直流輸電技術(shù)中三取二策略的實(shí)際應(yīng)用與分析

摘要：為了保障直流系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，直流保護(hù)一般需要冗余配置，特高壓換流站采取的是直流保護(hù)三重化和控制系統(tǒng)雙重化配置方式。三取二裝置實(shí)現(xiàn)了控保系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸采集。為此，針對(duì)采用許繼電氣HCM3000技術(shù)的泰州換流站直流保護(hù)系統(tǒng)，分析了三取二策略的原理及實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)于換流站保護(hù)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行有著重要意義。

關(guān)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(tǒng)交流輸電所不具備的優(yōu)點(diǎn)，諸如其可實(shí)現(xiàn)傳輸功率的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)雙端不同頻率下的非同步連網(wǎng)，不受線路電容電流阻礙影響等。傳統(tǒng)交流輸變電設(shè)備一般配備2套完全冗余的交流主保護(hù)來(lái)快速切斷故障源，在某一套主保護(hù)退出運(yùn)行時(shí)，另一套主保護(hù)仍能保證設(shè)備的正?？煽窟\(yùn)行。而直流保護(hù)由于其設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜，需要對(duì)其按被保護(hù)設(shè)備進(jìn)行分區(qū)，并獨(dú)立配置3套保護(hù)以保證其保護(hù)動(dòng)作的可靠性，其中以三取二策略最為常用。

1 直流保護(hù)系統(tǒng)三取二策略簡(jiǎn)介

特高壓換流站一般配置3套直流保護(hù)裝置和2套直流控制系統(tǒng)，2套直流控制系統(tǒng)通過(guò)三取二裝置或者軟件獲取3套保護(hù)的跳閘告警信號(hào)，經(jīng)過(guò)邏輯處理后再動(dòng)作出口，以保證其動(dòng)作可靠性，既能防止保護(hù)拒動(dòng)，又能防止其誤動(dòng)。泰州換流站采用許繼電氣HCM3000技術(shù)的直流系統(tǒng)保護(hù)也是如此配置，其中三取二策略按照其實(shí)現(xiàn)方式可分為“硬件三取二”和“軟件三取二”。“硬件三取二”功能通過(guò)保護(hù)柜內(nèi)的三取二裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，“軟件三取二”通過(guò)控制系統(tǒng)的程序邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)裝置優(yōu)先選擇“硬件三取二”動(dòng)作出口、“軟件三取二”動(dòng)作不出口;當(dāng)2套“三取二裝置”均發(fā)生故障后，“軟件三取二”作為后備功能代替硬件裝置實(shí)現(xiàn)“三取二”功能。

直流極保護(hù)、閥組保護(hù)等設(shè)備采用許繼電氣基于快速控制總線構(gòu)成的三取二裝置，三取二裝置配置在保護(hù)A柜和保護(hù)B柜中，每套三取二裝置通過(guò)IFC快速通信總線采集3套保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)，利用可編程邏輯靈活配置出口矩陣。三取二裝置的動(dòng)作后果將通過(guò)硬接線經(jīng)跳閘回路輸出至對(duì)應(yīng)斷路器跳閘線圈，同時(shí)將動(dòng)作結(jié)果通過(guò)IFC快速通信總線發(fā)送給2套控制系統(tǒng)。3套保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)將送至2套控制系統(tǒng)作為“軟件三取二”的信號(hào)輸入。三取二裝置接線示意圖如圖1所示。

2 直流保護(hù)三取二策略的具體配置和應(yīng)用情況

2.1 ? ?直流保護(hù)“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(hù)A柜和保護(hù)B柜中。泰州換流站采用的三取二裝置型號(hào)為HPL100，前面板設(shè)置有測(cè)試把手和復(fù)歸按鈕，裝置背板配備開(kāi)關(guān)量板卡和IFC通信板卡。其中，通信板卡EPLM10通過(guò)IFC總線接受來(lái)自保護(hù)主機(jī)的動(dòng)作后果，并且將三取二后的動(dòng)作后果通過(guò)IFC總線發(fā)送至控制主機(jī)系統(tǒng)，數(shù)字量輸出板卡EPLR20向NBS、NBGS、直流濾波器刀閘、閥組進(jìn)線斷路器等一次設(shè)備輸出合閘與跳閘信號(hào)，面板兩側(cè)的2路電源模塊采用XS891/3A模塊，數(shù)字量輸入板卡EPLI10通過(guò)硬接線輸入來(lái)自3套保護(hù)主機(jī)的OK信號(hào)。

裝置采集3套保護(hù)系統(tǒng)的OK信號(hào)，3套系統(tǒng)均工作正常時(shí)，按“三取二”邏輯出口，當(dāng)一套保護(hù)退出或系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障系統(tǒng)所發(fā)出的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)將不參與“三取二”裝置的邏輯運(yùn)算，按“二取一”邏輯出口。保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出OK信號(hào)的條件：非測(cè)試模式、220 V信號(hào)電源OK、HCM3000機(jī)箱硬件OK、直流保護(hù)軟件無(wú)故障等4個(gè)條件同時(shí)滿(mǎn)足。

三取二切換裝置顯著提高了保護(hù)冗余裝置串行光通道與極保護(hù)進(jìn)行通信的速度，對(duì)控制信號(hào)輸入和輸出的抗電磁干擾能力強(qiáng)，控制邏輯狀態(tài)切換時(shí)間快，具有光纖斷線自動(dòng)檢測(cè)和CRC數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能，有效保證了通信的可靠性，輸入輸出信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)。

2.2 ? ?直流保護(hù)“軟件三取二”

控制系統(tǒng)通過(guò)IFC總線接收3套保護(hù)的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，以極控屏PCP1A為例，槽位號(hào)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(dòng)作信息，經(jīng)過(guò)程序IFCI模塊初始化、ICBR2模塊讀取、輸入DSW2模塊進(jìn)行信息判斷。

當(dāng)某套保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生故障或與控制系統(tǒng)間IFC總線發(fā)生故障時(shí)，切換輸入引腳置1，則輸出動(dòng)作信號(hào)全部置0，即該套保護(hù)所傳輸?shù)谋Ｗo(hù)動(dòng)作信號(hào)將禁止輸入“三取二”模塊LFM、不參與“三取二”邏輯運(yùn)算。

控制軟件采集保護(hù)動(dòng)作信號(hào)和保護(hù)系統(tǒng)OK后，輸入到自定義組合邏輯模塊LFM中進(jìn)行“三取二”邏輯運(yùn)算。LFM模塊功能：將輸入3套保護(hù)信息的每一位與保護(hù)系統(tǒng)OK信號(hào)進(jìn)行與或邏輯運(yùn)算，若1套或2套保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生故障，則將其置0，輸出其他的保護(hù)信息。

保護(hù)系統(tǒng)將輸出的保護(hù)信息按其動(dòng)作后果進(jìn)行分類(lèi)再傳送給控制系統(tǒng)，保護(hù)動(dòng)作后果（如切換極控系統(tǒng)、功率回降等）各占傳送信息的一位，某一類(lèi)動(dòng)作后果，可能由多種保護(hù)啟動(dòng)，也就是控制系統(tǒng)自身無(wú)法識(shí)別哪種保護(hù)動(dòng)作，而LFM接收到保護(hù)某位動(dòng)作信號(hào)后，不判斷哪個(gè)保護(hù)啟動(dòng)，僅負(fù)責(zé)三取二判斷并出口對(duì)應(yīng)的動(dòng)作后果。

控制系統(tǒng)同時(shí)接收硬件三取二裝置和軟件三取二的動(dòng)作后果，判斷三取二裝置電源與控制系統(tǒng)間IFC總線狀態(tài)，以選擇硬件或軟件三取二動(dòng)作出口。保護(hù)主機(jī)及IFC總線狀態(tài)正常時(shí)，軟件判斷此套硬件三取二裝置可用，選擇硬件三取二動(dòng)作出口。當(dāng)2套三取二裝置都不可用時(shí)，控制系統(tǒng)將選擇軟件三取二動(dòng)作出口。

2.3 ? ?三取二策略的實(shí)際應(yīng)用

當(dāng)某一套硬件三取二裝置發(fā)生故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維實(shí)際過(guò)程中需要對(duì)該裝置進(jìn)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(guò)投退對(duì)應(yīng)保護(hù)屏柜內(nèi)三取二裝置涉及的功能及出口壓板來(lái)實(shí)現(xiàn)。

三取二裝置將保護(hù)系統(tǒng)OK信號(hào)和保護(hù)信號(hào)傳送給直流保護(hù)冗余功能實(shí)現(xiàn)裝置，經(jīng)過(guò)冗余功能轉(zhuǎn)換后，該裝置將保護(hù)跳閘信號(hào)輸出至斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和2套控制系統(tǒng)，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(dòng)作出口壓板以及功能壓板（功能壓板的作用是判斷當(dāng)前三取二裝置對(duì)應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，并將該信號(hào)分別送往2套控制系統(tǒng)）;當(dāng)需投入該三取二裝置時(shí)，投入對(duì)應(yīng)動(dòng)作出口壓板和功能壓板。

軟件三取二的投退則是通過(guò)保護(hù)程序中對(duì)應(yīng)功能軟壓板的置位實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)用較少。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以泰州換流站直流保護(hù)的三取二配置為切入點(diǎn)，分析了三取二裝置的實(shí)際運(yùn)行原理。三取二裝置只接受動(dòng)作后果，不判斷引起動(dòng)作的保護(hù)，因此控制系統(tǒng)在三取二裝置中不用獲取保護(hù)動(dòng)作情況直接出口動(dòng)作，提高了控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低了總線負(fù)載。本文以極控屏PCP1A為例，對(duì)軟件三取二邏輯進(jìn)行了介紹，在閥控中也存在三取二邏輯，功能類(lèi)似極控，本文未做詳細(xì)介紹。三取二裝置是直流控保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冗余功能的重要一環(huán)，是保護(hù)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的銜接裝置，研究三取二裝置及其策略對(duì)于研究換流站控保系統(tǒng)可靠性具有重要意義。

[參考文獻(xiàn)]

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

收稿日期：2020-08-28

作者簡(jiǎn)介：阮海健（1992—），男，江蘇揚(yáng)州人，助理工程師，研究方向：直流輸電換流站運(yùn)維。