直流控制保护系统配置研究

祁玉栋，黄胜祝

直流控制保护系统配置研究

祁玉栋1，黄胜祝2

（1.国网四川省电力公司检修公司；2.国网四川省电力公司仁寿县供电公司）

随着社会经济的发展，我国的直流输电技术也得到了快速发展，直流输电项目建设的越来越多，人们对接地选址以及输电走廊有关问题更加重视。尤其是大容量、远距离的输电工程，更应该以充分体现资源的优化配置以及提高输电走廊的利用率为目标。本文以某一直流输电工程为例，对直流控制系统、直流保护系统以及网络系统配置等方面进行详细的研究，为大家提供参考。

直流控制保护系统；控制网络；同塔双回

1　工程简介

某一直流输电工程直流线路长度大约1255km，额定直流电流为3300A，额定输电容量为6500MW，采用双回±500kV同塔双回直流输电方案。整个工程规模比较大，涉及到的设备类型比较多，可以选择的运行方式也比较多，控制保护系统需要经双回直流协调统一控制，是一个输、接两端换流站双回直流场同址建设、直流线路同塔建设以及接地极共用的直流输电工程。直流控制保护系统相当于整个工程的“大脑”，其配置和功能对于常规单回直流输电系统以及交流控制保护系统进一步强大和完善。

2　分层结构系统配置以及功能

2.1系统设备配置

该项工程的直流保护系统按照双重化配置以及分层结构进行，由极控制保护层、双极控制层、双回控制层以及阀组控制层共同组成，如图1所示。

从这个图中我们可以看到，回层设备主要有站控屏；双回层设备主要有双回协调控制屏；极控制保护层设备主要有极控制柜；系统层设备主要有交流测控屏、站用电控制主机柜以及交流滤波测控屏。

图1　双回直流控制保护系统分层结构图

2.2功能分析

①双极控制层以及单回直流系统的功能主要是对直流场内所有的直流开关、刀闸操作、模式选择以及顺序控制等进行协调控制，同时对后备双功率、后备无功、后备功率进行协调控制以及系统接口与运行人员交互等。②极控制层的功能主要是对直流功率输送的整个过程进行控制，对直流、交流的功率进行转换，对直流场设备进行操作控制，它是整个直流输电系统的核心。另外也可以起到对输电系统的运行停止控制，对直流输送的功率大小进行控制，对直流输电的方向进行控制，对系统设备、交流站设备、线路、换流器等各个参数等进行监测等。③阀组控制层主要体现换流阀组的高速闭环控制功能，可以对直流电流、电压的运行进行控制，对换流阀解锁、闭锁进行控制，对熄弧角进行控制等。

2.3本次工程的系统配置及功能

依据该项工程的要求以及独立运行能力，结合同步运行的特点和双回直流同址合建，对控制保护系统提出了新的要求。本项工程采用的是±500kV直流系统分层结构，在这个基础上在双回层中增加了双回直流协调控制功能，以充分体现协调控制能力，主要对无功进行控制，对双回功率进行协调控制，对安稳进行协调控制以及接口与运行人员交互等。

3　控制网络系统配置及功能探析

3.1换流站现场总线

控制网络系统配置主要是通过交换机以及网线连接来实现控制保护设备之间的数据传输和交换。本项工程中，依据现场总线来实现就地测控层和控制保护层之间的数据传输，也就是说，就地测控层设备通过现场总线将收集的电压、电流、隔离开关位置以及断路器位置等信息传输给控制保护层，控制保护层再将这些控制信息传输给就地测控层。在本项工程中，配置了现场控制总线、站CAN、现场CAN总线以及IEC70045-7总线，其中现场CAN总线主要对分布式I/O与主机之间进行通信联系，充分体现执行装置、控制核心以及现场采集之间的数据传输。而站CAN主要是对主线之间的总线进行通信，它可以将各个主机，比如回直流站控柜、双回协调控制柜、各个极控制柜等有关的CPU进行连接，然后将控制命令以及信息状态进行传输。

3.2换流站站内局域网系统

局域网系统是整个控制保护系统以及整个运行人员控制系统的连接枢纽。在该项工程中，局域网系统主要由就地控制LAN、远动LAN、SCAFALAN、培训LAN以及保护故障滤波LAN等。在实际的操作中，运行人员将控制层设备连接到控制LAN，然后将控制层与SCAFALAN进行连接，将控制保护系统通过网络接口与就地控制LAN网进行连接，最后与控制层设备进行数据信息传输。

通过对控制网络系统配置及功能进行探析，我们可以看到直流控制系统中，在信息网络的基础上，控制保护设备的数据信息是由低层向高层进行传输，控制保护设备的控制信息是由高层向低层传输，层次如果比较低，也就意味着所配置的总线网络就有较强的实时性。

4　直流控制系统探析

直流控制系统不仅可以实现基本模式控制，而且还可以对各种限制器以及控制器等实现控制能力。比如，它可以将直流电流、功率、电压以及换流器等被控信号控制在设备限制范围内，在直流系统出现故障以后可以在一段时间以后恢复电力。

4.1控制策略分析

工程系统中的每一回直流控制策略都是电流裕度控制，这与常规直流是一样的。工程系统的整流站采用的是定电流控制，通过电流控制器来调节触发角对直流电流进行控制；逆变站采用的是定电压控制，通过调节触发角来对整流侧电压进行控制，将熄弧角设置在一定范围内，确保Udio的设定值。

直流控制系统对工程中的基本接线方式都可以很好的适应，它可以提供有关运行人员界面以及系统特性，对各种运行方式的控制模式都能实现，比如，双极功率控制、双回直流系统协调控制，直流降压运行控制、同步极电流控制等。

4.2本项工程直流控制系统

本项工程依据实际情况和要求增加了双回协调控制系统，其所体现的功能都作为后备功能而存在。比如，当双回协调控制系统失去功能的情况下，两回直流可以继续正常工作；当双回协调控制层失去能力的情况下，系统中后备的双回协调控制功能可以起到作用，发挥双回控制功能。所以，对系统功能的配置，可以充分发挥双回直流控制保护系统的可靠性。

5　直流保护系统探析

直流保护系统的配置主要是对高压直流系统中的所有设备无论受到什么样的情况下都可以受到全面的保护，使对其他设备以及系统的干扰减小到最小。直流保护系统的配置主要是对相间短路、直流开路、阀短路、过压过载、接地短路以及电容器等器件损坏进行配置。

直流保护系统可以按照保护区域进行分区配置，保护区域与相邻保护区进行部分重叠，不会存在保护死区。具体包括换流变压器保护区、直流线路保护区、双极保护区、直流和交流滤波器保护区以及直流极母线保护区等不同的保护区。

在高压直流系统中，其控制系统和保护系统不共用一个主机，相互之间是独立的，各个设备以及保护区的保护都是采用双重化配置。但是每重的保护都应该尽可能的依据不同的原理，通道、测量器件以及不同的电源配置原则，在物理上和电气上其保护电路都应该分开，使保护动作在检修的过程中不会对其他保护正确动作造成影响，不会失去自身的灵敏度。系统设备在运行的过程中，为不会对设备元件造成保护误动，一般会采取保护启动加动作的方式进行。本项工程的直流保护系统按照极进行独立设置，每极的直流保护相互之间是完全独立的。比如，本项工程中采用500kV母线、500kV线路等设备的保护都是按照双重化进行配置，设置相互独立的保护出口、CT和PT、断路器跳闸线圈以及独立的电源等等，如果任何一种保护动作发生时就可以快速起动与其对应的保护出口。

本项工程对采用的双重化配置的保护系统进一步改进，一套保护如果受到某种原因出现退出的情况下，另一套保护就会以“或”门的形式进行保护出口。其中一个单元检测到故障时就可动作，使可靠性更加凸显。本项工程采用的完全双重切换的实现过程就是：当其中任何一个单元检测到测量故障时就会仅闭相应保护原理，其他的保护原理在这种情况下还可以发挥正常作用。如果双极区测量发生故障时，会仅闭锁保护原理，但是不会闭锁所有保护，所以可以可靠的避免双极闭锁。

6　总结

通过以上各个方面的介绍，我们了解直流控制保护系统配置比较复杂，与常规单回直流输电系统以及交流控制保护系统有很大的不同。本项直流输电工程的控制保护系统最突出的区别就是在回层中设置一个双回协调控制层，使整个系统功能表现的更加全面和完善。系统中的双回控制系统中的分层更加清晰，功能也更加明确，采用的完全双重化保护系统配置也更加可靠，通过采用多种形式的局域网以及总线结构，使整个换流站工程系统运行的更加可靠和稳定。

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2095-2066（2016）31-0071-02

2016-10-12