直流配電網(wǎng)用直流控制與保護設備試驗規(guī)程

南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司、北京四方繼保自動化股份有限 公司、清華大學、深圳供電局有限公司、北京智中能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司。

本指導性技術(shù)文件規(guī)定了直流配電網(wǎng)控制保護設備的工廠試驗、出廠試驗與現(xiàn)場試驗等的內(nèi)容與要求。

李巖、李巍巍、司喆、陳莉、袁志昌、許樹楷、文安、趙宇明、 季一潤、李國香、陳俊、劉濤、魏承志。

本指導性技術(shù)文件適用于直流配電網(wǎng)控制保護設備的試驗系統(tǒng)搭建、試驗項目制定與試驗驗收等工作。

《換流器及直流控制保護設備》為高壓直流輸電崗位培訓教材叢書之一，主要內(nèi)容包括：換流器的結(jié)構(gòu)、閥控系統(tǒng)，換流器的試驗與檢修，直流控制保護基本原理，HVDC控制保護功能要求，南瑞、許繼控制保護系統(tǒng)，以及控制保護自動化系統(tǒng)?！稉Q流器及直流控制保護設備》可供高壓直流輸電崗位運行、檢修技術(shù)人員及管理人員參考，也可作為相關(guān)專業(yè)院校師生的參考書。

《直流換流站運維技能培訓教材:直流控制保護》由國家電網(wǎng)公司運維檢修部編著，教材涵蓋了直流換流站運行、直流控制保護、換流閥及閥控系統(tǒng)、閥冷卻系統(tǒng)的運維技術(shù)，特別對現(xiàn)場作業(yè)技能進行了詳細的描述，編寫力求準確、清晰，面向生產(chǎn)一線，突出現(xiàn)場實用性。

控制保護系統(tǒng)定義及現(xiàn)狀

直流控制保護系統(tǒng)是直流輸電的“大腦”。是直流輸電系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運行的保障。其關(guān)鍵技術(shù)主要包括軟硬件平臺技術(shù)、直流控制保護系統(tǒng)設計、閥觸發(fā)控制、直流保護。ABB，SIEMENS，ALSTOM等作為國際上少數(shù)幾家能夠完整進行直流輸電系統(tǒng)設計制造的公司。把直流控制保護系統(tǒng)作為直流輸電的核心。投入了大量的資金和人力。不斷進行開發(fā)和產(chǎn)品升級換代。ABB公司現(xiàn)在提供的MACH2直流控制保護系統(tǒng)是在20世紀90年代初開始開發(fā)。

1995年左右開發(fā)完成的、我國剛投入運行的龍政直流和三廣直流采用的就是這套系統(tǒng)：SIEMENS公司提供的直流控制保護系統(tǒng)被我國南方電網(wǎng)的天廣直流和在建的貴廣直流中所采用。據(jù)悉。ABB已著手開發(fā)更新一代的直流控制保護系統(tǒng)。SIEMENS已經(jīng)推出新的直流控制保護系統(tǒng)Win.TDC。

控制保護系統(tǒng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

直流控制保護系統(tǒng)基本按面向物理或邏輯對象的原則進行功能配置。不同對象的功能之間盡可能少的交換信息。某一對象異常不影響其他對象功能的正確運行。系統(tǒng)分為站層和設備層兩大層次。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖《直流控制保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖》所示。站層主要包括SCADA和遠動通信系統(tǒng)及站級CAN網(wǎng)。設備層設備按照功能可分為交直流站控系統(tǒng)、直流極控系統(tǒng)、直流保護系統(tǒng)。

控制保護系統(tǒng)SCADA

高壓直流控制保護系統(tǒng)中SCADA系統(tǒng)的軟硬件。包括對換流站交流開關(guān)場(含換流變及備用間隔)、直流開關(guān)場、換流站控制樓、閥廳、通信系統(tǒng)、直流線路、換流站輔助系統(tǒng)等的監(jiān)視控制以及與遠方調(diào)度中心和其他監(jiān)視場所的通信接口等。換流站SCADA系統(tǒng)的作用是用于監(jiān)視控制高壓直流傳輸系統(tǒng)以及換流站交流系統(tǒng)的運行控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。

SCADA系統(tǒng)是一個模塊化、分布化的全面的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)。層次結(jié)構(gòu)清晰。它由過程監(jiān)視單元、過程控制單元、圖形操作工作站和主計算機系統(tǒng)組成。所有過程監(jiān)視與運行的工作站、主計算機通過局域網(wǎng)(LAN)連接，具有信息共享、資源優(yōu)化使用和功能分布的網(wǎng)絡性能。SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用開放化設計。將來如有需要便于系統(tǒng)升級和增加新的功能。SCADA系統(tǒng)必須要保證其高可靠性。重要的子系統(tǒng)、設備和網(wǎng)絡、通道都采用冗余體系結(jié)構(gòu)，保證在單通道或單硬件故障下不引起系統(tǒng)故障。

控制保護系統(tǒng)交流站控系統(tǒng)

站控系統(tǒng)分為交流站控和直流站控。交流站控系統(tǒng)主要完成交流場、交流濾波器和電容器的監(jiān)視與控制。其主要功能歸納如下：

• 整個換流站范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采集及信息處理、上送運行人員控制系統(tǒng)：

• 全站范圍內(nèi)的開關(guān)、刀閘和地刀的操作控制；

• 聯(lián)鎖：

• 同期：

• 交流站控系統(tǒng)內(nèi)部及輔助系統(tǒng)的事件生成和上傳至運行人員控制系統(tǒng)：

• 在線諧波監(jiān)視：

• 對輔助系統(tǒng)的監(jiān)控接口(包括站用電系統(tǒng)的控制、監(jiān)視，以及對其他輔助系統(tǒng)的監(jiān)視功能)；

• 對一次測量裝置的接口功能。

以下是交流站控系統(tǒng)的配置原則。

1、采用分散式結(jié)構(gòu)。按面向物理對象的原則進行各站控子系統(tǒng)的配置。不同子系統(tǒng)之間盡可能少的交換信息。某一對象異常不影響其他對象功能的正確運行。配置子系統(tǒng)時充分考慮各子系統(tǒng)的負載均衡。避免某一子系統(tǒng)任務過重。造成運行異常。

2、采用分布式I/O系統(tǒng)。I/O采用按對象設計的原則。即關(guān)閉某一對象相關(guān)I/O的電源不影響系統(tǒng)及其他對象的運行。

3、采用標準總線CAN和TDM。通信介質(zhì)采用光纖。提高系統(tǒng)抗干擾能力。CAN總線用于信號量及控制命令的傳輸。TDM總線用于電壓和電流信號的傳輸。

為了保證系統(tǒng)的高可用性。即不因單一故障影響系統(tǒng)正常運行。交流站控系統(tǒng)的主要系統(tǒng)設計為冗余的。冗余的主要方法是雙重化，冗余的范圍從輸入/輸出回路到SCADA，LAN。

控制保護系統(tǒng)直流極控系統(tǒng)

極控系統(tǒng)是整個換流站控制系統(tǒng)的核心。極控系統(tǒng)的控制性能直接決定直流系統(tǒng)的各種響應特性以及功率/電流穩(wěn)定性。

極控系統(tǒng)功能概要如圖《高壓直流控制系統(tǒng)功能框圖》所示。

控制功能模塊包括：極功率控制/電流控制(PPC)；過負荷限制(OLL)；直流功率調(diào)制(MODS)；換流器觸發(fā)控制(CFC)；控制脈沖發(fā)生單元(CPG)；無功功率控制(RPC)；開關(guān)順序控制(SSQ)；模式順序控制(MSQ)；準備順序控制(RSQ)；電壓角度參考值計算(VARC)；換流變壓器分接頭控制(TCC)；線路開路試驗控制(OLT)；站問通信(TCOM)。

運行人員設定功率定值和各種直流功率調(diào)制后。功率定值經(jīng)PPC單元計算得到電流定值，電流定值再送到CFC單元計算得到相應的觸發(fā)角。CPG單元產(chǎn)生觸發(fā)脈沖送到閥控制(VC)，CFC還確保觸發(fā)脈沖在允許限制范圍內(nèi)。

控制保護系統(tǒng)直流保護系統(tǒng)

直流系統(tǒng)保護有以下特點。

a、保護完全雙重化配置：1套直流保護可完成所有的保護功能。2套直流保護完成完全雙重化保護配置。每套保護自身采取措施保證單一元件損壞本套保護不誤動。保證安全性：2套保護同時運行，任意1套動作可出口。保證可靠性。

b、每套保護的防誤不依賴于其他套保護，使設備之間關(guān)系簡單。易維護。

c、每套保護采取的單一元件損壞防誤動的措施。

d、每套保護為雙輸入、雙采樣、雙總線傳輸、雙處理器進行保護運算。

直流保護裝置原理如圖《直流保護裝置結(jié)構(gòu)圖》所示。

直流系統(tǒng)保護所保護的設備和范圍與換流站的特點密切相關(guān)。與一般的交流變電站不同，所要保護的設備和范圍有交流母線、交流濾波器；換流變壓器：直流系統(tǒng)。