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天廣直流設(shè)備檢修安全措施研究

文檔作者：任鑫芳江一萬航宇王俊生文檔來源： 1．中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局 2．南京南瑞繼保電氣有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月02日
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[摘要]
關(guān)鍵詞
0引言
天廣直流設(shè)備檢修安全措施研究
任鑫芳 ， 江一 ，萬航宇 ，王俊生。
(1．中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州 510663；2．南京南瑞繼保電氣有限公司，南京211100)
通過分析天廣直流測量系統(tǒng)交叉共用問題，制定測量一次設(shè)備、數(shù)據(jù)流、主設(shè)備三類故障在不同運(yùn)行方式下
的檢修措施，并用工程實(shí)例論證制定具體方法與必要性，為提前辨識檢修潛在風(fēng)險提供了較強(qiáng)的指導(dǎo)。
天廣直流交叉共用數(shù)據(jù)流檢修安全措施
2010年天廣直流工程在不改變一次主設(shè)備的情況下，
將控制保護(hù)等二次設(shè)備由西門子Simadny D技術(shù)改造為南
瑞繼保PCS9550技術(shù)，其中測量系統(tǒng)的改變對現(xiàn)場檢修影
響最大。2012年，某換流站在單極金屬回線方式下，對極
1高壓直流母線光TA(IdH)進(jìn)行檢修時，因誤斷極1三套
合并單元電源，導(dǎo)致極2閉鎖。如何保證在不同運(yùn)行方式
下安全有效地對部分故障設(shè)備進(jìn)行檢修，是天廣直流需要
重點(diǎn)解決的問題。
1天廣直流測量系統(tǒng)簡介
考慮到工程的經(jīng)濟(jì)性，天廣直流的測量系統(tǒng)無法做到
從采集設(shè)備到各個控制和保護(hù)設(shè)備均一一對應(yīng)，現(xiàn)場采用
了大量的共用、合并、分拆等結(jié)構(gòu)。
1．1模擬量采集
天廣直流工程的直流模擬量測點(diǎn)分布如圖1所示。
高壓直流線路L-J 回
一接地極線路l
l Idee1 1直流分流器
= 1] ．
接地極線路 l
l
回
高壓直流線路
電壓分壓器
回
國囂
極1
卿 圓
f_口囂
開分關(guān)流電器流 r}L___’]～
— 一!
回l
回
高壓直流母線
電流分流器
換
流
器
低壓直流母線
電流分流器
回
圖1 天廣直流工程測點(diǎn)位置示意圖
每個直流光TA配置多個遠(yuǎn)端模塊，分別對應(yīng)不同的
合并單元、控制保護(hù)系統(tǒng)。每個光TA經(jīng)過一次設(shè)備傳變
到二次側(cè)后，共用分壓板、電阻盒、絕緣子；遠(yuǎn)端模塊與
合并單元之間的光纖回路各自獨(dú)立，采集方式如圖2所
示。
i 多模光纖L宣 芋 ? 一
圖2 天廣直流模擬量采集示意圖
其復(fù)雜之處在于合并單元以下環(huán)節(jié)存在不同程度的合
并、共用問題。例如圖3中UdL1雖只送極1合并單元
(DMI)，但DMI又將該量同時送雙極控制保護(hù)系統(tǒng)；而
IdE則通過雙極各自的DM1分別送至各極的控制保護(hù)系
統(tǒng)；如果檢修前沒有將共用部分充分隔離，那么工作中可
能導(dǎo)致誤跳運(yùn)行設(shè)備，造成人為責(zé)任事故。
— — — ] 極1控制保護(hù)l — — — 一 極1控制保護(hù)f
一 一L叫極2控制保護(hù)l一一L一極2控制保護(hù)l
r—] — ——1廠叫極1控制保護(hù)l — —]r— ] 極1控制保護(hù)l
一一 極2控制保護(hù)l一一 極2控制保護(hù)l
r—— — — _ ] 極1控制保護(hù)f r— ．-1 r 極1控制保護(hù)j
一一 極2控制保護(hù)1一一 極2控制保護(hù)1
r I—IdL—l — ] 極1控制保護(hù)l r—1 r— — 極1控制保護(hù) l
～ 一P1．DMI 二二=二 IldL2 P2DMI匕 ；二二=====
極2控制保護(hù)l一一 極2控制保護(hù)I
而
一一 極2控制保護(hù)l一一L，叫極2控制保護(hù)I
r] 廠叫P1．DMI 極1控制保護(hù)J r— —1廠 P1．DMI 極1控制保護(hù)I
一 P2． DMI卜叫極2控制保護(hù)l一 P2．DMI 極2控制保護(hù)l
r-] 廠叫Pt．DMI卜叫極l控制保護(hù)l r——_1廣叫P1．DMI卜叫極l控制保護(hù)l
— L，叫1'2DM1卜，叫極2控制保護(hù)l一 P2DMI 極2控制保護(hù)J
] 廣 PI．DMI卜’l極1控制保護(hù)l
l Idee4匕I I L I
— L P2． DMI卜'叫極2控制保護(hù)l
圖3 天廣直流模擬量共用示意圖
1．2 開關(guān)量采集
開關(guān)量信號包括斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘的位置
信號，以及運(yùn)行監(jiān)視信號等。天廣直流工程中開關(guān)量采集
收稿日期：2014—07—16
作者簡介：任鑫芳(1983一)，碩士，工程師，從事高壓交、直流輸變電檢修及安全管理工作；江一(1978一)，碩士，高級工程師，從事高壓交、
直流輸變電運(yùn)行及安全管．-'Xr-作；萬航宇(1989一)，從事高壓直流輸變電檢修工作；王俊生(1966一)，博士，IEEE高級會員，從事高壓直
流輸電保護(hù)系統(tǒng)研究和開發(fā)工作。
電工技術(shù)l 2014111期169
采用總線(如CAN總線)方式傳送，CAN總線分為現(xiàn)場
CAN網(wǎng)和站CAN 網(wǎng)兩層。
現(xiàn)場CAN網(wǎng)是主機(jī)(PCP、DCC、PPR、ACC)與分
布式I／O之間的CAN總線通信網(wǎng)，即是控制核心與現(xiàn)場
采集、執(zhí)行裝置問的通信通道。站CAN網(wǎng)是主機(jī)之間的
CAN總線通信網(wǎng)，它將各臺主機(jī)中指定的CPU板連接起
來，以傳遞控制命令和狀態(tài)信息。兩層CAN網(wǎng)相互獨(dú)
立，各自冗余配置。圖4為天廣直流中站CAN總線連接
圖。
l Io采集A3 ll 10采集A4 ll Io采集A5 II 10采集B3 1 IO采集B4 1I IO采集B5
CAN1毒 CAN1毒 CANI毒 CAN1 0 CAN1毒 CAN1
l直流站控All極I控制A ll極II控制All直流站控Bll極I控制B ll極11控制B
通信A 通信B
交流站控A1l交流濾波器控制AI I交流站控BlI交流濾波器控制B
CANI午 CAN1午
lIo采集A1 l lIo采集A2
CANI CAN1
l IO采集B1 l l IO采集B2
圖4 天廣亙流站CAN設(shè)計圖
站CAN總線的“交匯點(diǎn)”在COMM 屏柜上，COMA
和COMB實(shí)際上是相互獨(dú)立的2個站CAN。極控和直流
站控系統(tǒng)的現(xiàn)場CAN總線是“交叉”冗余的，可保證任
何保護(hù)動作都有雙重跳閘通道。
1．3雙極數(shù)據(jù)對直流控制保護(hù)的影響
極控系統(tǒng)采集本極和雙極區(qū)的直流測量信號，在相關(guān)
各直流測量信號出現(xiàn)故障后作出故障響應(yīng)。由于極控不使
用對極的模擬量和開關(guān)量信號，因此對極模擬量和開關(guān)量
的故障不會影響本極極控。
直流保護(hù)采集所有本極送來的模擬量(包括UdI 、
UdN、IdN、IdL、IdH 、IdE1、IdE2、Ideel、Idee2、
Idee4)，用于保護(hù)邏輯判斷，異常時均報緊急故障，閉鎖
所有保護(hù)出口。直流保護(hù)接收對極合并單元送來的模擬量
信號，包括UdL、UdN、IdN、IdL、IdH，其中僅UdL、
IdL參與保護(hù)邏輯判斷：(1)對極UdL是用于行波和突變
量保護(hù)的輔助判據(jù)，對極UdL信號異常不會閉鎖本極保
護(hù)；(2)對極IdL用于金屬回線相關(guān)保護(hù)。金屬回線下，
對極IdL信號異常作為緊急故障處理，此時該測點(diǎn)TA本
身處于主回路、帶電狀態(tài)；其它情況(主要指大地回線)
下，對極IdL的測量故障為輕微故障，本極沒有保護(hù)使用
到此測量值。
直流站控(DCC)主機(jī)同時采集雙極的測量信號，并同
時受到兩極模擬量測量故障的影響。由于DCC同時使用
了雙極上送的開關(guān)刀閘狀態(tài)等開關(guān)量信號，因此在某一極
停運(yùn)檢修時，檢修該極的現(xiàn)場測量裝置時都會影響DCC，
DCC會產(chǎn)生相應(yīng)故障并可能影響其對直流接線方式的判斷
(金屬回線方式下)。鑒于此，檢修某極現(xiàn)場測量裝置時需
要對該極對應(yīng)的測量接口屏分別進(jìn)行檢修。
2數(shù)據(jù)采集過程中故障檢修安全措施
數(shù)據(jù)采集過程中有兩類較為常見的故障，即一次設(shè)備
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故障和控制保護(hù)數(shù)據(jù)流故障。其中，采集回路(如TA、分
壓器及其內(nèi)部設(shè)備口 等)故障劃歸為一次設(shè)備故障；控制
保護(hù)數(shù)據(jù)流故障包含數(shù)據(jù)傳輸總線(含完成數(shù)據(jù)收發(fā)功能
的板卡、光纖回路)故障、控N／保護(hù)系統(tǒng)故障等。
2．1一次設(shè)備故障的檢修安全措施
如圖2所示，各模擬量的源頭部分都是雙極共用，各
遠(yuǎn)端模塊分別用不同的光纖傳送到對應(yīng)極的合并單元中，
區(qū)別在于有的是一個合并單元同時供雙極控制和保護(hù)使
用，有的則是一個合并單元供一個極的控制和保護(hù)等使
用。
當(dāng)合并單元需要檢修時，與其連接的雙極控制保護(hù)系
統(tǒng)均需要退出。當(dāng)合并單元上級設(shè)備(光TA、光纖)檢修
時，需要分兩種情況處理：
第一種情況是單光纖、單遠(yuǎn)端模塊等單個設(shè)備檢修
時，只需退出對應(yīng)的單套控制保護(hù)系統(tǒng)(如PCPA、
PPRA)，然后斷開對應(yīng)的DMI電源即可。
第二種情況是分壓板、電阻盒、絕緣子等共用設(shè)備的
檢修，此時整個光TA都不可用，當(dāng)該量故障會導(dǎo)致對極
直流保護(hù)緊急故障時， 如IdI 、IdE、Ideel、Idee2、
Idee4，則必須在雙極停運(yùn)的情況開展檢修；其它量的相關(guān)
檢修則可在單極方式下開展。
2．2控制保護(hù)數(shù)據(jù)流故障的檢修安全措施
總線按功能區(qū)域可分成與數(shù)據(jù)采集設(shè)備相連的總線、
控制保護(hù)系統(tǒng)之間相連的總線兩大類。天廣直流工程中分
別采用CAN總線和IEEE-60044—8總線。
控制保護(hù)系統(tǒng)之間相連的總線包括各控制系統(tǒng)之間的
總線(如直流站控與極控之間的總線)、控制與保護(hù)系統(tǒng)之
間的總線、保護(hù)與三取二系統(tǒng)之間的總線。系統(tǒng)健康的情
況下，單一控制保護(hù)系統(tǒng)之間的總線故障可以直接進(jìn)行檢
修；因?yàn)槌Ｒ?guī)控制保護(hù)系統(tǒng)均冗余配置(含保護(hù)三取二邏
輯)，系統(tǒng)有完備的故障監(jiān)視環(huán)節(jié)和自動切換功能， 能夠
自動將檢修的總線(含總線兩端收發(fā)板卡設(shè)備)退出。
如圖4所示，單一檢修A系統(tǒng)中的CAN總線(含檢修
CAN總線所連接的設(shè)備)，或單一檢修B系統(tǒng)中的CAN
總線時，只需退出對應(yīng)的控制保護(hù)系統(tǒng)即可。
檢修部分A系統(tǒng)的同時是否能檢修部分B系統(tǒng)，需根
據(jù)總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。圖4中，通信A檢修的情況下，通
信B及其以下各個環(huán)節(jié)不允許檢修；由于通信A／B與極
控A／B和直流站控A／B間采用雙總線(CAN1和CAN2)
連接，允許同時檢修通信A和極控制B，或允許同時檢修
通信B和極控制A；允許同時檢修通信A和IO采集B3
(含所連接的CAN1總線)等。
開關(guān)、刀閘位置的采集也存在共用現(xiàn)象，檢修時同樣
需要區(qū)分共用情況。雙極區(qū)的刀閘和開關(guān)的位置節(jié)點(diǎn)需提
供給極1和極2控制系統(tǒng)各2副(A、B系統(tǒng)各1副)、極1
和極2保護(hù)系統(tǒng)各3副(A、B、C系統(tǒng)各1副)，共計1O副
接點(diǎn)。而天廣直流工程中雙極區(qū)的每個開關(guān)／刀閘僅能提供
7副接點(diǎn)，不足部分需要接點(diǎn)共用，接點(diǎn)共用采用接點(diǎn)重動
方式。為了保證極1和極2共計6套極保護(hù)裝置設(shè)計和動
作的獨(dú)立性，7副接點(diǎn)中有6副接點(diǎn)分別接人6套極保護(hù)裝
置。共用接點(diǎn)的檢修需要考慮被影響的多個系統(tǒng)退出運(yùn)行
后，整個直流繼續(xù)運(yùn)行的可能性。從保護(hù)三取二邏輯角
度，不宜2套或以上保護(hù)采用1副接點(diǎn)和其重動接點(diǎn)。
單一控StJ／保護(hù)系統(tǒng)故障可以直接退出檢修。控制／保
護(hù)系統(tǒng)的自監(jiān)視功能會自動檢測到故障，并自動退出運(yùn)行
狀態(tài)。檢修前，建議手動將檢修的控N／保護(hù)系統(tǒng)置為試
驗(yàn)狀態(tài)。
3主設(shè)備故障檢修安全措施
天廣直流換流站內(nèi)的主設(shè)備包括換流閥及其附屬設(shè)
備、換流變壓器、平波電抗器、直流輸電線路及其附屬設(shè)
備、開關(guān)等。設(shè)備冗余設(shè)計方面，換流變壓器和平波電抗
器為非在線冗余，常規(guī)站內(nèi)有同型號的離線備用設(shè)備；直
流輸電線路沒有冗余設(shè)備；換流閥每串(相)均有一定的冗
余度，常規(guī)多配置3～5個閥組件。
主設(shè)備故障可分為可繼續(xù)運(yùn)行的部分故障和不可繼續(xù)
運(yùn)行的故障兩類。其中，可繼續(xù)運(yùn)行的部分故障包括少量
閥組件損壞、換流閥水冷系統(tǒng)冷卻水水流速度變慢、換流
變壓器部分散熱風(fēng)扇損壞、直流輸電線路絕緣部分破壞
等。少量閥組件損壞不影響直流運(yùn)行，VCU等設(shè)備會檢
測出損壞閥組件的數(shù)目，并根據(jù)損壞數(shù)量進(jìn)行不同級別的
報警；換流閥水冷系統(tǒng)冷卻水水流速度慢、換流變壓器部
分散熱風(fēng)扇損壞時，相應(yīng)極可采用低功率(低電流)運(yùn)行，
滿足設(shè)備熱均衡即可；直流輸電線路絕緣部分破壞可采用
降壓運(yùn)行方式。一般這類故障的徹底檢修需在直流停運(yùn)期
間進(jìn)行。
通常，主設(shè)備不可繼續(xù)運(yùn)行故障的檢修均采用停運(yùn)檢
修方式。損壞閥組件的數(shù)目超過限值(動作值)時，系統(tǒng)會
自動觸發(fā)停運(yùn)。
4檢修安全措施實(shí)例分析
天廣直流工程的運(yùn)行方式主要有單極大地回線、單極
金屬回線、雙極運(yùn)行，不同方式對設(shè)備檢修以及控制保護(hù)
的動作邏輯都有較大的影響。電力調(diào)度管理者通常希望設(shè)
備檢修能在不停直流的情況下開展；即使停電，也希望能
在單極金屬方式下完成，其次是單極大地方式(無法長時
間運(yùn)行)，最后才是雙極停電。天廣直流多處共用的測量
系統(tǒng)設(shè)計，導(dǎo)致設(shè)備檢修安全措施復(fù)雜多變。表1以天廣
直流3項典型工作為例，通過分析工作對其它設(shè)備的影
響，制定了不同運(yùn)行方式下的檢修安全措施。
表1天廣直流設(shè)備檢修安全措施實(shí)例
續(xù)表
由表1可知，即使是相同設(shè)備中不同元件的檢修，其
檢修安全措施也會完全不同。如IdE1電阻盒的更換工
作，由于該元件存在共用問題，將使該測量所有遠(yuǎn)端模塊
都無法輸送信號，從而導(dǎo)致雙極閉鎖；而IdE1單個遠(yuǎn)端
模塊的更換，不存在共用問題，只影響該模塊對應(yīng)本極單
套控制保護(hù)，僅需要本極停電即可檢修。
因此，制定檢修安全措施的關(guān)鍵在于根據(jù)其對雙極控制
保護(hù)系統(tǒng)的影響范圍，確定采取哪種停電方式。如果該量同
時影響雙極控制保護(hù)正常運(yùn)行，那么這類元件的檢修則必須
在雙極停運(yùn)的方式下進(jìn)行；如果該量只影響本極設(shè)備，那么
可在單極停運(yùn)方式下檢修。在做安措時，還需要注意對受到
影響的直流控制、保護(hù)系統(tǒng)以及直流站控的隔離。
5結(jié)束語
改造后的天廣直流工程與原來最大的區(qū)別在于測量系
統(tǒng)中存在復(fù)雜的共用問題，在一部分設(shè)備正常運(yùn)行，對另
一部分設(shè)備檢修時，務(wù)必要先核實(shí)檢修設(shè)備對其它運(yùn)行設(shè)
備的影響，是否存在測量輸入、輸出，跳閘回路上的共
用，避免因隔離措施不到位而導(dǎo)致誤跳運(yùn)行設(shè)備。
本文針對天廣直流工程中大量存在的共用問題，通過
詳實(shí)的風(fēng)險點(diǎn)分析，從測量一次設(shè)備故障、數(shù)據(jù)流故障、
主設(shè)備故障三方面闡述了檢修安全措施，對提前辨識部分
設(shè)備檢修風(fēng)險點(diǎn)有較強(qiáng)的實(shí)用指導(dǎo)意義。建議在運(yùn)行維護(hù)
中，細(xì)化相互影響的檢修作業(yè)分類，完善風(fēng)險點(diǎn)分析，制
定規(guī)范的安全措施，防止因風(fēng)險辨識不足而引發(fā)人為責(zé)任
事故。
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(編輯 曼寧)
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