TDM總線(xiàn)切換對特高壓直流系統的作用論文

　　測量系統的測量數據流轉包括現場(chǎng)采集、處理、分配、傳輸、接收等環(huán)節，輸入-輸出接口板卡彼此串聯(lián)構成TDM總線(xiàn)環(huán)網(wǎng)，與該環(huán)網(wǎng)相連的所有測量模塊的測量數據均通過(guò)固定的數據格式和地址在測量總線(xiàn)上傳輸，每個(gè)周期向控制保護系統傳輸128次數據，如果交流系統頻率為50Hz，則測量總線(xiàn)傳輸數據的時(shí)間間隔為156μs[3]。

　　測量總線(xiàn)（TDM總線(xiàn)）切換邏輯

　　云廣和糯扎渡特高壓直流工程采用測量總線(xiàn)與控制保護系統交叉冗余運行，系統中兩路測量總線(xiàn)同時(shí)工作，控制保護系統1默認測量總線(xiàn)1（TDM-Bus1）為主，控制保護系統2默認測量總線(xiàn)2（TDM-Bus2）為主。當兩路測量總線(xiàn)都正常工作時(shí)，它們在每一時(shí)刻向控制保護裝置傳遞同樣的測量數據，每套控制保護系統對兩路測量總線(xiàn)發(fā)來(lái)的數據均會(huì )接收，但只讀取主用測量總線(xiàn)的數據。當主用測量總線(xiàn)故障時(shí)，控制保護系統會(huì )自動(dòng)切換至備用測量總線(xiàn)，讀取備用測量總線(xiàn)的測量數據，不影響直流系統的正常運行。這樣雙冗余的測量總線(xiàn)不僅在物理層上得實(shí)現了冗余，而且在數據鏈路層和交互信息方面都得到了冗余，大大提高了測量系統的穩定性和可靠性。特高壓直流保護系統發(fā)生以下情況時(shí)，主用測量總線(xiàn)將向備用測量總線(xiàn)進(jìn)行切換[4]：1）發(fā)生物理性故障，即循環(huán)冗余檢測故障或總線(xiàn)響應超時(shí)；2）測量模塊判定測量值有效性故障，即檢測到無(wú)合法測量值位；3）測量值偏差校驗監視功能模塊檢測到測量值與檻值出現偏差故障；4）保護動(dòng)作出口前T時(shí)間預告警（prewarn-ing）。當保護裝置主用測量總線(xiàn)的測量值達到保護動(dòng)作定值時(shí)，保護動(dòng)作出口前T時(shí)間會(huì )發(fā)預告警，預告警的作用就是請求保護系統進(jìn)行測量總線(xiàn)切換，進(jìn)而判定測量量是否確實(shí)達到了保護動(dòng)作定值。同時(shí)，若保護系統檢測到備用的測量總線(xiàn)滿(mǎn)足前3條任何一項，將不會(huì )再進(jìn)行測量總線(xiàn)切換。測量總線(xiàn)切換完成后，不管保護裝置動(dòng)作出口與否，5s后測量總線(xiàn)會(huì )自動(dòng)切回到原測量總線(xiàn)。預告警切換至備用測量總線(xiàn)后，若備用測量總線(xiàn)測量數據也達到保護動(dòng)作定值，則保護裝置會(huì )按照保護時(shí)間定值動(dòng)作出口；若切至備用測量總線(xiàn)后，測量數據未達到保護動(dòng)作定值則預告警復歸，同時(shí)，保護程序中會(huì )開(kāi)放一個(gè)長(cháng)65s的時(shí)間窗口，并在5s后測量系統自動(dòng)返回到原測量總線(xiàn)。在這65s之內，若再次出現保護預告警，則測量系統會(huì )再次切換到備用測量總線(xiàn)上，并保持在備用測量總線(xiàn)上。同時(shí)，將原測量總線(xiàn)定義為故障，不再進(jìn)行回切。另外，直流保護裝置讀取測量總線(xiàn)所傳輸的'測量數據需進(jìn)行低通濾波預處理，然后才會(huì )參與保護判據運算。

　　實(shí)例分析

　　在糯扎渡特高壓直流輸電工程控制保護設備功能性試驗期間，出現了由于直流保護系統測量總線(xiàn)切換導致直流誤動(dòng)作的情況。試驗時(shí)雙極四閥組解鎖運行，極Ⅰ（Pole1）以70%降壓（560kV）運行，極Ⅱ（Pole2）全壓（800kV）運行。在試驗過(guò)程中，由于極Ⅰ極測量系統2因測量總線(xiàn)接線(xiàn)松動(dòng)導致極Ⅰ極保護系統2的直流線(xiàn)路低電壓保護（27du/dt）動(dòng)作出口，故障錄波如圖2所示。直流線(xiàn)路低電壓保護（27du/dt）動(dòng)作判據為：dUdH/dt>112kV/0.15ms&UdH<480kV，動(dòng)作出口時(shí)間為100ms，并且在保護動(dòng)作出口前10ms應進(jìn)行測量總線(xiàn)切換。由圖2可知，極Ⅰ極保護系統2以測量總線(xiàn)2為主用，由于極Ⅰ極測量系統2因測量總線(xiàn)接線(xiàn)松動(dòng)，極測量系統測量總線(xiàn)2傳輸至極Ⅰ極保護系統2中的高壓側直流電壓UdH直接降為0，且電壓變化率dUdH/dt達到137kV/0.15ms，從而滿(mǎn)足了直流線(xiàn)路低電壓保護（27du/dt）動(dòng)作判據條件。同時(shí)，在保護出口前10ms（即保護動(dòng)作90ms時(shí)刻）發(fā)出預告警進(jìn)行測量總線(xiàn)切換，由測量總線(xiàn)2主用切換至測量總線(xiàn)1主用。由圖2可以看出，測量總線(xiàn)切換完成后，由于測量總線(xiàn)1未出現故障，極測量系統通過(guò)測量總線(xiàn)1傳輸至極保護系統2的高壓側直流電壓UdH恢復至正常電壓560kV。按照設計原則，測量總線(xiàn)切換完成后，由于極測量系統的測量總線(xiàn)1傳輸的測量數據是正常值，不滿(mǎn)足保護動(dòng)作判據，預告警應復歸，保護不能夠動(dòng)作出口。

　　直流線(xiàn)路低電壓保護（27du/dt）之所以能夠動(dòng)作出口，原因如下：當極Ⅰ極保護系統2突然切換到以測量總線(xiàn)1為主用后，來(lái)自測量總線(xiàn)1的測量數據還需要進(jìn)行低通濾波預處理才能參與直流線(xiàn)路低電壓保護（27du/dt）判據運算。讀入保護裝置測量系統1的極Ⅰ高壓側直流電壓測量數據雖然達到了正常值560kV，但是，該值經(jīng)低通濾波器輸出會(huì )有從0kV到560kV的過(guò)渡過(guò)程，該過(guò)渡過(guò)程會(huì )超出10ms。由于低通濾波器數據輸出的滯后，在10ms時(shí)間內直流線(xiàn)路低電壓保護（27du/dt）還無(wú)法準確讀取測量系統1的正常數據，直流線(xiàn)路低電壓保護（27du/dt）動(dòng)作判據依然滿(mǎn)足，同時(shí)達到保護動(dòng)作時(shí)間定值100ms,導致了保護動(dòng)作出口。為驗證分析的正確性，對保護系統低通濾波功能塊IIR2的輸出進(jìn)行了監測，波形如圖3所示。從仿真試驗波形圖3可以看出：從測量總線(xiàn)切換時(shí)刻到低通濾波器的輸出數據達到保護復歸值480kV需要13ms，達到正常的高壓直流電壓值560kV需要30ms，遠超出直流保護系統從預告警至保護動(dòng)作出口時(shí)間10ms。

　　改進(jìn)措施

　　1）直流線(xiàn)路低電壓保護（27du/dt）從預告警切換測量總線(xiàn)到保護動(dòng)作出口時(shí)間僅為10ms，在這10ms時(shí)間內高壓側直流電壓值經(jīng)低通濾波模塊后無(wú)法準確輸出至保護判據運算模塊，通過(guò)對保護系統低通濾波功能塊IIR2的輸出監測可知從測量總線(xiàn)切換到達到保護復歸值至少需要13ms。因此，可以考慮適當提前保護系統預告警時(shí)刻，給低通濾波模塊輸出留出充足的時(shí)間裕度，使得在保護動(dòng)作時(shí)間定值滿(mǎn)足之前可以讀取到準確的測量數據，避免測量總線(xiàn)切換后保護系統誤動(dòng)作出口。

　　2）升級改造保護系統低通濾波模塊，當發(fā)生測量總線(xiàn)切換后，縮短低通濾波模塊對測量數據的處理時(shí)間，使得低通濾波模塊在保護預告警和動(dòng)作出口這段時(shí)間內可以完成測量數據的預處理，提供給保護判據運算模塊準確的測量數據。目前，已按照第2種方法對糯扎渡特高壓直流工程直流保護系統低通濾波模塊進(jìn)行了升級改造，將原有的低通濾波模塊IIR2升級為IIR2S，IIR2S和IIR2不同之處在于：在測量總線(xiàn)切換的那個(gè)周期，低通濾波模塊IIR2S會(huì )直接輸出切換之后測量總線(xiàn)的測量數據，避免了低通濾波模塊IIR2的時(shí)間過(guò)渡。同時(shí)，測量總線(xiàn)切換的信號只持續一個(gè)采樣周期，一個(gè)采樣周期之后，低通濾波模塊還將按公式（1）進(jìn)行測量數據的濾波計算。低通濾波模塊IIR2和IIR2S對比輸出波形如圖4所示。圖4可以看出，當主用測量總線(xiàn)切換到備用測量總線(xiàn)之后，測量電壓從0突然階躍到800kV時(shí)，低通濾波模塊IIR2S能短時(shí)將備用測量總線(xiàn)上的測量數據準確輸出，滿(mǎn)足直流保護系統的要求。按照第2種方法，對糯扎渡特高壓直流輸電工程直流保護系統的升級改造完成之后，對直流保護系統進(jìn)行了相同的試驗，沒(méi)有再出現保護誤動(dòng)作的情況。

　　結語(yǔ)

　　直流測量系統TDM總線(xiàn)首次在特高壓直流工程中應用，目前尚無(wú)法對其運行風(fēng)險進(jìn)行全面而準確的評估，而測量總線(xiàn)的運行風(fēng)險直接關(guān)系到特高壓直流系統的正常運行。因此，有必要通過(guò)特高壓直流設備功能性試驗和現場(chǎng)運行調試，對特高壓直流測量系統進(jìn)行運行風(fēng)險辨識，探索分析其運行特性，進(jìn)而日趨完善特高壓直流工程的控制保護系統，提高特高壓直流系統安全穩定運行的能力。