一起换流站直流容量改变直流功率参考值告警的处理与思考

苏丽倩，陈铁敏，黄致远，闫全全，左 威

(国网上海市电力公司检修公司，上海 200063)

直流输电是如今保证清洁能源在大范围内高效汇集、灵活传递、分散消纳的重要手段[1]，其灵活性往往取决于换流站内控制保护系统的工作性能。极控的控制模式主要有两种，定功率控制和定电流控制，一般情况下选择前者。当双极外部设备运行工况一致时，一般将控制系统设定为双极功率控制模式[2]。在该模式下，两个极的直流电压对称，单极直流功率为双极总容量的一半，使得流过接地极的电流最小[3]。在双极功率控制模式中，期望的终点功率参考值由运行人员手动整定或通过自动功率曲线获取。调节功率过程中的实时参考值由斜坡发生器动态跟随。

本文从±500 kV某换流站极控系统(PCP)发出的“直流容量改变直流功率参考值”告警为出发点，首先从软件层面，搜寻引起该告警的一些重要程序变量，确定对极解锁状态误判是中间因素，对极电流采集丢失是关键因素。其次是从硬件层面，分析对极电流的传输途径，提供检修处理的具体步骤和定位故障点的方法，找到告警事件的根源在于测量屏内发送端的EtherCAT光电转换模块出现故障。最后基于整个告警事件的分析与处理过程，提出一些关于不足与改进的思考。

1 直流容量告警

1.1 告警事件概况

某日，±500 kV某换流站在执行手动升功率操作后，OWS监视后台频发“极2极控B(从)系统，直流容量改变直流功率参考值——产生”告警信号，瞬时复归，该报警约每20 s发一次。在告警发生前，该换流站作为逆变站与主控站运行，采用双极手动功率控制模式，双极直流系统、交流系统运行正常；告警后检查各极控、极保护系统，未见明显异常现象。

1.2 告警影响

该告警信号的设置是为了提醒运行人员，当前实际直流容量与控制系统通过斜坡计算所得直流功率参考值存在较大偏差，需进一步确认直流运行情况与功率参考值设定的正确性。

但现场设备运行正常，在手动升功率后实际直流功率与参考值一致，且极2极控A(主)系统未发类似告警，由此可初判为单一控制系统的告警误报。在直流输电中，虽然直流功率参考值的手动设置由主控站负责[4]，但真正实现直流功率控制[5]功能的往往是整流站。若主控站为逆变站，则逆变站通过站间通信将手动设置的直流功率参考值传至整流站。因此逆变站出现的“直流容量改变直流功率参考值”告警，对实际功率输送的影响不大。但在潮流反转时，逆变站将以整流模式运行[6]，若再出现此告警，则影响较大。

2 告警信号的软件排查

2.1 告警信号的板卡定位

±500 kV某换流站的直流控保系统采用基于西门子SIMADYN D开发的HCM200系统平台，其核心处理器硬件主要有基于UNIX系统的PM6板和基于Windows XP系统的EP3.1板。

根据后台发出的事件列表，可找到相应事件编号与产生告警的软件位置。现场用可视化调试软件STRUC G在线Debug极2极控系统B第一块CPU PM6板的子功能程序ENUM，实时读取变量C_FMAX(指令频率达到最大设定值)为1，该值在双极正常运行时应为0，变位异常。指令频率达到上限，说明极控系统判断经过斜坡计算的功率参考值与实际输送功率差距过大，实际直流容量已达到上限，无法满足参考目标。

2.2 直流容量改变功率参考值的判据

寻找变量C_FMAX的产生源头，可发现SBPP_Cap(直流容量改变双极功率参考值)、SBPP_Lim(功率限制改变双极功率参考值)、SET_CLim(电流限制改变功率斜度变化量)任一个量为1，均可导致C_FMAX变位为1。现场Debug发现，仅有SBPP_Cap=1，而SBPP_Lim与SET_CLim均为0。

根据直流容量改变功率参考值指令发出的判据可以发现，SBPP_Cap变位为1是源于功能块PL140判定双极直流容量实际值BPPcap小于直流功率在斜坡变化中的参考值Pramp。在双极平衡运行方式下，极控逻辑会为每个极分配相同直流功率。但现场Debug功能块PL40的输入端，得到Pramp的值约为70%，而BPPcap的数值仅约为Pramp的一半。

再分别对功能块PL130B的两个输入端监视，发现本极功率Pcap数值正常，而对极功率P_Cap_op的数值为0%。进一步Debug功能块PL130C的输入端，发现对极解锁信号op_dblk异常，零值与当前运行工况不符。

2.3 对极解锁状态的判断

查找op_dblk的出处，发现该信号是跨CPU板、跨操作系统传输的信号，由第五块CPU EP3.1板经第三块CPU PM6板再传到第一块CPU PM6板，如图4所示。

在第五块CPU EP3.1板中，分别用EP3 IBS调试软件Debug 子功能程序CC_T3的对极换流器解锁信号oP Cdebd、对极解锁状态信号OP_dblk，以及子功能程序CC_T1的对极电流IdH_oP，分别得到1、0、0.276 11%的数值。分析数据知，该极控接收oP Cdebd信号正常，而对极电流IdH_oP在当时运行工况下，应为在70%附近，但极控实际采集到的数值接近0%，证明采集异常。极控在确认对极解锁状态时，由于不满足oP Cdebd=1且IdH_oP>8%的条件，故判定对极是未解锁状态。

综上可知，极控之所以发出“直流容量改变功率参考值”的告警，是因为对极电流采集丢失。因此下一步工作是从硬件层面排查对极电流的模拟量传输路径。

3 对极电流采集丢失的硬件排查

3.1 板卡间的联系

虽然极控系统的第五块CPU EP3.1板参与对极电流的计算，但其模拟量输入管理由其附属专用插件IM3.1板实现。两块板卡在物理上的卡槽相近，板间数据交换通过L总线完成。

3.2 对极电流的传输

对极电流的采集回路如图1所示，极1阀厅中性线电流IDNC1的二次模拟电流量进入极1零磁通[7]屏B，在屏内先完成电流量到电压量的转换，转换公式如式(1)所示，再经过EtherCAT[8]光电转换模块，转换成光信号后送至极2极控屏B。换流站内两极的测量屏与控制屏之间在物理上距离有近十米，且电流转换成的电压信号数值很小，为降低传输的干扰影响，故采用极间光纤通信。

图1 对极电流采集回路

(1)

式中Uidnc1——极1阀厅中性线电流IDNC1经过变换后对应的电压量，其大小受电流采集单元的控制，额定值为1.667 V，最大值为10 V。

在极2极控屏内，承载对极电流信息的光信号先经光电转换模块EtherCAT逆转为小电压信号，再经过隔离放大器进入IM3.1板卡。

3.3 故障点排查

在整个电流采集回路中，方便测量的位置有隔离放大器、两个屏的EtherCAT和电流采集单元三个器件的输入、输出端。具体的排查如下：

(1)用万用表测量极1零磁通屏B的EtherCAT输入端电压，为1.17 V；

(2)用万用表测量极2 PCPB屏的EtherCAT输出端电压，为0 V；

(3)用光功率计测量极2 PCPB屏的EtherCAT接收光纤，无光功率；

(4)仔细检查极1零磁通屏B的EtherCAT的外观，发现指示灯Link/Act不亮，而在正常通信时，该灯应为闪烁状态。

由此，可判断测量与控制之间的跨小室光纤通信存在故障。现场用备用光纤替换原有从测量屏到控制屏的发送光纤，但通信仍中断。因此可判定，故障点在极1零磁通屏B的EtherCAT光电转换模块。由于它发送光信号异常，导致极2 PCPB屏的接收不到对极电流信号，无法正确判断对极的解锁状态，从而误发“直流容量改变直流功率参考值”的告警。1

4 结语

本次告警由逆变站的备用控制系统发出，若是整流站的主控制系统发生此类告警，则会引起实际功率控制的调整，影响较大。本次告警的根源是极控系统的对极电流采集故障。在基于HCM200平台的换流站中，极保护系统也会采集对极电流，传输过程与极控系统一致，均需经过EtherCAT光电转换模块的光纤通信。当极保护的对极电流采集丢失时，将会导致某些以对极电流为判据的保护误动。

当前处理方式：在不停电的情况下，将发告警的极控系统设置为测试状态，更换故障的EtherCAT模块。

存在的问题：在零磁通屏内，分别连接极控、极保护的EtherCAT模块在物理上距离很近，不停电更换模块存在误动、误碰的风险。在更换模块期间，极控为单系统运行，降低了直流输电的可靠性。随着换流站运行年限的增加，此类EtherCAT模块故障还会经常出现，成为了待排隐患。

改进处理方式：尽可能改善EtherCAT模块的工作环境，减少高温加速老化的影响。结合换流站检修的停电机会，根据备品情况，提前更换有隐患的EtherCAT模块。刚开始，可先将针对故障元件个体的事故抢修，转变为针对同类元件群体的计划检修。之后，再运用先进在线监测、诊断与分析技术，综合考虑稳定性、安全性与经济性等条件，逐步转变为可满足个体差异化的状态检修。