q1：OFF，不需要判斷龍泉站開關(guān)、刀閘狀態(tài)。

順控操作在轉(zhuǎn)換至鄂側(cè)熱備和鄂側(cè)運(yùn)行狀態(tài)前，需要采集龍泉站開關(guān)類設(shè)備狀態(tài)，以確定當(dāng)前態(tài)是否能進(jìn)行相關(guān)的順序操作。

表3中，||表示“或”邏輯，&表示“與”邏輯，ON表示合位，OFF表示分位。

表3 宜昌站順控操作關(guān)聯(lián)的接口信息Table 3 Interface information for sequence control logic in Yichang station

2.4 龍泉站接收的接口信息

龍泉站的一次設(shè)備為兩站共用，斷路器的誤分/誤合操作將對(duì)宜昌直流的運(yùn)行產(chǎn)生較大影響；故障情況下，快速可靠地跳開交流斷路器，切除宜昌換流站和系統(tǒng)之間的連接對(duì)保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定和設(shè)備安全具有重要意義。因此，龍泉站的設(shè)備在操作/跳閘時(shí)需要從宜昌站接收以下接口信息，如表4所示。

表4 龍泉站接收的接口信息Table 4 Interface information received by longquan station

3 接口設(shè)計(jì)方案

3.1 宜昌站控保接口屏方案

為了滿足上述接口信息的需求，如何采集和傳遞這些信息是設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重點(diǎn)。

位置接點(diǎn)（分/合位）采集的思路：為保證位置信號(hào)采集的準(zhǔn)確性、減少中間環(huán)節(jié)，宜昌站控保系統(tǒng)直接采集一次設(shè)備輔助接點(diǎn)信息，而沒有考慮從龍泉站監(jiān)控系統(tǒng)獲取信息。此方案的好處是避免兩站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之間通信時(shí)規(guī)約的轉(zhuǎn)換以及網(wǎng)絡(luò)安全等問題，并且滿足用于聯(lián)鎖邏輯的位置接點(diǎn)“直接采集”的要求。

跳閘命令傳遞的思路：若宜昌站控制主機(jī)、保護(hù)主機(jī)或聯(lián)接變保護(hù)的跳閘命令直接通過電纜傳遞至龍泉站一次設(shè)備操作回路，相關(guān)電纜的長度達(dá)1 000 m 左右；且跳閘電纜穿過高壓配電裝置容易受到電磁干擾和分布式電容影響［27-28］。為提高控制出口或保護(hù)出口的可靠性，考慮跳閘命令采用光纖傳輸，且盡量減少光電/電光轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，縮短整個(gè)鏈路的延時(shí)。

基于以上兩點(diǎn)考慮，實(shí)際工程中在龍泉站就地繼電器室設(shè)置了2 面控保接口屏（每個(gè)換流單元各1面）。該控保接口屏作為宜昌換流站控保系統(tǒng)的就地層設(shè)備，和相應(yīng)的控制主機(jī)、保護(hù)三取二裝置通過光纜連接。每面控保接口屏內(nèi)配置雙重化的智能單元，智能單元負(fù)責(zé)采集龍泉站交流場(chǎng)相關(guān)一次設(shè)備的狀態(tài)信息；開出宜昌站跳閘命令至斷路器操作回路，將相關(guān)允許條件、刀閘位置信息通過硬接線傳遞給龍泉站控制系統(tǒng)。

3.2 宜昌站控保主機(jī)鄂側(cè)出口回路方案

宜昌站的控制主機(jī)、直流保護(hù)三取二和聯(lián)接變保護(hù)三取二裝置［29-30］也采取了特殊設(shè)計(jì)，其鄂側(cè)的跳閘命令從裝置上直接通過光信號(hào)傳出（有別于其他工程或渝側(cè)裝置的跳閘命令是采用電接點(diǎn)信號(hào)開出），這樣就減少了發(fā)送端的一次電/光轉(zhuǎn)換過程，對(duì)縮短傳輸延時(shí)具有重要意義。工程中，實(shí)測(cè)的聯(lián)接變保護(hù)+三取二裝置+智能單元的總動(dòng)作時(shí)間滿足相關(guān)調(diào)度部門對(duì)跳閘傳遞時(shí)間的要求（差動(dòng)速斷<20 ms，比率差動(dòng)<30 ms，繞組差動(dòng)<30 ms，后備保護(hù)<40 ms）。

為滿足控制系統(tǒng)主、備用系統(tǒng)的切換要求，直流控制主機(jī)A和B同智能單元A和B之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單套連接。

為滿足保護(hù)跳閘命令可靠傳輸，直流保護(hù)三取二裝置A 和B 同智能單元A 和B 之間采用交叉連接；聯(lián)接變保護(hù)三取二裝置A和B同智能單元A和B之間采用交叉連接。

以換流單元二為例，宜昌站控保接口屏的連接架構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 控保接口屏連接示意圖Fig.3 C&P interface connection diagram

4 結(jié)語

渝鄂聯(lián)網(wǎng)工程宜昌換流站鄂側(cè)交流配電裝置和龍泉站交流場(chǎng)共用，為保證控保系統(tǒng)完善的功能，宜昌站控制保護(hù)系統(tǒng)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、順控操作、聯(lián)鎖邏輯、操作允許以及跳閘命令傳輸?shù)确矫婧妄埲疽淮卧O(shè)備、二次設(shè)備存在接口信息。以宜昌站單元二為例，分析了采集的信號(hào)數(shù)量、聯(lián)鎖邏輯、順控及允許操作的判斷條件。提出了宜昌換流站控保系統(tǒng)在龍泉站就地設(shè)置控保接口屏的方案，配置雙重化的智能單元設(shè)備，智能單元和宜昌站直流控制、保護(hù)主機(jī)等采用光纜連接。解決了接口信號(hào)采集及經(jīng)長電纜跳閘回路的問題。提出的控保主機(jī)-接口屏連接方案在實(shí)際工程中使用效果良好，既保證了信號(hào)傳遞的可靠性，同時(shí)減少了電纜的使用量。

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