CN108519530A - 一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法 - Google Patents

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孔祥平
李鹏
高磊
张弛
宋爽
陈实
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Abstract

本发明公开了一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法：步骤1：布置一个测试主机和n个测试从机；步骤2：断开被测保护的进线和出线，将测试从机接入被测保护；步骤3：通过GPS与各测试从机同步对时；步骤4：测试主机选择被测保护的类型，并按照被测保护输入要求形成多路同步的状态序列；步骤5：测试主机将多路同步的状态序列传输至各测试从机；步骤6：各测试从机接收状态序列，将状态序列解析并输入至被测保护；步骤7：被测保护将出口状态量信息传输至测试从机；步骤8：测试主机实时接收各测试从机上传的被测保护状态信息，并将其可视化于测试主机屏幕，测试人员进行测试结果判断。

Description

一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法
技术领域
本发明涉及一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法。
背景技术
特高压直流保护系统可以实时监测换流器、滤波器、直流线路等设备及区域的各种运行状态参量，快速保护换流站等所有电气设备以及直流输电线路免受电气故障的损害，是特高压直流输电工程的安全卫士。特高压直流输电工程每极由双12脉动换流器串联构成，为与一次系统相适应，特高压直流保护系统以每个12脉动换流器为基本单元进行配置，且一般采用就近布置的原则，即极1高端阀厅、极1低端阀厅、极2高端阀厅、极2低端阀厅均就近设有相应的控制保护设备室，这使得不同换流器或不同极的保护主机之间的距离较远。
与传统交流电气设备不同，特高压直流系统中换流器耐受过压过流能力有限，为保护自身器件安全，换流站内多数保护没有区域性。当发生某一故障时，不同换流器或不同极的保护可能同时动作。如当逆变侧交流系统故障时，逆变侧双极的高、低端阀组均可能发生换相失败，从而使得换相失败保护动作；当双极区域发生故障时，极1、极2的保护也均会动作，给实际工程应用带来诸多不便。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法，更为真实地模拟实际故障情况下特高压直流保护系统的动作行为，实现特高压直流保护系统功能、性能的有效测试。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法，包括如下步骤：
步骤1：设特高压直流保护系统的换流站阀厅的数量为n，则布置一个测试主机和n个测试从机，其中，每个被测保护对应一个测试从机，n个测试从机通过无线网与测试主机进行通信；
步骤2：断开被测保护的进线和出线，将测试从机的输出接口按被测保护的输入要求接入被测保护，将被测保护的保护动作出口状态信息接入测试从机的输入接口；
步骤3：定义测试主机与各测试从机的上、下行通道，并通过GPS与各测试从机同步对时；
步骤4：在测试主机上选择被测保护的类型，并按照被测保护的输入要求生成多通道故障模拟量波形、数字量信号和状态量信号，最后形成多路同步的状态序列；
步骤5：测试主机将多路同步的状态序列按定义的通道采用无线同步传输至各测试从机；
步骤6：各测试从机接收状态序列，将状态序列解析为故障模拟量波形、数字量信号和状态量信号，并输入至被测保护；
步骤7：被测保护将出口状态量信息实时传输至测试从机，测试从机利用定义的无线通道传输至测试主机；
步骤8：测试主机实时接收各测试从机上传的被测保护状态信息，并将其可视化于测试主机屏幕，测试人员进行测试结果判断。
优选，测试主机与各测试从机间采用2.4G无线数据交互技术进行数据交互。
优选，测试从机开始运行后，定时通过无线网络监听对时报文，自动完成无线同步对时。
优选，步骤4中，根据保护测试要求人为设置交、直流模拟量、数字量和状态量信息，并在测试主机内部形成故障数据波形。
优选，步骤4中，通过测试主机内部仿真模型设置故障并按被测保护要求生成故障数据波形。
优选，步骤4中，通过故障录波数据回放，并按被测保护要求生成故障数据波形。
本发明的有益效果是：
换流站内多数保护没有区域性，实际故障可能会造成全站不同极、不同换流器同一功能的保护同时动作，因此在进行无区域性直流保护测试时，需要对分布在不同区域的特高压直流保护同时按各自保护设备的故障响应情况施加测试量。针对此，本发明采用“一主多从”的集中式广域布置方式保证多台测试装置之间的同步性，能够满足全站范围内同一功能特高压直流保护同步测试需要，符合现场实际故障情况。各测试从机根据被测保护输入和输出接口需求，设计测试从机硬件接口，能够实现被测保护运行状态和测试状态的无缝转换和被测保护动作结果的全部呈现，便于运行人员对被测保护性能进行有效判断。本发明能够真实反映被测保护在实际故障情形下的动作过程，对保护性能的校验真实可靠。
附图说明
图1是本发明一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法的架构图；
图2是本发明实施例中换相失败保护所需输入电气量示意图；
图3是本发明实施例中换相失败保护的逻辑模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法，包括如下步骤：
步骤1：如图1所示，设特高压直流保护系统的换流站阀厅的数量为n，则布置一个测试主机和n个测试从机，其中，每个被测保护对应一个测试从机，n个测试从机通过无线网与测试主机进行通信。测试主机具备保护类型选择、故障数据波形产生、分通道同步无线传输故障数据等基本功能，测试从机具备与测试主机实时进行无线传输的功能。
步骤2：断开被测保护的进线和出线，将测试从机的输出接口按被测保护的输入要求接入被测保护，将被测保护的保护动作出口状态信息接入测试从机的输入接口。
步骤3：定义测试主机与各测试从机的上、下行通道，并通过GPS与各测试从机同步对时。
步骤4：在测试主机上选择被测保护的类型(特高压直流保护功能测试仪应能测试换流站内所有直流保护，针对不同类型的保护分别进行测试)，并按照被测保护的输入要求生成多通道故障模拟量波形、数字量信号和状态量信号，最后形成多路同步的状态序列。
步骤5：测试主机将多路同步的状态序列按定义的通道采用无线同步传输至各测试从机。
步骤6：各测试从机接收状态序列，将状态序列解析为故障模拟量波形、数字量信号和状态量信号，并输入至被测保护。
步骤7：被测保护将出口状态量信息实时传输至测试从机，测试从机利用定义的无线通道传输至测试主机。
步骤8：测试主机实时接收各测试从机上传的被测保护状态信息，并将其可视化于测试主机屏幕，测试人员进行测试结果判断。
优选，测试主机与各测试从机间采用2.4G无线数据交互技术进行数据交互，根据测试主机命令向测试从机发送采集器采样或IEC61850-9-2采样信息。测试从机开始运行后，定时通过无线网络监听对时报文，自动完成无线同步对时。
优选，步骤4中，测试主机可以按被测保护需求产生模拟量、数字量和状态量序列，也即测试主机具备故障数据波形产生功能，故障数据波形可有三种方式产生：
一是根据保护测试要求人为设置交、直流模拟量、数字量和状态量信息，并在测试主机内部形成故障数据波形；
二是通过测试主机内部仿真模型设置故障并按被测保护要求生成故障数据波形；
三是通过故障录波数据回放，并按被测保护要求生成故障数据波形。
下面以对许继特高压直流控保系统阀保护中换相失败保护的测试为例，具体说明实现步骤。其中，在测试前，需要根据换相失败保护的逻辑程序，梳理其保护作用及动作条件、动作结果及其与控制系统配合方式，明确测试装置的输出接口配置情况。
换相失败保护通过阀的交流电流和直流电流之间的关系来判断阀是否发生了换相失败，其所采用的电气量如图2所示。图3为换相失败保护的逻辑模块。
换相失败保护是阀组保护的一种，为了真实反映实际故障造成的各阀组换相失败过程，需要将测试从机接入各阀组控保屏柜中。在特高压直流换流站中，共有两极，每极各有两个阀组，因此需要4个测试从机分别接入各阀组控保屏柜。4个测试从机与测试主机间通讯采用2.4G无线数据交互技术，实现分通道实时同步无线传输故障数据。
下面结合图3梳理换相失败保护的外部输入量，图3中各外部输入量端口定义如下：
RTR为复归保护动作信号，由手动复归信号(EDI板卡开关量输入)和后台复归信号(通过控制保护LAN网传输)的或逻辑产生；
BL1为软压板闭锁保护(程序内部设定)；
max(IDCP、IDCN)，TDM传输量，可通过测量接口屏加IEC 60044-8协议数字量；
max(|IVY_L1|，|IVY_L2|，|IVY_L3|)，TDM传输量，可以通过测量接口屏加模拟量；
max(|IVD_L1|，|IVD_L2|，|IVD_L3|)，TDM传输量，可以通过测量接口屏加模拟量；
ID_NOM为直流电流额定值(程序内部设定)；
ALVD为交流低电压信号，由控制系统通过IFC传输的解锁信号、控制系统通过IFC传输的非OLT信号、无软件闭锁低电压信号和有TDM传输的交流低电压信号的与逻辑产生；
DEBL为控制系统通过IFC传输的解锁信号；
RECT为控制系统通过IFC传输的整流站状态信号；
BPS_CL为控制系统通过IFC传输的旁路开关合位信号；
POWER为控制系统通过IFC传输的双极功率实际值。
根据上述换相失败保护的逻辑模块的外部输入量端口，针对换相失败保护功能测试，具体实现步骤2为，断开上述与控制系统和测量接口屏连接的端口，并将直流保护功能测试仪从机输出端口按输入量接口要求接入被断开端口。
下面梳理换相失败保护输出信号及要求：
Y桥换相失败保护判据为：
若ID_MAX-IVY_MAX-max(0.1*ID_MAX,350)>1.0，则I1＝1(其中，max(0.1*ID_MAX,350)被限幅在0到30000之间)；若0.65*ID_MAX-IVY_MAX>1.0，则I2＝1；若(I1＝1)&(I2＝1)&(有解锁信号DEBL)，则检测到Y桥换相失败。
D桥换相失败保护判据为：
若ID_MAX-IVD_MAX-max(0.1*ID_MAX,350)>1.0，则I3＝1；若0.65*ID_MAX-IVD_MAX>1.0，则I4＝1；若(I3＝1)&(I4＝1)&(有解锁信号DEBL)，则检测到D桥换相失败。
首先是根据直流侧电流最大值与阀侧三相电流最大值之差是否超过门槛值判断是否发生Y桥或D桥换相失败。然后判断是否发生单桥换相失败、任一桥换相失败和双极换相失败。单桥换相失败的判据为仅Y桥或仅D桥发生换相失败，动作结果包括切换控制系统、S闭锁，以及S闭锁发生后，经40ms延时或检测到BPS已合上，如果单桥换相失败仍继续，则跳交流进线开关等三种。
根据上述换相失败保护的输出信号，换相失败保护出口分为上传至控制系统和下达至相应开关。针对换相失败保护功能测试，具体实现步骤2中为，断开上述与控制系统和开关连接的端口，并将直流保护功能测试仪从机输入端口按输出量接口要求接入被断开端口。步骤2实现了换相失败保护与测试从机的连接。
具体实现步骤4中为，根据换相失败保护的测试要求，需要进行单一Y桥或D桥换相失败保护测试、任一桥换相失败保护测试、双极换相失败保护测试。测试主机分别根据测试内容生成各阀组所需故障数据。
具体实现步骤6中为，各测试从机接收测试主机发来的状态序列，将状态序列解析为故障模拟量波形、数字量信号和状态量信号，并接入换相失败保护。
具体实现步骤8：测试主机实时接收各测试从机上传的换相失败保护状态信息，如要求控制切换、闭锁信息、隔离开关闭合等，并将其可视化于测试主机屏幕，供测试人员判断。
本发明采用“一主多从”的集中式广域布置方式保证多台测试装置之间的同步性，能够满足全站范围内同一功能特高压直流保护同步测试需要，符合现场实际故障情况。各测试从机根据被测保护输入和输出接口需求，设计测试从机硬件接口，能够实现被测保护运行状态和测试状态的无缝转换和被测保护动作结果的全部呈现，便于运行人员对被测保护性能进行有效判断。本发明能够真实反映被测保护在实际故障情形下的动作过程，对保护性能的校验真实可靠。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：设特高压直流保护系统的换流站阀厅的数量为n，则布置一个测试主机和n个测试从机，其中，每个被测保护对应一个测试从机，n个测试从机通过无线网与测试主机进行通信；
步骤2：断开被测保护的进线和出线，将测试从机的输出接口按被测保护的输入要求接入被测保护，将被测保护的保护动作出口状态信息接入测试从机的输入接口；
步骤3：定义测试主机与各测试从机的上、下行通道，并通过GPS与各测试从机同步对时；
步骤4：在测试主机上选择被测保护的类型，并按照被测保护的输入要求生成多通道故障模拟量波形、数字量信号和状态量信号，最后形成多路同步的状态序列；
步骤5：测试主机将多路同步的状态序列按定义的通道采用无线同步传输至各测试从机；
步骤6：各测试从机接收状态序列，将状态序列解析为故障模拟量波形、数字量信号和状态量信号，并输入至被测保护；
步骤7：被测保护将出口状态量信息实时传输至测试从机，测试从机利用定义的无线通道传输至测试主机；
步骤8：测试主机实时接收各测试从机上传的被测保护状态信息，并将其可视化于测试主机屏幕，测试人员进行测试结果判断。
2.根据权利要求1所述的一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法，其特征在于，测试主机与各测试从机间采用2.4G无线数据交互技术进行数据交互。
3.根据权利要求1所述的一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法，其特征在于，测试从机开始运行后，定时通过无线网络监听对时报文，自动完成无线同步对时。
4.根据权利要求1所述的一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法，其特征在于，步骤4中，根据保护测试要求人为设置交、直流模拟量、数字量和状态量信息，并在测试主机内部形成故障数据波形。
5.根据权利要求1所述的一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法，其特征在于，步骤4中，通过测试主机内部仿真模型设置故障并按被测保护要求生成故障数据波形。
6.根据权利要求1所述的一种基于广域信息同步的特高压直流保护功能测试方法，其特征在于，步骤4中，通过故障录波数据回放，并按被测保护要求生成故障数据波形。
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