王興善

(國網(wǎng)青海省電力公司檢修公司,青海 西寧 810000)

關(guān)鍵字：高壓直流系統(tǒng)； 直流控保系統(tǒng)； 遠(yuǎn)動系統(tǒng)； 站間通信。

0 引言

目前隨著直流系統(tǒng)不斷發(fā)展，各類技術(shù)不斷提高，對高壓直流系統(tǒng)站間通訊提出更高的要求，之前不被引起注意的站間通訊問題逐漸暴露出存在問題，尤其是多次出現(xiàn)因站間通訊故障引起直流系統(tǒng)異常，逐漸引起設(shè)計及設(shè)備運維單位重視。

1 直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)概述

1.1 直流遠(yuǎn)動功能

直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)是指為兩站間控制保護(hù)系統(tǒng)提供信息傳輸和處理的系統(tǒng)。所提供的高壓直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)包括全部必要的電路系統(tǒng)，以接收來自直流控制、保護(hù)系統(tǒng)的信號，或者將信號送至對站的控制、保護(hù)系統(tǒng)，完成信號的并聯(lián)-串聯(lián)/串聯(lián)-并聯(lián)的轉(zhuǎn)換，以及信號的編碼和解碼，并保證信號不出錯；該遠(yuǎn)動系統(tǒng)將通過接口連接兩換流站之間的通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)為：光纖(主通道)+光纖(備用通道)。高壓直流系統(tǒng)中，直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)與極控制系統(tǒng)一樣采用雙重化冗余配置。每一個換流器極的遠(yuǎn)動系統(tǒng)設(shè)備都與另一極的遠(yuǎn)動系統(tǒng)設(shè)備在電氣及物理結(jié)構(gòu)上分開，因此每個系統(tǒng)的運行都是獨立的。所必須的任何雙極信號將通過各個換流器極有關(guān)的高壓直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)進(jìn)行傳送。遠(yuǎn)動信號包括為滿足控制保護(hù)功能及相關(guān)的重要狀態(tài)監(jiān)視功能要傳輸?shù)哪M信號和數(shù)字信號。具體來說，模擬信號主要包括：電流指令，線路電流測量值，需要站間協(xié)調(diào)的其他模擬量等。數(shù)字信號主要包括：運行狀態(tài)，運行模式，保護(hù)動作信號，開關(guān)狀態(tài)等。高壓直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)具備誤碼檢測功能，能在系統(tǒng)的接收端以幀為單位，自動的對接收到的數(shù)據(jù)中的誤碼進(jìn)行檢測和計數(shù)。高壓直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)對各通信通道的狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)視，出現(xiàn)通道故障或者通道的品質(zhì)下降都會有相應(yīng)的事件上送到運行人員工作站。

1.2 直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)通道配置

直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)的通道配置依賴于直流控制保護(hù)系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計。控制設(shè)備為冗余設(shè)備，兩套設(shè)備間有值班和備用之分。向?qū)φ緜鬏數(shù)臄?shù)據(jù)只能是值班系統(tǒng)的，所以兩套冗余設(shè)備中選擇值班系統(tǒng)通過一個通道與對站通訊?？紤]到通道的冗余，兩套冗余控制設(shè)備需要配置兩個通道。每極的保護(hù)設(shè)備有兩套，每套之間完全獨立，無值班、備用之分。設(shè)備工作時直接與對站相應(yīng)極的相應(yīng)保護(hù)設(shè)備通訊。考慮到通道的冗余，每套保護(hù)設(shè)備都需要配置兩個通道

1.3 隊列式通訊原理

采用隊列式方式通信將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分類，根據(jù)不同的類別和類別的傳輸級別定義進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕M織，通過復(fù)用設(shè)備和對端換流站進(jìn)行通訊，高壓直流系統(tǒng)極I極II各自有獨立的遠(yuǎn)動系統(tǒng)，每個極需要兩個數(shù)據(jù)通道，分別作為主通道和備用通道，為保證兩個極的遠(yuǎn)動系統(tǒng)可靠性，一般會把一個極的主通道和另一個極的備用通道走同一路光纖。這樣當(dāng)某一路光纖故障時，只有一個極的主通道受到影響。

隊列式通信需要通道較少，在直流控制保護(hù)集成設(shè)計時需要雙極4路2 M通道，在直流控制與保護(hù)獨立設(shè)計時，為提高可靠性，減少極控制和保護(hù)間的通信，控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)間的遠(yuǎn)動通道可以獨立配置，獨立配置的極控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)間通信結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，對于雙重化配置的直流保護(hù)系統(tǒng)而言，每個極的保護(hù)分為A和B兩套系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)各自獨立且均處于工作狀態(tài)，保護(hù)的直流遠(yuǎn)動通道獨立配置時，每個極的極保護(hù)要4個通道，其中2個通道作為A系統(tǒng)主通道和備用通道，另外2個作為B系統(tǒng)主通道和備用通道，雙極共計需要8路2 M通道。

圖1 隊列式換流站極控制系統(tǒng)間通信結(jié)構(gòu)圖

圖2 隊列式換流站極保護(hù)系統(tǒng)間通信結(jié)構(gòu)圖

直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)通訊程序結(jié)構(gòu)上分為4層，每一層都具有獨立的輸入輸出通道，層與層之間緊密銜接，這4層分別為用戶層、隊列處理層、優(yōu)先選擇層、傳輸層。整流側(cè)和逆變側(cè)的極控制與保護(hù)設(shè)備之間傳遞的數(shù)據(jù)可分為3類，一是電流指令和功率調(diào)節(jié)信號；二是用戶數(shù)據(jù)，用戶狀態(tài)指示數(shù)據(jù)；三是布爾量，如高優(yōu)先級保護(hù)信號。為傳遞這些數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)動系統(tǒng)程序設(shè)計中采用3種不同類型的幀對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分別稱為A、B、C類幀，每類幀都包含通信狀態(tài)指示、停止標(biāo)志位、數(shù)據(jù)校驗字節(jié)。

直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)通信的A型幀長度為9個字節(jié)，0和1字為通信的狀態(tài)信息和快速布爾量，2-5字節(jié)是數(shù)據(jù)，6、7字節(jié)是Checksum，即數(shù)據(jù)校驗字節(jié)，8字節(jié)是Flag。A型幀的傳輸間隔為6 ms。B型幀長度11個字節(jié)，0、1字節(jié)為通訊的狀態(tài)信息和FASTBOOLEAN信號，2-7字節(jié)是數(shù)據(jù)，8、9字節(jié)是Checksum，10字節(jié)是Flag。C型幀長度5個字節(jié)，0、1字節(jié)為通訊的狀態(tài)信息和FASTBOOLEAN信號，2、3字節(jié)是Checksum，4字節(jié)是Flag。A型幀用于電流指令(IO_CFC)通信。B型幀用于USERDATA通信，即一般的用戶數(shù)據(jù)發(fā)送都采用B型幀；這里的USERDATA指絕大多數(shù)的通信信息，包括：PACKBOOL-打包到一起的BOOL量，ANALOG-模擬量。C型幀用于發(fā)送IDLEMESSAGE，即空閑無用戶數(shù)據(jù)發(fā)送時發(fā)送C型幀。FastBoolean表示需要快速傳遞的單個Bool變量；它的通信和前述的電流指令和用戶數(shù)據(jù)兩者有所不同。FastBoolean的數(shù)據(jù)放在所有幀的前兩個字節(jié)中，每次發(fā)送A，B或C型幀，都有FastBoolean數(shù)據(jù)的發(fā)送?！?〕

1.4 遠(yuǎn)動系統(tǒng)通信異常標(biāo)志

站間通訊的每個通道只要符合以下任何一個條件，即可置異常標(biāo)志：

(1) 通道5個任務(wù)周期(5 ms)未接收到站間通訊報文；

(2) 接收報文幀格式錯誤；

(3) 三接收到對側(cè)發(fā)送過來的通道異常標(biāo)志。對側(cè)通道異常標(biāo)志，由幀頭的一個數(shù)據(jù)位表示。

本通道內(nèi)連續(xù)五個周期接收不到報文或是報文不正確，通道置錯誤標(biāo)志，同時還會將報文頭中的dataerr置為1，來使對站置通道異常標(biāo)志，從而使兩站主機(jī)通道狀態(tài)均為異常。

2 某換流站直流遠(yuǎn)動故障分析

2.1 故障簡述

從2018年12月初，某高壓直流系統(tǒng)出現(xiàn)多臺PPR及PCP主機(jī)站間通訊故障，遠(yuǎn)動通信結(jié)構(gòu)詳見圖3。且通過通道檢查判斷，故障均為一個站無通道故障，而另一個站報主通道故障，備用通道正常，兩站通道故障信息存在不一致，此情況導(dǎo)致主備通道均正常的主機(jī)無法向?qū)φ局魍ǖ喇惓５闹鳈C(jī)發(fā)送站間通訊數(shù)據(jù)，如果在ows顯示站間通信無故障而進(jìn)行功率調(diào)整時，實際存在無法進(jìn)行功率調(diào)整的嚴(yán)重問題，若故障發(fā)生在直流調(diào)整功率期間，甚至存在主控站和從控站通道交換信息不一致導(dǎo)致直流功率異常升降問題。

圖3 遠(yuǎn)動通信故障兩側(cè)站通信結(jié)構(gòu)圖

2.2 兩側(cè)換流站直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置

根據(jù)典型換流站設(shè)計原則，兩端換流站直流控制系統(tǒng)通過南瑞繼保PCS-9550控制主機(jī)NR1127板卡交叉連接到直流控制A、B系統(tǒng)的兩臺PCS-9518通道切換裝置，將來自冗余系統(tǒng)的站間通信通道進(jìn)行切換，再由切換裝置用連接MUX-2M通信接口裝置實現(xiàn)兩站站間通信功能。極控制系統(tǒng)由冗余的雙系統(tǒng)組成，其切換邏輯保證每個時刻只有一個更健康的系統(tǒng)處于值班系統(tǒng)。在和對站通信時，每個極的值班和備用系統(tǒng)都能收到對站同一極的值班系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)；另一方面，兩個系統(tǒng)都在往外發(fā)出數(shù)據(jù)，他們發(fā)出的數(shù)據(jù)送到PCS-9518板卡，在該板卡上通過系統(tǒng)的值班信號，即“Active”信號進(jìn)行選擇。通過選擇后，只有值班系統(tǒng)的數(shù)據(jù)才能送到對站。

兩端換流站直流保護(hù)系統(tǒng)通過PCS-9550保護(hù)主機(jī)NR1128板卡分別連接到主、備通道兩臺MUX-2M通信接口裝置，實現(xiàn)站間通信功能。每一個極的極保護(hù)系統(tǒng)同樣包含兩臺主機(jī)，稱為A、B系統(tǒng)。極保護(hù)的主機(jī)狀態(tài)和極控制有所區(qū)別，每個主機(jī)只有值班和測試兩種狀態(tài)；保護(hù)各系統(tǒng)的主機(jī)狀態(tài)彼此也沒有聯(lián)系，即兩者的切換邏輯是相互獨立的。鑒于極保護(hù)系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)的特點，把每個極的兩個冗余的極保護(hù)系統(tǒng)通過站間通信，分別與對站對極的對應(yīng)系統(tǒng)相連。每套極保護(hù)系統(tǒng)需要兩個通道，分別作為主通道和備用通道。

2.3 故障檢查情況

現(xiàn)場多次試驗發(fā)現(xiàn)斷開S1站P1PPRA的主通道，S2站就會報P1PCPA通道故障，恢復(fù)S1站P1PPRA的主通道S2站P1PCPA通道故障就復(fù)歸。然而S2站P1PPRA的主通道卻一直不復(fù)歸，進(jìn)一步說明S1站的P1PPRA的主通道并沒有接到S2站P1PPRA的主通道，懷疑S1站P1PPRA的主通道與S2站P1PCPA通道存在某種關(guān)聯(lián)性，通過對PPRA主機(jī)主備通道檢查及通道自環(huán)測試，最終確認(rèn)為兩側(cè)通道出現(xiàn)“鴛鴦”線，導(dǎo)致S1站P1PPRA的主通道的電信通道誤接到了S2站的P1PCP的主通道的電信通道。

3 存在隱患及整改措施

雖然本次異常主要原因為兩站直流控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)錯接線，但是由于設(shè)計及配置存在問題，導(dǎo)致此隱患一直未能及時發(fā)現(xiàn)，設(shè)備長時間待隱患運行，也給本次遠(yuǎn)動通信故障分析及排查工作帶來較大阻礙。通過本次異常分析及排查目前歸納存在以下幾點問題：

(1) 直流控制和保護(hù)系統(tǒng)均通過主機(jī)單一NR1127/NR1128實現(xiàn)站間及極間通訊，存在單一NR1127/NR1128板卡故障，引起單套直流控制系統(tǒng)極間和站間通信異?；蛑鱾渫ǖ劳瑫r故障等隱患，極控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)硬件連接如圖4、5所示；

圖4 極控制系統(tǒng)直流遠(yuǎn)動連接圖

圖5 極保護(hù)系統(tǒng)直流遠(yuǎn)動連接圖

(2) 延續(xù)MACH2的設(shè)計的直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)，直流極控制和保護(hù)主機(jī)報文沒有預(yù)留主機(jī)類型標(biāo)識位，未考慮不同類型主機(jī)站間通訊混接情況。

具體整改措施及建議：

(1) 建議在設(shè)計階段，將直流控制和保護(hù)系統(tǒng)主機(jī)極間通信、站間通信和主備通道板卡進(jìn)行獨立配置，由不同板卡實現(xiàn)通信功能，有效避免單一元器件造成直流控保系統(tǒng)退出運行。

(2) 建議廠家盡快在高壓直流遠(yuǎn)動系統(tǒng)應(yīng)用程序中增加裝置類型校驗位，并完成廠內(nèi)仿真試驗，及時提交現(xiàn)場完成軟件修改工作，確保即使出現(xiàn)直流極控制系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)混接，也能在兩端換流站及時報出相關(guān)故障信息，避免出現(xiàn)設(shè)備長時間帶隱患運行。

(3) 建議在設(shè)備投運階段開展站間通信接線及數(shù)據(jù)校核工作，確保兩端換流站通信接線正確，相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸正確，并在每年直流年檢期間及進(jìn)行直流遠(yuǎn)動大修技改等相關(guān)工作后同步開展此工作。

(4) 對于目前仍采用MACH2的設(shè)計換流站，應(yīng)加強(qiáng)兩站異常信息匯報工作，當(dāng)任意站極控制系統(tǒng)出現(xiàn)站間通信故障時，及時匯報整流站和調(diào)度人員，嚴(yán)禁在此種情況下進(jìn)行直流系統(tǒng)功率自動調(diào)整工作，并開展在自動調(diào)整功率過程中出現(xiàn)極控制系統(tǒng)站間通信故障情況下的應(yīng)急預(yù)案編制及演練工作。