直流配電網(wǎng)用直流控制與保護(hù)設(shè)備試驗(yàn)規(guī)程起草人

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。

南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司、北京四方繼保自動(dòng)化股份有限 公司、清華大學(xué)、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(dǎo)性技術(shù)文件適用于直流配電網(wǎng)控制保護(hù)設(shè)備的試驗(yàn)系統(tǒng)搭建、試驗(yàn)項(xiàng)目制定與試驗(yàn)驗(yàn)收等工作。

本指導(dǎo)性技術(shù)文件規(guī)定了直流配電網(wǎng)控制保護(hù)設(shè)備的工廠試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等的內(nèi)容與要求。

《換流器及直流控制保護(hù)設(shè)備》為高壓直流輸電崗位培訓(xùn)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(yàn)與檢修，直流控制保護(hù)基本原理，HVDC控制保護(hù)功能要求，南瑞、許繼控制保護(hù)系統(tǒng)，以及控制保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)。《換流器及直流控制保護(hù)設(shè)備》可供高壓直流輸電崗位運(yùn)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(yùn)維技能培訓(xùn)教材:直流控制保護(hù)》由國家電網(wǎng)公司運(yùn)維檢修部編著，教材涵蓋了直流換流站運(yùn)行、直流控制保護(hù)、換流閥及閥控系統(tǒng)、閥冷卻系統(tǒng)的運(yùn)維技術(shù)，特別對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)技能進(jìn)行了詳細(xì)的描述，編寫力求準(zhǔn)確、清晰，面向生產(chǎn)一線，突出現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性。

控制保護(hù)系統(tǒng)定義及現(xiàn)狀

直流控制保護(hù)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(yùn)行的保障。其關(guān)鍵技術(shù)主要包括軟硬件平臺(tái)技術(shù)、直流控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、閥觸發(fā)控制、直流保護(hù)。ABB，SIEMENS，ALSTOM等作為國際上少數(shù)幾家能夠完整進(jìn)行直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造的公司。把直流控制保護(hù)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(jìn)行開發(fā)和產(chǎn)品升級(jí)換代。ABB公司現(xiàn)在提供的MACH2直流控制保護(hù)系統(tǒng)是在20世紀(jì)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(yùn)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(hù)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(hù)系統(tǒng)。SIEMENS已經(jīng)推出新的直流控制保護(hù)系統(tǒng)Win.TDC。

控制保護(hù)系統(tǒng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

直流控制保護(hù)系統(tǒng)基本按面向物理或邏輯對(duì)象的原則進(jìn)行功能配置。不同對(duì)象的功能之間盡可能少的交換信息。某一對(duì)象異常不影響其他對(duì)象功能的正確運(yùn)行。系統(tǒng)分為站層和設(shè)備層兩大層次。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖《直流控制保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖》所示。站層主要包括SCADA和遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)及站級(jí)CAN網(wǎng)。設(shè)備層設(shè)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(hù)系統(tǒng)。

控制保護(hù)系統(tǒng)SCADA

高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)中SCADA系統(tǒng)的軟硬件。包括對(duì)換流站交流開關(guān)場(chǎng)(含換流變及備用間隔)、直流開關(guān)場(chǎng)、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(yuǎn)方調(diào)度中心和其他監(jiān)視場(chǎng)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(yùn)行控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。

SCADA系統(tǒng)是一個(gè)模塊化、分布化的全面的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。所有過程監(jiān)視與運(yùn)行的工作站、主計(jì)算機(jī)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(luò)性能。SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用開放化設(shè)計(jì)。將來如有需要便于系統(tǒng)升級(jí)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(shè)備和網(wǎng)絡(luò)、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(hù)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(chǎng)、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(gè)換流站范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采集及信息處理、上送運(yùn)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(yùn)行人員控制系統(tǒng)：

• 在線諧波監(jiān)視：

• 對(duì)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(duì)其他輔助系統(tǒng)的監(jiān)視功能)；

• 對(duì)一次測(cè)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(duì)象的原則進(jìn)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(duì)象異常不影響其他對(duì)象功能的正確運(yùn)行。配置子系統(tǒng)時(shí)充分考慮各子系統(tǒng)的負(fù)載均衡。避免某一子系統(tǒng)任務(wù)過重。造成運(yùn)行異常。

2、采用分布式I/O系統(tǒng)。I/O采用按對(duì)象設(shè)計(jì)的原則。即關(guān)閉某一對(duì)象相關(guān)I/O的電源不影響系統(tǒng)及其他對(duì)象的運(yùn)行。

3、采用標(biāo)準(zhǔn)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(hào)量及控制命令的傳輸。TDM總線用于電壓和電流信號(hào)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(yùn)行。交流站控系統(tǒng)的主要系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(hù)系統(tǒng)直流極控系統(tǒng)

極控系統(tǒng)是整個(gè)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(yīng)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(fù)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(zhǔn)備順序控制(RSQ)；電壓角度參考值計(jì)算(VARC)；換流變壓器分接頭控制(TCC)；線路開路試驗(yàn)控制(OLT)；站問通信(TCOM)。

運(yùn)行人員設(shè)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(jì)算得到電流定值，電流定值再送到CFC單元計(jì)算得到相應(yīng)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(hù)系統(tǒng)直流保護(hù)系統(tǒng)

直流系統(tǒng)保護(hù)有以下特點(diǎn)。

a、保護(hù)完全雙重化配置：1套直流保護(hù)可完成所有的保護(hù)功能。2套直流保護(hù)完成完全雙重化保護(hù)配置。每套保護(hù)自身采取措施保證單一元件損壞本套保護(hù)不誤動(dòng)。保證安全性：2套保護(hù)同時(shí)運(yùn)行，任意1套動(dòng)作可出口。保證可靠性。

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

c、每套保護(hù)采取的單一元件損壞防誤動(dòng)的措施。

d、每套保護(hù)為雙輸入、雙采樣、雙總線傳輸、雙處理器進(jìn)行保護(hù)運(yùn)算。

直流保護(hù)裝置原理如圖《直流保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖》所示。

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