直流輸電技術中三取二策略的實際應用與分析

摘要：為了保障直流系統運行的安全性，直流保護一般需要冗余配置，特高壓換流站采取的是直流保護三重化和控制系統雙重化配置方式。三取二裝置實現了控保系統間的數據傳輸采集。為此，針對采用許繼電氣HCM3000技術的泰州換流站直流保護系統，分析了三取二策略的原理及實際應用情況，對于換流站保護系統的可靠運行有著重要意義。

關鍵詞：特高壓直流輸電;硬件三取二;軟件三取二

0 引言

特高壓直流輸電具備很多傳統交流輸電所不具備的優點，諸如其可實現傳輸功率的精準調節，實現雙端不同頻率下的非同步連網，不受線路電容電流阻礙影響等。傳統交流輸變電設備一般配備2套完全冗余的交流主保護來快速切斷故障源，在某一套主保護退出運行時，另一套主保護仍能保證設備的正?？煽窟\行。而直流保護由于其設備構成復雜，需要對其按被保護設備進行分區，并獨立配置3套保護以保證其保護動作的可靠性，其中以三取二策略最為常用。

1 直流保護系統三取二策略簡介

特高壓換流站一般配置3套直流保護裝置和2套直流控制系統，2套直流控制系統通過三取二裝置或者軟件獲取3套保護的跳閘告警信號，經過邏輯處理后再動作出口，以保證其動作可靠性，既能防止保護拒動，又能防止其誤動。泰州換流站采用許繼電氣HCM3000技術的直流系統保護也是如此配置，其中三取二策略按照其實現方式可分為“硬件三取二”和“軟件三取二”?！坝布《惫δ芡ㄟ^保護柜內的三取二裝置來實現，“軟件三取二”通過控制系統的程序邏輯來實現。正常運行時，保護裝置優先選擇“硬件三取二”動作出口、“軟件三取二”動作不出口;當2套“三取二裝置”均發生故障后，“軟件三取二”作為后備功能代替硬件裝置實現“三取二”功能。

直流極保護、閥組保護等設備采用許繼電氣基于快速控制總線構成的三取二裝置，三取二裝置配置在保護A柜和保護B柜中，每套三取二裝置通過IFC快速通信總線采集3套保護的動作信號，利用可編程邏輯靈活配置出口矩陣。三取二裝置的動作后果將通過硬接線經跳閘回路輸出至對應斷路器跳閘線圈，同時將動作結果通過IFC快速通信總線發送給2套控制系統。3套保護的動作信號將送至2套控制系統作為“軟件三取二”的信號輸入。三取二裝置接線示意圖如圖1所示。

2 直流保護三取二策略的具體配置和應用情況

2.1 ? ?直流保護“硬件三取二”

三取二裝置按冗余原則配置2套，分別安裝在保護A柜和保護B柜中。泰州換流站采用的三取二裝置型號為HPL100，前面板設置有測試把手和復歸按鈕，裝置背板配備開關量板卡和IFC通信板卡。其中，通信板卡EPLM10通過IFC總線接受來自保護主機的動作后果，并且將三取二后的動作后果通過IFC總線發送至控制主機系統，數字量輸出板卡EPLR20向NBS、NBGS、直流濾波器刀閘、閥組進線斷路器等一次設備輸出合閘與跳閘信號，面板兩側的2路電源模塊采用XS891/3A模塊，數字量輸入板卡EPLI10通過硬接線輸入來自3套保護主機的OK信號。

裝置采集3套保護系統的OK信號，3套系統均工作正常時，按“三取二”邏輯出口，當一套保護退出或系統發生故障時，故障系統所發出的保護動作信號將不參與“三取二”裝置的邏輯運算，按“二取一”邏輯出口。保護系統發出OK信號的條件：非測試模式、220 V信號電源OK、HCM3000機箱硬件OK、直流保護軟件無故障等4個條件同時滿足。

三取二切換裝置顯著提高了保護冗余裝置串行光通道與極保護進行通信的速度，對控制信號輸入和輸出的抗電磁干擾能力強，控制邏輯狀態切換時間快，具有光纖斷線自動檢測和CRC數據校驗功能，有效保證了通信的可靠性，輸入輸出信號傳輸距離遠。

2.2 ? ?直流保護“軟件三取二”

控制系統通過IFC總線接收3套保護的保護動作信號，以極控屏PCP1A為例，槽位號為3的EPU10A板卡的下IFC10B插件的X1、X2、X3光纖接口獲取PPR A/B/C的動作信息，經過程序IFCI模塊初始化、ICBR2模塊讀取、輸入DSW2模塊進行信息判斷。

當某套保護系統發生故障或與控制系統間IFC總線發生故障時，切換輸入引腳置1，則輸出動作信號全部置0，即該套保護所傳輸的保護動作信號將禁止輸入“三取二”模塊LFM、不參與“三取二”邏輯運算。

控制軟件采集保護動作信號和保護系統OK后，輸入到自定義組合邏輯模塊LFM中進行“三取二”邏輯運算。LFM模塊功能：將輸入3套保護信息的每一位與保護系統OK信號進行與或邏輯運算，若1套或2套保護系統發生故障，則將其置0，輸出其他的保護信息。

保護系統將輸出的保護信息按其動作后果進行分類再傳送給控制系統，保護動作后果（如切換極控系統、功率回降等）各占傳送信息的一位，某一類動作后果，可能由多種保護啟動，也就是控制系統自身無法識別哪種保護動作，而LFM接收到保護某位動作信號后，不判斷哪個保護啟動，僅負責三取二判斷并出口對應的動作后果。

控制系統同時接收硬件三取二裝置和軟件三取二的動作后果，判斷三取二裝置電源與控制系統間IFC總線狀態，以選擇硬件或軟件三取二動作出口。保護主機及IFC總線狀態正常時，軟件判斷此套硬件三取二裝置可用，選擇硬件三取二動作出口。當2套三取二裝置都不可用時，控制系統將選擇軟件三取二動作出口。

2.3 ? ?三取二策略的實際應用

當某一套硬件三取二裝置發生故障時，現場運維實際過程中需要對該裝置進行投退操作以便于檢修，硬件三取二裝置的投退主要是通過投退對應保護屏柜內三取二裝置涉及的功能及出口壓板來實現。

三取二裝置將保護系統OK信號和保護信號傳送給直流保護冗余功能實現裝置，經過冗余功能轉換后，該裝置將保護跳閘信號輸出至斷路器執行機構和2套控制系統，因此要退出單套硬件三取二裝置，需要退出該三取二裝置動作出口壓板以及功能壓板（功能壓板的作用是判斷當前三取二裝置對應的保護系統是否正常運行，并將該信號分別送往2套控制系統）;當需投入該三取二裝置時，投入對應動作出口壓板和功能壓板。

軟件三取二的投退則是通過保護程序中對應功能軟壓板的置位實現的，實際運行中應用較少。

3 結語

本文以泰州換流站直流保護的三取二配置為切入點，分析了三取二裝置的實際運行原理。三取二裝置只接受動作后果，不判斷引起動作的保護，因此控制系統在三取二裝置中不用獲取保護動作情況直接出口動作，提高了控制系統的運行效率，降低了總線負載。本文以極控屏PCP1A為例，對軟件三取二邏輯進行了介紹，在閥控中也存在三取二邏輯，功能類似極控，本文未做詳細介紹。三取二裝置是直流控保系統實現冗余功能的重要一環，是保護系統和控制系統數據交互的銜接裝置，研究三取二裝置及其策略對于研究換流站控保系統可靠性具有重要意義。

[參考文獻]

[1] 趙畹君.高壓直流輸電工程技術[M].北京：中國電力出版社，2009.

收稿日期：2020-08-28

作者簡介：阮海?。?992—），男，江蘇揚州人，助理工程師，研究方向：直流輸電換流站運維。