基于DPS-3000平台的±800kV特高压直流输电工程控制保护配合逻辑分析

艾红杰严 兵贾轩涛靳红杰张自朋

（1.许继电气直流输电系统公司，河南 许昌 461000；2.中建八局第一建设有限公司，郑州 450000）

基于DPS-3000平台的±800kV特高压直流输电工程控制保护配合逻辑分析

艾红杰1严 兵1贾轩涛1靳红杰2张自朋1

（1.许继电气直流输电系统公司，河南 许昌 461000；2.中建八局第一建设有限公司，郑州 450000）

DPS-3000系统是许继直流输电公司经过多年的工程积累，自主开发具有完全知识产权的工业控制平台，能够实现直流输电工程控制保护实时、准确、快速的需求。溪洛渡-浙西是目前国内输送容量最大的直流输电工程，DPS-3000在±800kV溪洛渡-浙西工程中的成功应用在国内外尚属首次，文章着重分析了DPS-3000平台下控制和保护系统的配合逻辑，并与DCC800系统进行了比较,对运行中存在的不足提出了整改建议。

高压直流；控制保护；三取二逻辑；IFC总线

DPS-3000系列直流输电控制保护系统是许继集团基于高压直流输电领域长期的技术积累和工程经验，融合国内外先进技术，研制出的具有完全自主知识产权的成套直流控制保护系统。

溪洛渡左岸-浙江金华±800kV特高压直流输电工程西起四川省宜宾市双龙换流站，东至浙江省金华市武义换流站，直流线路长度约1670km，双极直流线路1回，每极2个12脉动换流器串联，是迄今为止输送功率最大的特高压直流输电工程。溪洛渡-浙西直流工程控制保护系统应用 DPS-3000平台，是此平台在特高压直流输电工程中的首次应用，对于直流输电领域国产化和自主化具有重要意义。

1 硬件构成和数据采集

1.1 硬件构成

DPS-3000同样按照分层、分区域进行控制，按照功能可分为：极层控制、极层保护、阀层控制、阀层保护、直流站控、交流站控以及站用电系统。所有控制主机采用双重化，保护采用三重化，每个控制保护主机主要组成板卡有EPU、IFC、EDI、ESP、ENT。EDI负责数字量的上传和下发，ESP是模拟量的采集和处理板卡，采集的数字量和模拟量通过TDM总线传至EPU板。EPU为数据处理逻辑运算板卡，相当于电脑的 CPU是核心板卡，经过 EPU处理需共享的数据，由IFC总线输出至冗余主机及进行控制保护主机之间数据传输。IFC10A插件是一种快速通信插件，通信速率50Mbps，具有快速通信总线接口，提供高速点对点通信功能，其必须嵌入到处理器插件EPU上才能运行。需要特别指出的是，如图1所示，IFC还是控制与保护之间的数据接口，是直流输电工程中控制和保护主机组网的关键板卡。ENT通信板卡负责HMI和服务器之间数据通信。

图1 极层控制保护主机快速总线图

1.2 数据采集及处理

数字量采集DFU410装置是新一代分布式现场控制设备，其性能优越，功能配置灵活，适用于特高压控制系统的间隔控制层。完成现场控制级的数据采集、预处理及数据上传功能，同时执行主控站的控制输出命令。此装置有72路开入，36路开出，用于上传状态和下发命令。DFU410可以根据现场提供的信号电压等级设置为直流 110V和直流220V，溪浙工程为 110V直流信号电源。开关本体分合状态信号从操作回路通过硬接线接入 DFU410装置，DFU410装置将110V电压信号转入继电器，经继电器转换为24V直流电压送至EDI板卡。EDI板卡送至EPU内进行逻辑计算或者HMI界面显示。

模拟量采集 直流电流分为零磁通和光 CT两类，其中极1中性母线中间电流IDNC，极2中性母线中间电流IDNC、极1中性母线开关电流IDNE、极 2中性母线开关电流 IDNE、站内接地开关电流IDGND、金属回线电流IDME、接地极回线1电流IDEL1以及接地极回线2电流IDEL2等所有零磁通的量，通过BMI屏柜内各自对应的P27000模块转换为 ESP板卡所需的电压等级，再由 ESP传输至EPU内。各阀组两端的IDCN和IDCP以及直流滤波器的流入电流测量和不平衡测量均为光 CT量，通过光纤传至测量装置，再经合并单元传输到控保主机的光数据接收板EOT，由EOT传入EPU。交流场的电流、电压、有功功率、无功功率、频率等量可由DFU410交流模拟量输入通道采集。DFU410还提供8路0～20mA的直流电流接入通道，一些供HMI监视的非电量，如：压力、流量、水位、风量等，经变送器转换为0～20mA的直流量，由DFU410直流模拟量输入通道采集显示，DFU410装置原理如图2所示。

图2 DFU410装置原理框图

2 控制与保护配合逻辑

2.1 控制保护配合

直流控制保护配合的基本逻辑为：保护主机根据数字量和模拟量运算结果，触发保护后将结果传输至三取二装置，三取二保护装置经过可编程逻辑部分将结果输出至同层的控制主机或者开关本体的操作回路。以极1保护中的极母线差动保护为例，电流IDC1P、IDL和IZ1送至极层的A、B、C三套保护主机，在极层保护主机（PPR）中根据写定的逻辑进行比较，极母线差动原理为

计算时 IZ1取正值还是负值取决于系统的运行状态，系统正常运行时IZ1取正值，在融冰模式下IZ1取负。如果上述三个电流代数和的绝对值大于定值Iset，极1母线差动保护动作，A、B、C三套保护主机均发保护性Z-BLOCK，跳交流进线开关，极隔离。三套保护主机的动作后果会经IFC总线，分别传至两套保护三取二装置中。根据运行时的状况（三取二还是二取一或者一取一），三取二装置经过内部动作矩阵的逻辑选择，将Z-BLOCK、极隔离指令输出至极控主机并通过自身开关量回路直接跳开关，两套三取二装置输出结果为或的关系，任何一个输出就会动作。极控主机接收三取二装置 Z-BLOCK保护性闭锁、极隔离和跳闸指令后，在极控主机的COL模块上显示跳闸指示，通过 IFC总线将 Z-BLOCK传至阀控主机进行移相、投旁通对，极隔离指令通过 IFC总线传输到直流站控主机分 P1.WN.Q11和P1.WN.Q12。直接输出跳开关即是跳换流变交流进线开关，通过硬接线直接到开关本体的操作回路跳开交流串上的断路器。

阀层保护类似，阀组保护主机的结果经三取二装置传输到阀层控制主机进行响应，而有些阀层保护如：阀过流保护、换流器差动保护、旁通对过载保护等还需将保护结果由阀层控制主机传送到极层控制。

2.2 保护性监视

通常会在阀层控制系统中配置一些保护性监控功能，来辅助直流系统保护。这些保护性监控功能包括：换相失败预测、晶闸管结温监视、大角度监视、空载加压试验监视、交流限压保护、交流欠压检测、不平衡运行保护等。这些保护性监控功能以触发角等控制变量作为输入信号，其结果是调节触发角、升降换流变分接头、降低功率等控制行为。

2.3 硬件和软件三取二

为了保证保护动作的准确性和可靠性，防止误动，每个保护主机的运算结果都会输出到三取二装置HPL100中。

图3 HPL100原理框图

从图3中可以看出三取二装置HPL100通过光纤接收三套保护主机的信号，在可编程逻辑中进行逻辑运算，可编程逻辑部分即为保护动作矩阵，通过逻辑与或非运算输出结果，其原理如图4所示。可编程逻辑运算结果有两种：①通过光纤传至极控主机进行处理，需要阀控层响应的还需通过IFC总线由极控主机传至阀控主机，如上述极1母线差动保护结果：移相、投旁通对、闭锁等；②当有进行重合MRTB、GTRS、NBS以及重合NBGS的指令以及跳换流变交流进线开关等，指令将直接通过16路开关量直接输出进行重合或跳闸。

图4 可编程逻辑原理

当保护主机与三取二装置之间的三条IFC总线全部故障或者两套三取二装置电源故障，即三取二装置不能正常工作时，控制主机将自动切换至软件三取二，在控制软件中实现三取二装置的选择功能。

3 与DCC800系统比较

对比ABB公司的DCC800系统，二者之间还是有很大的差别：①DCC800系统将直流控制分为三层：双极层、极层和阀组层，DPS-3000系统将双极层的功能集成在了极层控制中；②DCC800系统中直流场的开关刀闸控制、顺控以及RPC部分集成在BCP双极控制保护层，而 DPS-3000系统将上述部分独立成块，其功能在直流站控部分DCSC中实现，增强了系统运行的可靠性和独立性；③控制保护系统对实时性要求很高，为保证准确性和快速性，控制保护之间及其冗余系统之间数据传输应用IFC总线 IFC板接收，DCC800系统则使用 eTDM总线PS932板卡接收；④DPS-3000系统增加了硬件三取二装置，实现了软件三取二与硬件三取二的冗余，增强了系统的稳定性。但不能忽视的是在增进稳定可靠的同时，增大了控制保护配合的复杂性和工程成本。对于此种情况可以在视工程需求而调整。

4 现场运行分析

溪浙工程是 DPS-3000系统在特高压直流工程中的首次应用，根据系统调试和运行的状况，发现直流控制和保护系统逻辑存在一些不足还需改进或优化。

4.1 软件三取二的局限

硬件三取二能完成的功能，软件三取二基本都可以实现，但对实时性要求极高的断路器重合，如重合MRTB、GTRS、NBS以及重合NBGS等，硬件三取二装置是通过开出回路硬接线实现。如果通过软件三取二，重合命令需要从极控主机通过 IFC总线到直流站控，再由直流站控主机控制重启，时间延时太长，会产生保护控制配合时序混乱，满足不了保护要求。

对于这样的情况可以在保护屏柜内通过继电器扩容解决。软件三取二的重合命令和跳闸命令经EDI板卡直接开出，由专门的继电器和硬接线组成控制回路，接入断路器的控制回路。这样就可以减少时延，满足对重合和跳闸的快速控制，实现完整的软件三取二功能。

4.2 零磁通采集

IDNC、IDNE、IDEL1、IDEL2、IDME、IDGND等均由BMI屏柜采集，再由BMI屏柜送入极控和阀控主机。如果BMI屏柜失电，则所有零磁通量消失，存在一定风险。

为解决此种风险，可在系统设计时在零磁通本体增加线圈扩容，极层和阀层分别采集，测量回路独立，最大程度的降低单一采集源分屏共享的风险。

5 结论

经过溪洛渡-浙西工程的实践验证，DPS-3000控制系统运行可靠稳定，保护系统快速准确，控制保护配合逻辑清晰，优化升级方便，可移植性强。平台运算速度、点火接口控制技术、全数字仿真功能模块生成技术满足工程应用条件，它为±800kV溪洛渡-浙西工程的安全稳定运行提供了强有力的保障。针对直流输电行业的发展，今后还会将应用在±1100kV特高压、多端直流和柔性直流输电等领域。

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The Analysis of Control and Protection Cooperation Logic of ±800kV HVDC based on DPS-3000 Platform

Ai Hongjie1Yan bing1Jia Xuantao1Jin Hongjie2Zhang Zipeng1
(1.XJ Electric Corp.Ltd, Xuchang, He’nan 461000; 2.The First company of China Eighth Engineering Bureau.Ltd, Zhengzhou 450000)

After years of engineering accumulation, XJ DC Power Transmission Company develop the independent intellectual property rights industrial control platform, DPS-3000, which can realize the requirement of HVDC project real-time, accurately and fast.Xiluodu-Zhejiang ±800kV HVDC project is the largest dc power transmission project domestic of transportation capacity presently.its the first successful application at home and abroad of the DPS-3000 platform in Xiluodu-Zhejiang ±800kV HVDC project.The thesis analyzed the control and protection cooperation logic of HVDC on DPS-3000 platform, and compared with those of the DCC800 system.The thesis give some advice to resolve the operation inadequacy.

HVDC transmission; control-protection; two of three logic; IFC field bus

艾红杰（1983-），男，硕士研究生，工程师，主要从事高压直流输电控制保护系统软件设计。