牛从直流输电工程直流测量系统可靠性分析

李凯协 郭卫明 卢 松 肖磊磊

摘 要：本文介绍了±500kV同塔双回牛从直流输电工程直流测量系统的组成，分别从工作原理、测量系统与控制保护连接的结构方面对牛从直流测量系统的可靠性进行探讨研究，同时与其他直流工程进行比较，指出牛从直流的直流测量系统非常可靠的，满足牛从直流安全稳定运行的要求，并提出直流测量系统运行维护要点。

关键词：牛从直流;直流测量系统;可靠性

牛从直流工程是南方电网首条同塔双回直流输电工程，最大输送容量达到6400MW。牛从直流直接影响整个南方电网的安全稳定运行，因此其对电力系统继电保护的动作速度要求越来越高，这就要求互感器具有良好的暂态响应特性，能真实、快速地反映一次故障信号，使继电保护装置能在暂态过程尚未结束前就正确动作，这对直流测量系统的可靠性要求更加苛刻[1，2]。本文将对牛从直流输电工程直流测量系统原理及可靠性进行探讨分析。

1.直流测量系统的组成

由于光电传输系统可用于电力系统重污秽、强噪声、强电磁场的测量环境中，并且结构简单，成本不高，在电力系统测量中，有非常明显的优势[3]，因此牛从直流工程直流的测量采用以光纤作为信号传输载体的光电传输系统。该系统主要由直流电压互感器和直流电流互感器以及相关的传输回路设备组成。

2.直流测量系统的工作原理

牛从直流采用的是有源式直流测量系统，其具有以下特点：一次侧存在电子线路且电子线路必须有电源支持才能正常工作;常规的传感元件与光纤通信技术结合;直流电流测量均采用光纤绝缘子作为绝缘介质[2，4]。

有源式光纤电流测量系统由直流分流器、空芯线圈、高压侧调制电路、高压侧光供电电源、光纤传输系统、低压侧解调电路等组成。分流器串联于被测直流线路上，将正比于被测直流电流的电压信号取出。同时，使用了空心线圈将线路上的谐波电流变换成与其微分信号成正比的电压信号。高压侧调制电路将这两路信号电压调制为光信号，经光纤传输至低压侧解调电路，还原为正比于被测直流电流的电压，经标定后得到直流电流及谐波电流值。

直流电压测量系统的直流分压器由高压臂和低压臂两部分组成，直流分压器的额定二次输出为50V。高压侧调制电路将分压器得到的信号电压调制为光信号，经光纤传输至低压侧解调电路，还原为高压侧的电压。

3.直流测量系统对控制、保护系统的影响

牛从直流的每一套直流保护系统均采用两条互相独立测量通道，两套直流保护系统之间的测量通道也是相互独立的，从而使得直流测量系统可靠性非常高;每套控制系统采用一条独立的测量通道，两套系统之间的测量通道也是相互独立的。当出现一条测量通道故障或者一个合并单元损坏时，直流控制和保护系统仍然可以继续运行，不会导致直流停运。

对于直流控制系统来说，两套系统（一主一备）正常运行时，当其中一套系统的测量通道出现异常或者故障时，控制系统自动进行切换。

对直流保护系统来说，当测量通道出现故障时，其切换选择逻辑为：

（1）所有测量通道均正常时，直流保护系统A（B）只有在两个测量通道均检测到故障的情况下才出口动作。保护A系统与保护B系统之间是“或”的关系。

（2）任意一套系统的一路测量通道故障（以保护A系统为例）。当保护A系统检测到其中一个测量通道有故障后，延时闭锁该通道，出口逻辑改为“1取1”，即只要正常的測量通道检测到故障就出口动作。

（3）任意一套系统的两路测量通道均故障（以保护A系统为例）。直流保护A系统自检发现两个测量通道均故障时自动退出运行，此时直流保护系统剩下B系统正常运行。

（4）当两套保护的三个测量通道出现故障，整个直流保护系统剩下一条通道时，直流保护继续运行，此时只要剩下完好的那条通道动作即可出口。

由以上分析可见，本工程的测量系统配置原则既保证了直流保护冗余的要求，又降低了直流保护误动的可能性。

4.与以往直流工程的对比分析

以直流电压测量系统为例， 天广直流经过改造之后采用南瑞继保的测量系统，该测量系统将二次分压回路拆分为N个独立的分压回路，各个分压回路通过RC网络连接，RC网络器件参数的选择保证了分压比及频率特性不变。每个分压回路有一个远端模块，在远端模块与控制保护系统中设置测量接口屏，远端模块与接口屏之间通过光纤进行连接，接口屏与控制保护之间通过两路相互独立的现场总线IEC60044-8进行连接，两条相互独立的总线实时备用，每套保护控制系统时刻处理两条总线的数据。当单个远端模块出现故障时，控制保护系统会自动闭锁对应总线的测量数据，从而避免误出口的风险。但是，由于本极的测量接口屏数据会送到对极，因此，该测量系统存在的缺点就是当一个极的测量系统故障有可能会影响另一极的运行，处理不当可能会造成事故范围的扩大。

牛从直流工程的直流测量系统与改造后的天广直流相似，均采用南瑞继保的测量系统，并对测量系统进行优化，本极的测量接口屏数据不会送到对极，保证两个极之间的测量独立。RC网络将二次分压回路与接于各个独立的分压回路的远端模块连接在一起，远端模块、测量接口屏和控制保护系统均是冗余配置，两条现场总线也是相互独立，单个远端模块故障并不会影响控制保护系统的运行，同时，本极的测量回路出现故障也不会影响对极的正常运行。见图1。

图1  牛从直流工程直流电压测量系统图

而特高压云广直流工程与牛从直流工程直流测量系统最大的区别在于云广工程的两条总线非实时备用，控制保护系统优先采纳总线1传输的数据，总线2的数据直接旁路不处理。当总线1发生错误时，理解切换至总线2，在切换的过程中控制保护系统锁定当前暂存的数据，当完全切换至总线2时，才刷新控制保护系统中的数据。因此控制系统最严重时可存在1-2ms数据非实时状态[5，6]。

5.运行要点

牛从直流因其复杂的结构关系而使用了大量的远端模块和合并单元，设备固有的质量和寿命同时也增加了设备故障的概率。但是测量通道的冗余保证了单条测量通道的故障不会影响测量系统以及直流系统的正常运行。当牛从直流出现某个测量接口屏内的测量板卡故障时，只需短时退出受影响的控制保護系统，更换后重新投入即可。并不需要及时停电处理。

为了进一步提高直流测量系统的安全稳定运行，运行人员在日常维护中需要在后台工作站上关注测量系统远端模块的运行情况，保证其激光驱动电流小于800mA，数据电平大于900mV，并且保证屏柜的冷却风扇运行正常。

6.结语

本文介绍了牛从直流工程直流测量系统的组成，并从测量系统的工作原理、与控制保护的连接结构和与其他直流工程进行对比分析，指出牛从直流输电工程的直流测量系统的可靠性满足牛从直流安全稳定的运行，同时提出一些直流测量系统的运行要点。

参考文献：

[1]赵婉君. 高压直流输电工程技术[M]. 北京：中国电力出版社，2004.

[2]朱韬析，刘 东，郭卫明，何 杰. 南方电网直流输电工程的光测量系统典型异常及处理方法[J].电力系统保护与控制，2010，38（17），147-152

[3]陈陶陶，方志，赵龙章，邱毓昌. 光电传输系统在电力系统测量中的应用[J].继电器，2007，35（15）：77-84

[4]曾庆禹. 电力系统数字光电量测系统的原理及技术[J].电网技术，2001，25（4）：1-5

[5]徐攀腾，张志朝.直流测量系统总线切换对特高压直流保护系统的影响[J].南方电网技术， 2012，6（6） ：11-14

[6]王超，周翔胜，汪洋. 云广±800 kV 直流输电工程直流测量系统异常情况分析[J].南方电网技术， 2010，4（5） ：36-38

作者简介：

李凯协（1987-），男，本科，助理工程师，目前从事直流输电维护工作。

郭卫明（1980-），男，工程师，目前从事直流输电维护工作。

卢  松（1983-），男，本科，工程师，目前从事直流输电维护工作。

肖磊磊（1986-），男，工程师，目前从事直流输电维护工作。