高壓直流斷路器監視系統設計方案

孔德煜

摘要：隨著經濟的快速發展，電網的建設也面臨著越來越多的挑戰，高壓直流輸電以其顯著的技術優勢，在大容量遠距離電力輸送、大規?？稍偕茉窗l電并網等方面起到越來越重要的作用，成為構建我國堅強智能電網的重要技術手段。高壓直流斷路器保障了多端高壓直流輸電的可靠性、靈活性、連續性，高壓直流斷路器作為高壓直流輸電的核心、關鍵設備，其信息需要實時被監視。準確獲得斷路器運行狀態信息及故障狀態下的故障信息是系統對保護裝置的要求，高壓直流斷路器監視系統的可行性和可靠性至關重要，本文設計了一種用于高壓直流斷路器的監視系統，為高壓直流斷路器的穩定運行提供了有力保障。

關鍵詞：直流輸電;直流斷路器;監視系統

1概述

本文設計了一種用于高壓直流斷路器的監視系統，高壓直流斷路器監視系統作為高壓直流斷路器的關鍵設備之一，能夠實時監控斷路器的狀態和信息，在故障狀態下及時、準確獲得故障信息，及時進行故障機理的分析進而進行修復，保證斷路器安全可靠穩定的運行。

2方案設計

高壓直流斷路器的監視系統總體結構如圖1所示。

斷路器監視系統包括上位機PC設備和下位機監視系統機箱。斷路器監視系統分為斷路器監視系統A、斷路器監視系統B，分別處理高壓直流斷路器 A系統與B系統的狀態信息。斷路器監視系統A和斷路器監視系統B均接收GPS進行對時，斷路器監視系統產生的所有信息以該GPS時鐘作為標準時鐘源。

2.1 數據處理

斷路器監視系統接收高壓直流斷路器控制保護單元傳送的快速開關電容電壓值、OCT的模擬量信息、高壓直流斷路器閥控單元傳送的子模塊電壓信息，并分析記錄子模塊電容電壓最大值，將這些模擬量信息作為遙測量通過標準以太網接口發給上位機進行顯示。

斷路器監視系統接收來自高壓直流斷路器控制保護單元、機械開關、閥控單元、OCT的狀態信息位及子模塊狀態信息位，打上時標進行緩沖，然后狀態信息位與上一次接收到的各狀態信息位依次進行比較，檢查變位情況，如果該狀態位發生變位，則生成對應的事件，打時標，入事件緩沖區等待發送，并將新的信息狀態位存儲記錄。處理器檢查待發送模擬量、SOE（Sequence Of Event，簡稱SOE）事件緩沖區的狀態，按照進入存儲區的順序向上位機發送由該機箱處理產生的帶有時標的模擬量及SOE事件信息，SOE數據幀內容包含事件時標與事件內容。將高壓直流斷路器控制保護單元、機械開關、閥控單元、OCT及子模塊狀態信息作為遙信量通過標準以太網接口上傳到上位機進行顯示。

斷路器監視系統采用FPGA+PowerPC作為核心處理器件，主要用于緩存和轉發事件，FPGA主要負責底層的外部通信處理、狀態位變位、接受時標、更新狀態存儲區、檢測斷路器監視系統自身通信狀態，以及子模塊編號、子模塊分段編號的添加，PowerPC負責事件緩存以及向上位機發送事件。

斷路器監視系統設計有手動錄波和自動錄波的功能，當接收到上位機的錄波命令時，對解析后的狀態信息及電壓信息進行錄波操作，并生成錄波文件，然后將錄波文件通過以太網上傳到上位機。另外，敏感事件的生成會啟動自動錄波。

2.2 人機交互界面

斷路器監視系統下位機監視單元機箱與上位機PC設備之間采用標準以太網接口，遙測遙信量上傳、SOE事件上傳、錄波上傳通過不同的線程，相對獨立，減少了互相之間的影響，提高了處理效率，保證了斷路器監視系統的實時性。

高壓直流斷路器監視系統上位機監控界面主要包括：

（1）主畫面：主要顯示斷路器主電路拓撲、斷路器合閘狀態、快速機械開關狀態、極線電流、主支路電流、轉移支路分段電容電壓和等信息。

（2）VBC監視界面：主要顯示VBC狀態及子模塊電容電壓值等信息。

（3）子模塊狀態監測界面：主要顯示主支路子模塊當前狀態和歷史狀態、轉移支路子模塊當前狀態和歷史狀態等信息。

（4）機械開關信息顯示界面：主要顯示機械開關極柱狀態、機械開關故障狀態、機械開關電容電壓值等信息。

（5）實時事件信息顯示界面：主要顯示實時事件類型、來源及內容等信息。

（6）歷史事件信息查詢顯示界面：可根據查詢參數的設置進行歷史事件信息查詢，查詢參數包含“選擇日期時間”、“選擇查詢類型”、“選擇查詢內容”、“選擇事件類型”共4類。

（7）故障錄波顯示界面：可以顯示模擬量和數字量的波形，錄波的采樣間隔是50us，錄波時間長度為0.2s，錄波文件采用.mat、.txt、.excel等格式，可以被MATLAB等軟件直接繪制出圖形，予以離線分析。

3結論

本文提出的高壓直流斷路器監視系統能夠實時監測子模塊電容電壓，計算并顯示出子模塊電容電壓最大值，便于操作人員分析記錄每次關斷電流過程中子模塊動態均壓效果;能夠記錄各子模塊的事件順序、事件信息、閥基控制設備SOE事件信息和控制保護單元SOE事件信息;能夠對子模塊電容電壓以及主支路電流、線路電流、機械開關電容電壓等進行錄波，為離線分析提供了條件;實時監視斷路器的分合及運行狀態的信息，在故障情況下能夠及時、準確獲取斷路器所有組件的狀態信息和故障程度，以及斷路器整體的故障信息，用于故障機理的分析進而進行修復;采用數據庫記錄，實現SOE事件快速記錄與歷史查詢。采用FPGA +PowerPC作為核心處理器件，工作范圍分工配合明確，責任清晰，設計簡單可靠，為高壓直流斷路器的穩定運行提供了有力保障。

參考文獻：

[1]舟山多端柔性直流輸電工程綜述[J]. 高強，林燁，黃立超，羅偉. ?電網與清潔能源. 2015（02）

[2]多端直流輸電與直流電網技術[J]. 湯廣福，羅湘，魏曉光. ?中國電機工程學報. 2013（10）

[3]電流轉移型高壓直流斷路器[J]. 許烽，江道灼，黃曉明，陸翌，裘鵬. ?電力系統自動化. 2016（21）

[4]柔性直流輸電網用新型高壓直流斷路器設計方案[J]. 魏曉光，高沖，羅湘，周萬迪，吳亞楠. ?電力系統自動化. 2013（15）

[5]一種限流式混合直流斷路器方案[J]. 江道灼，張弛，鄭歡，葉李心，嚴玉婷. ?電力系統自動化. 2014（04）

[6]直流電網在中國的應用前景分析[J]. 溫家良，吳銳，彭暢，王宇. ?中國電機工程學報. 2012（13）

[7]舟山多端柔性直流輸電工程系統設計[J]. 李亞男，蔣維勇，余世峰，鄒欣. ?高電壓技術. 2014（08）

[8]一種限流式混合直流斷路器方案[J]. 江道灼，張弛，鄭歡，葉李心，嚴玉婷. ?電力系統自動化. 2014（04）

[9]A new hybrid multi-level voltage-source converter with DC fault blocking capa-bility. Merlin M M C，Green T C，Mitcheson P D，et al. 9th IET International Conference on AC and DC Power Transmission . 2010

[10]A new hybrid voltage-sourced converter for HVDC power transmission. Trainer D R，Critchley D R，Davidson C C，et a1. CIGRE Session . 2010

作者簡介：

孔德煜 （1990-），女，碩士研究生，中級工程師，中國礦業大學（北京），研究方向為電力電子與電力傳動。