牛從直流輸電工程直流測量系統可靠性分析

李凱協 郭衛明 盧 松 肖磊磊

摘?要：本文介紹了±500kV同塔雙回牛從直流輸電工程直流測量系統的組成，分別從工作原理、測量系統與控制保護連接的結構方面對牛從直流測量系統的可靠性進行探討研究，同時與其他直流工程進行比較，指出牛從直流的直流測量系統非常可靠的，滿足牛從直流安全穩定運行的要求，并提出直流測量系統運行維護要點。

關鍵詞：牛從直流;直流測量系統;可靠性

牛從直流工程是南方電網首條同塔雙回直流輸電工程，最大輸送容量達到6400MW。牛從直流直接影響整個南方電網的安全穩定運行，因此其對電力系統繼電保護的動作速度要求越來越高，這就要求互感器具有良好的暫態響應特性，能真實、快速地反映一次故障信號，使繼電保護裝置能在暫態過程尚未結束前就正確動作，這對直流測量系統的可靠性要求更加苛刻[1，2]。本文將對牛從直流輸電工程直流測量系統原理及可靠性進行探討分析。

1.直流測量系統的組成

由于光電傳輸系統可用于電力系統重污穢、強噪聲、強電磁場的測量環境中，并且結構簡單，成本不高，在電力系統測量中，有非常明顯的優勢[3]，因此牛從直流工程直流的測量采用以光纖作為信號傳輸載體的光電傳輸系統。該系統主要由直流電壓互感器和直流電流互感器以及相關的傳輸回路設備組成。

2.直流測量系統的工作原理

牛從直流采用的是有源式直流測量系統，其具有以下特點：一次側存在電子線路且電子線路必須有電源支持才能正常工作;常規的傳感元件與光纖通信技術結合;直流電流測量均采用光纖絕緣子作為絕緣介質[2，4]。

有源式光纖電流測量系統由直流分流器、空芯線圈、高壓側調制電路、高壓側光供電電源、光纖傳輸系統、低壓側解調電路等組成。分流器串聯于被測直流線路上，將正比于被測直流電流的電壓信號取出。同時，使用了空心線圈將線路上的諧波電流變換成與其微分信號成正比的電壓信號。高壓側調制電路將這兩路信號電壓調制為光信號，經光纖傳輸至低壓側解調電路，還原為正比于被測直流電流的電壓，經標定后得到直流電流及諧波電流值。

直流電壓測量系統的直流分壓器由高壓臂和低壓臂兩部分組成，直流分壓器的額定二次輸出為50V。高壓側調制電路將分壓器得到的信號電壓調制為光信號，經光纖傳輸至低壓側解調電路，還原為高壓側的電壓。

3.直流測量系統對控制、保護系統的影響

牛從直流的每一套直流保護系統均采用兩條互相獨立測量通道，兩套直流保護系統之間的測量通道也是相互獨立的，從而使得直流測量系統可靠性非常高;每套控制系統采用一條獨立的測量通道，兩套系統之間的測量通道也是相互獨立的。當出現一條測量通道故障或者一個合并單元損壞時，直流控制和保護系統仍然可以繼續運行，不會導致直流停運。

對于直流控制系統來說，兩套系統（一主一備）正常運行時，當其中一套系統的測量通道出現異常或者故障時，控制系統自動進行切換。

對直流保護系統來說，當測量通道出現故障時，其切換選擇邏輯為：

（1）所有測量通道均正常時，直流保護系統A（B）只有在兩個測量通道均檢測到故障的情況下才出口動作。保護A系統與保護B系統之間是“或”的關系。

（2）任意一套系統的一路測量通道故障（以保護A系統為例）。當保護A系統檢測到其中一個測量通道有故障后，延時閉鎖該通道，出口邏輯改為“1取1”，即只要正常的測量通道檢測到故障就出口動作。

（3）任意一套系統的兩路測量通道均故障（以保護A系統為例）。直流保護A系統自檢發現兩個測量通道均故障時自動退出運行，此時直流保護系統剩下B系統正常運行。

（4）當兩套保護的三個測量通道出現故障，整個直流保護系統剩下一條通道時，直流保護繼續運行，此時只要剩下完好的那條通道動作即可出口。

由以上分析可見，本工程的測量系統配置原則既保證了直流保護冗余的要求，又降低了直流保護誤動的可能性。

4.與以往直流工程的對比分析

以直流電壓測量系統為例，?天廣直流經過改造之后采用南瑞繼保的測量系統，該測量系統將二次分壓回路拆分為N個獨立的分壓回路，各個分壓回路通過RC網絡連接，RC網絡器件參數的選擇保證了分壓比及頻率特性不變。每個分壓回路有一個遠端模塊，在遠端模塊與控制保護系統中設置測量接口屏，遠端模塊與接口屏之間通過光纖進行連接，接口屏與控制保護之間通過兩路相互獨立的現場總線IEC60044-8進行連接，兩條相互獨立的總線實時備用，每套保護控制系統時刻處理兩條總線的數據。當單個遠端模塊出現故障時，控制保護系統會自動閉鎖對應總線的測量數據，從而避免誤出口的風險。但是，由于本極的測量接口屏數據會送到對極，因此，該測量系統存在的缺點就是當一個極的測量系統故障有可能會影響另一極的運行，處理不當可能會造成事故范圍的擴大。

牛從直流工程的直流測量系統與改造后的天廣直流相似，均采用南瑞繼保的測量系統，并對測量系統進行優化，本極的測量接口屏數據不會送到對極，保證兩個極之間的測量獨立。RC網絡將二次分壓回路與接于各個獨立的分壓回路的遠端模塊連接在一起，遠端模塊、測量接口屏和控制保護系統均是冗余配置，兩條現場總線也是相互獨立，單個遠端模塊故障并不會影響控制保護系統的運行，同時，本極的測量回路出現故障也不會影響對極的正常運行。見圖1。

圖1??牛從直流工程直流電壓測量系統圖

而特高壓云廣直流工程與牛從直流工程直流測量系統最大的區別在于云廣工程的兩條總線非實時備用，控制保護系統優先采納總線1傳輸的數據，總線2的數據直接旁路不處理。當總線1發生錯誤時，理解切換至總線2，在切換的過程中控制保護系統鎖定當前暫存的數據，當完全切換至總線2時，才刷新控制保護系統中的數據。因此控制系統最嚴重時可存在1-2ms數據非實時狀態[5，6]。

5.運行要點

牛從直流因其復雜的結構關系而使用了大量的遠端模塊和合并單元，設備固有的質量和壽命同時也增加了設備故障的概率。但是測量通道的冗余保證了單條測量通道的故障不會影響測量系統以及直流系統的正常運行。當牛從直流出現某個測量接口屏內的測量板卡故障時，只需短時退出受影響的控制保護系統，更換后重新投入即可。并不需要及時停電處理。

為了進一步提高直流測量系統的安全穩定運行，運行人員在日常維護中需要在后臺工作站上關注測量系統遠端模塊的運行情況，保證其激光驅動電流小于800mA，數據電平大于900mV，并且保證屏柜的冷卻風扇運行正常。

6.結語

本文介紹了牛從直流工程直流測量系統的組成，并從測量系統的工作原理、與控制保護的連接結構和與其他直流工程進行對比分析，指出牛從直流輸電工程的直流測量系統的可靠性滿足牛從直流安全穩定的運行，同時提出一些直流測量系統的運行要點。

參考文獻：

[1]趙婉君.?高壓直流輸電工程技術[M].?北京：中國電力出版社，2004.

[2]朱韜析，劉?東，郭衛明，何?杰.?南方電網直流輸電工程的光測量系統典型異常及處理方法[J].電力系統保護與控制，2010，38（17），147-152

[3]陳陶陶，方志，趙龍章，邱毓昌.?光電傳輸系統在電力系統測量中的應用[J].繼電器，2007，35（15）：77-84

[4]曾慶禹.?電力系統數字光電量測系統的原理及技術[J].電網技術，2001，25（4）：1-5

[5]徐攀騰，張志朝.直流測量系統總線切換對特高壓直流保護系統的影響[J].南方電網技術，?2012，6（6）?：11-14

[6]王超，周翔勝，汪洋.?云廣±800?kV?直流輸電工程直流測量系統異常情況分析[J].南方電網技術，?2010，4（5）?：36-38

作者簡介：

李凱協（1987-），男，本科，助理工程師，目前從事直流輸電維護工作。

郭衛明（1980-），男，工程師，目前從事直流輸電維護工作。

盧??松（1983-），男，本科，工程師，目前從事直流輸電維護工作。

肖磊磊（1986-），男，工程師，目前從事直流輸電維護工作。