特高压直流输电系统测量屏HCM3000主机掉电分析

郝文斌，张振华，单浩东，张 湛

（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118）

0 引言

特高压直流输电系统测量屏主要包括极测量、阀组测量、换流变压器测量。主要功能是对直流量和交流量进行测量、滤波、预处理等功能，可以接收光输入信号，所测量的信号经过测量板卡ESP10B内部程序的预处理，通过TDM总线发送给相应的控制、保护系统。测量系统冗余配置，保证系统运行的可靠性，极控系统和阀控系统具有不同的测量系统。

以鲁固直流工程为例，介绍极测量屏（PMI）和阀组测量屏（CMI）的测量与上传功能，通过试验，分析测量屏掉电故障。

1 PMI／CMI的测量与上传

1.1 PMI的测量与上传

极控制和极保护系统的极层测量系统共用1个机箱，通过不同的板卡独立采集、处理和传输，如图1所示。左侧6块板卡为极控制系统配置的测量板卡，右侧8块板卡为极保护系统配置的测量板卡。EOT11C接收合并单测量的光信号，并分配给测量板卡ESP10C进行初步处理。

图1 极层测量板卡配置

测量屏柜采集一次电流、电压的信号，经过模拟量接口装置DFU410A，转换为±10 V的信号直接送到测量系统的ESP10C板卡中。ESP10C板卡进行数据的采样处理，ESP10C板卡上的ITM11C将处理的数据转换为控制保护所需要的TDM协议，送到控制保护系统处理器中［1］。

PMI通过屏柜下方DFU410A装置进行模拟量的测量，如图2所示。极保护（PPR）主要采取高低端换流变压器进线电压、直流场光TA／零磁通TA的模拟量（通过合并单元）、直流滤波器相关电流，完成极区、双极区、直流滤波器区域电气量保护［2］；极控制（PCP）通过PMI测量高低端换流变压器进线电压、直流场光TA／零磁通TA的模拟量 （通过合并单元）等，完成极功率控制／电流控制PPC、过负荷限制OLL、直流功率调制MODS、电压角度参考值计算VARC、线路开路试验控制OLT、同层极间分接头同步TCC等功能。

图2 PMI模拟量测量

1.2 CMI的测量与上传

阀控制和阀保护系统的阀层测量系统共用1个机箱，通过不同的板卡独立采集、处理和传输，如图3所示。左侧5块板卡为阀组控制系统配置的测量板卡，右侧5块为阀组保护系统配置的测量板卡。EOT11C接收合并单元的光信号，并分配给测量板卡ESP10C进行初步处理。

每个阀组分别有阀组测量接口屏3套（CMIA、CMIB、CMIC），采集一次电流、电压信号，经过模拟量接口装置DFU410A，转换为±10V的信号直接送到测量系统的ESP10C板卡中。ESP10C板卡进行数据的采样处理，ESP10C板卡上的ITM11C将处理的数据转换为控制保护所需要的TDM协议，送到阀控主机、阀保护主机处理器 EPU20A 中［3］。

图3 阀层测量板卡配置

CMI通过屏柜下方DFU410A装置进行模拟量的测量，如图4所示。阀保护（CPR）主要采取换流变阀侧电流／电压、换流变压器进线电压等，完成换流器区域电气量保护；阀控制（CCP）主要采取换流变阀侧电流、换流变压器进线电流／电压、直流场光TA／零磁通互感器的模拟量（通过合并单元），完成换流器触发控制CFC、控制脉冲发生单元CPG、模式顺序控制MSQ（执行阀组的投退、紧急停运等操作）、换流变压器分接头控制TCC等功能。

图4 CMI模拟量测量

2 测量屏柜掉电试验

PMI以及CMI屏柜的HCM3000机箱虽有两路互为冗余的110 V直流电源，但是对于机箱板卡而言，用于控制系统的测量板卡和保护系统的测量板卡的供电电源都是这两路110 V电源，导致用于控制和用于保护的测控板卡无法单独断电检修，甚至在两路110 V电源以及机箱本身电池模块故障的情况下，同时导致控制系统和保护系统退出运行。针对该缺陷，网联调试做了相关测控屏柜掉电试验。

2.1 PMI掉电试验

2.1.1 试验记录

试验前工况：双极全压C01模式0.1 pu，站间通信正常。

试验操作：模拟逆变侧极ⅡPMI2A／B屏柜掉电，先将逆变侧极ⅡPMI2A屏柜电源空开断开，记录相关动作后果；再将变侧极ⅡPMI2B屏柜电源空气开关断开，记录相关动作后果［3］。

试验后工况：

将逆变侧极ⅡPMI2A屏柜电源空开断开后，极Ⅱ控制系统报“与极测量系统TDM总线故障”“与极测量TDM总线故障切系统”等报文后切换极Ⅱ控制系统B为主系统；极Ⅱ极保护系统报“保护系统故障三取二逻辑状态切换”“极保护系统严重故障”等报文后极Ⅱ极保护系统A退出运行，保护三取二逻辑转为二取一。

继续操作将逆变侧极ⅡPMI2B屏柜电源空开断开后，极Ⅱ控制系统报“与极测量系统TDM总线故障”“极监视功能闭锁极”等报文后极闭锁；极Ⅱ极保护系统报 “保护系统故障三取二逻辑状态切换”“极保护系统严重故障”等报文后极Ⅱ极保护系统B退出运行，保护二取一逻辑转为一取一。

2.1.2 结果分析

在极测量屏A／B都下电后先由“极监视功能闭锁极”。关于极监视功能，当极控系统监视到“整流器故障”“直流低电压故障”“融冰模式下双极电流差动故障”“极母线直流分压器压力故障”“极中性母线直流分压器压力故障”出现时，出口极闭锁。

除此之外，在极监视闭锁之后，极控系统还报出“极控切换逻辑跳闸”，出现此闭锁信号的原因是由于极测量屏A／B全部下电，极控屏HCM3000发出“软件不正常”信号给逻辑切换模块，当主备系统逻辑切换模块都判断出系统不正常时，极控发闭锁极命令。极控系统可导致系统不正常的信号除“HCM3000软件不正常”信号（此信号与阀控系统判据不同），还有“电源不正常”“HCM3000机箱硬件不正常”“VBE不正常”具体实现方法与CMI掉电类似，在CMI掉电中会做具体分析。

极控“HCM3000软件不正常”信号：当出现“极保护全部不正常”“合并单元故障”“换流变进线电压故障”“EDI板卡故障”“TDM总线故障”（该信号由极测量屏直接通过TDM总线传至极控屏）、“无直流滤波器运行”“软件三取二跳交流断路器”信号时，HCM3000 发送“软件不正常”信号给 RCD100［4］。

2.2 CMI掉电试验

2.2.1 试验记录

试验前工况：极Ι全压C26模式0.2 pu，站间通信正常。

试验操作：模拟逆变侧极Ι CMI11A／B屏柜掉电，先将逆变侧极Ι CMI11A屏柜电源空开断开，记录相关动作后果；再将变侧极极Ι CMI11B屏柜电源空开断开，记录相关动作后果［3］。

试验后工况：

将逆变侧极Ι CMI11A屏柜电源空开断开后，极Ι高端阀控制系统报“与阀组测量系统TDM总线故障”“自动切换到冗余系统”等报文后切换极Ι高端阀组控制系统B为主系统；因阀保护装置在网联调试还未做TDM故障三取二逻辑切换模块，故未做出转二取一动作。

继续操作将逆变侧极Ι CMI11B屏柜电源空开断开后，极Ι高端阀控制系统报“与阀测量TDM总线全部故障切换系统”“阀控切换逻辑跳闸”等报文后闭锁高端阀组；因阀保护装置在网联调试还未做TDM故障三取二逻辑切换模块，故未做出转一取一动作。

2.2.2 结果分析

关于阀控切换逻辑跳闸：经程序以及屏图分析，当CCP逻辑切换模块RCD100收到HCM3000通过EDI板卡传输来的 “电源正常”“HCM3000机箱硬件正常”“HCM3000软件无故障”“VBE正常”开关量信号，当着4个信号全部为“1”时，RCD100经逻辑判别，判定本系统为OK状态，并将 “系统正常”“NO ESOF”信号报给HCM3000（“系统正常”还会发送给冗余系统HCM3000）。HCM3000收到RCD100上报的本系统“系统正常”和冗余系统“系统正常”信号若同时为0，阀控系统同时执行阀层Y闭锁。关于“阀控切换逻辑跳闸”报文是由RCD100发送的“NO ESOF”信号置“0”时直接报出，并不执行其他动作。

由以上分析可知，当HCM3000通过EDI板卡传输给RCD100的“电源正常”“HCM3000机箱硬件正常”“HCM3000软件无故障”“VBE正常”4个开关量信号，有一个信号为“0”时，CCP就将出口Y闭锁。对于这4个信号，导致其不正常的原因如下：

1）电源正常信号。需要将屏柜前方-F161 DC110V电源开关以及-F211 DC24V电源开关同时合上，如图5所示。

图5 直流电源开关

2）HCM3000机箱硬件正常信号。由HCM3000的SR10机箱内部自行判断发出该信号。

3）HCM3000软件无故障信号：当出现“阀组保护全部不正常”“同步电压故障”“换流变进线电压故障”“Uac交流母线电压故障”“TDM总线故障”（该信号由阀测量屏直接通过TDM总线传至阀控屏，具体产生逻辑有待与厂家确认）、“板卡初始化错误（来自EDI的开关量）”“与极控IFC总线故障”“合并单元故障”“阀保护跳交流断路器”信号时，HCM3000发送的 “HCM3000软件无故障信号”置“0”。

4）VBE正常信号。由 CCP屏 HCM3000机箱EVC板卡接受来自VBE的“VBE正常”信号，并通过EDI送给 RCD100，进行相关逻辑判断［4］。

3 结语

在特高压直流输电工程中，测量屏作为模拟量、开关量采集传输的中枢，在整个控制保护系统中起到了至关重要的作用。测量屏掉电后HCM3000装置策略会做出多种改变，其后果可能导致控制系统的切换、保护取量逻辑的改变，严重时将造成阀组闭锁。通过模拟工程中测量屏掉电工况分析控制和保护的逻辑关系，对可能出现的后果进行总结。