TDM匯流排切換對特高壓直流系統的作用論文

　　測量系統的測量資料流轉包括現場採集、處理、分配、傳輸、接收等環節，輸入-輸出介面板卡彼此串聯構成TDM匯流排環網，與該環網相連的所有測量模組的測量資料均透過固定的資料格式和地址在測量總線上傳輸，每個週期向控制保護系統傳輸128次資料，如果交流系統頻率為50Hz，則測量匯流排傳輸資料的時間間隔為156μs[3]。

　　測量匯流排（TDM匯流排）切換邏輯

　　雲廣和糯扎渡特高壓直流工程採用測量匯流排與控制保護系統交叉冗餘執行，系統中兩路測量匯流排同時工作，控制保護系統1預設測量匯流排1（TDM-Bus1）為主，控制保護系統2預設測量匯流排2（TDM-Bus2）為主。當兩路測量匯流排都正常工作時，它們在每一時刻向控制保護裝置傳遞同樣的測量資料，每套控制保護系統對兩路測量匯流排發來的資料均會接收，但只讀取主用測量匯流排的資料。當主用測量匯流排故障時，控制保護系統會自動切換至備用測量匯流排，讀取備用測量匯流排的測量資料，不影響直流系統的正常執行。這樣雙冗餘的測量匯流排不僅在物理層上得實現了冗餘，而且在資料鏈路層和互動資訊方面都得到了冗餘，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生以下情況時，主用測量匯流排將向備用測量匯流排進行切換[4]：1）發生物理性故障，即迴圈冗餘檢測故障或匯流排響應超時；2）測量模組判定測量值有效性故障，即檢測到無合法測量值位；3）測量值偏差校驗監視功能模組檢測到測量值與檻值出現偏差故障；4）保護動作出口前T時間預告警（prewarn-ing）。當保護裝置主用測量匯流排的測量值達到保護動作定值時，保護動作出口前T時間會發預告警，預告警的作用就是請求保護系統進行測量匯流排切換，進而判定測量量是否確實達到了保護動作定值。同時，若保護系統檢測到備用的測量匯流排滿足前3條任何一項，將不會再進行測量匯流排切換。測量匯流排切換完成後，不管保護裝置動作出口與否，5s後測量匯流排會自動切回到原測量匯流排。預告警切換至備用測量匯流排後，若備用測量匯流排測量資料也達到保護動作定值，則保護裝置會按照保護時間定值動作出口；若切至備用測量匯流排後，測量資料未達到保護動作定值則預告警復歸，同時，保護程式中會開放一個長65s的時間視窗，並在5s後測量系統自動返回到原測量匯流排。在這65s之內，若再次出現保護預告警，則測量系統會再次切換到備用測量總線上，並保持在備用測量總線上。同時，將原測量匯流排定義為故障，不再進行回切。另外，直流保護裝置讀取測量匯流排所傳輸的'測量資料需進行低通濾波預處理，然後才會參與保護判據運算。

　　例項分析

　　在糯扎渡特高壓直流輸電工程控制保護裝置功能性試驗期間，出現了由於直流保護系統測量匯流排切換導致直流誤動作的情況。試驗時雙極四閥組解鎖執行，極Ⅰ（Pole1）以70%降壓（560kV）執行，極Ⅱ（Pole2）全壓（800kV）執行。在試驗過程中，由於極Ⅰ極測量系統2因測量匯流排接線鬆動導致極Ⅰ極保護系統2的直流線路低電壓保護（27du/dt）動作出口，故障錄波如圖2所示。直流線路低電壓保護（27du/dt）動作判據為：dUdH/dt>112kV/0.15ms&UdH<480kV，動作出口時間為100ms，並且在保護動作出口前10ms應進行測量匯流排切換。由圖2可知，極Ⅰ極保護系統2以測量匯流排2為主用，由於極Ⅰ極測量系統2因測量匯流排接線鬆動，極測量系統測量匯流排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，從而滿足了直流線路低電壓保護（27du/dt）動作判據條件。同時，在保護出口前10ms（即保護動作90ms時刻）發出預告警進行測量匯流排切換，由測量匯流排2主用切換至測量匯流排1主用。由圖2可以看出，測量匯流排切換完成後，由於測量匯流排1未出現故障，極測量系統透過測量匯流排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，測量匯流排切換完成後，由於極測量系統的測量匯流排1傳輸的測量資料是正常值，不滿足保護動作判據，預告警應復歸，保護不能夠動作出口。

　　直流線路低電壓保護（27du/dt）之所以能夠動作出口，原因如下：當極Ⅰ極保護系統2突然切換到以測量匯流排1為主用後，來自測量匯流排1的測量資料還需要進行低通濾波預處理才能參與直流線路低電壓保護（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資料雖然達到了正常值560kV，但是，該值經低通濾波器輸出會有從0kV到560kV的過渡過程，該過渡過程會超出10ms。由於低通濾波器資料輸出的滯後，在10ms時間內直流線路低電壓保護（27du/dt）還無法準確讀取測量系統1的正常資料，直流線路低電壓保護（27du/dt）動作判據依然滿足，同時達到保護動作時間定值100ms,導致了保護動作出口。為驗證分析的正確性，對保護系統低通濾波功能塊IIR2的輸出進行了監測，波形如圖3所示。從模擬試驗波形圖3可以看出：從測量匯流排切換時刻到低通濾波器的輸出資料達到保護復歸值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作出口時間10ms。

　　改進措施

　　1）直流線路低電壓保護（27du/dt）從預告警切換測量匯流排到保護動作出口時間僅為10ms，在這10ms時間內高壓側直流電壓值經低通濾波模組後無法準確輸出至保護判據運算模組，透過對保護系統低通濾波功能塊IIR2的輸出監測可知從測量匯流排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刻，給低通濾波模組輸出留出充足的時間裕度，使得在保護動作時間定值滿足之前可以讀取到準確的測量資料，避免測量匯流排切換後保護系統誤動作出口。

　　2）升級改造保護系統低通濾波模組，當發生測量匯流排切換後，縮短低通濾波模組對測量資料的處理時間，使得低通濾波模組在保護預告警和動作出口這段時間內可以完成測量資料的預處理，提供給保護判據運算模組準確的測量資料。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組進行了升級改造，將原有的低通濾波模組IIR2升級為IIR2S，IIR2S和IIR2不同之處在於：在測量匯流排切換的那個週期，低通濾波模組IIR2S會直接輸出切換之後測量匯流排的測量資料，避免了低通濾波模組IIR2的時間過渡。同時，測量匯流排切換的訊號只持續一個取樣週期，一個取樣週期之後，低通濾波模組還將按公式（1）進行測量資料的濾波計算。低通濾波模組IIR2和IIR2S對比輸出波形如圖4所示。圖4可以看出，當主用測量匯流排切換到備用測量匯流排之後，測量電壓從0突然階躍到800kV時，低通濾波模組IIR2S能短時將備用測量總線上的測量資料準確輸出，滿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後，對直流保護系統進行了相同的試驗，沒有再出現保護誤動作的情況。

　　結語

　　直流測量系統TDM匯流排首次在特高壓直流工程中應用，目前尚無法對其執行風險進行全面而準確的評估，而測量匯流排的執行風險直接關係到特高壓直流系統的正常執行。因此，有必要透過特高壓直流裝置功能性試驗和現場執行除錯，對特高壓直流測量系統進行執行風險辨識，探索分析其執行特性，進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執行的能力。