田桂花，陳剛，任瑞武，張宏

(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410002)

換流站極控通訊結(jié)構(gòu)異常分析及優(yōu)化研究

田桂花，陳剛，任瑞武，張宏

(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410002)

本文闡述了直流輸電工程中直流控保系統(tǒng)的通訊結(jié)構(gòu)，深入分析啟極異常案例，發(fā)現(xiàn)其通訊系統(tǒng)存在PCIF板卡負(fù)載率高的問題。針對(duì)該問題采用修改事件運(yùn)行周期的方法來達(dá)到降低PCIF板卡負(fù)載率，并在實(shí)踐中得到驗(yàn)證。最后，提出進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)方案，意在從根本上解決通訊異常問題，從而提高直流控保系統(tǒng)的可靠性。

控保系統(tǒng)；通訊結(jié)構(gòu)；啟極異常；PCIF板卡；負(fù)載率

直流輸電工程中，直流控保系統(tǒng)主要用于站內(nèi)直流輸電設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)，對(duì)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。其中，直流控制系統(tǒng)采用雙重化冗余設(shè)計(jì)，直流保護(hù)系統(tǒng)采用三重化冗余設(shè)計(jì)〔1〕，各控保系統(tǒng)間的通訊信號(hào)一旦出現(xiàn)故障告警，就會(huì)使控保系統(tǒng)進(jìn)行一次系統(tǒng)切換，從而降低了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。若備用系統(tǒng)存在同樣的故障，則直接導(dǎo)致雙控制系統(tǒng)退出運(yùn)行，最終導(dǎo)致相關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳閘甚至極閉鎖。由此可見，通訊信號(hào)在直流控制保護(hù)中發(fā)揮著重要的作用，因此研究換流站極控通訊問題是很必要的。

1 直流極控通訊系統(tǒng)簡介

圖1 極控通訊結(jié)構(gòu)

采用ABB MACH2技術(shù)路線的換流站，其極Ⅰ極控系統(tǒng)的通訊結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括極控PCPA系統(tǒng)和極控PCPB系統(tǒng)。PCPA系統(tǒng)包含有2個(gè)主機(jī)MC1和MC2，主機(jī)MC1中包含有PCIA，PCIB，PCIC，PCIF共 4塊板卡，主機(jī) MC2中包含有PCIA，PCIB，PCIF共3塊板卡。PCPB系統(tǒng)包含有相同的配置〔2〕。其中，PCIF板卡承擔(dān)著站內(nèi)極間通訊、站間通訊以及閥控間通訊的重要任務(wù)，若PCIF板卡故障，將會(huì)造成通訊信號(hào)發(fā)故障告警，從而導(dǎo)致系統(tǒng)切換，甚至極閉鎖。因此，深入探索主機(jī)通信板卡故障原因，找出解決通訊板卡故障問題的方法，對(duì)今后直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有較大意義。

2 極控通訊異常案例分析

2.1 直流系統(tǒng)解鎖異常概況

故障前運(yùn)行工況:在兩端的換流站年度檢修結(jié)束后，調(diào)整交流場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)，投入相關(guān)保護(hù)裝置，交流場(chǎng)設(shè)備逐步由檢修狀態(tài)→冷備用狀態(tài)→熱備用狀態(tài)→運(yùn)行狀態(tài)。極Ⅰ，極Ⅱ在大地回線 (GR)熱備用狀態(tài)。

故障過程簡述:對(duì)極Ⅰ做帶線路OLT試驗(yàn)時(shí)，一切正常。在極Ⅱ做帶線路OLT試驗(yàn)時(shí)，事件記錄:極Ⅱ閥誤觸發(fā)跳閘信號(hào)，直流系統(tǒng)X類極閉鎖。P2A1，P2B1發(fā)緊急故障和閥接口故障，且極ⅡB系統(tǒng)發(fā)遙控極通訊故障，P2A1和P2B1主機(jī)PCIF板卡同時(shí)存在STALL故障信息，與此同時(shí)，對(duì)站也在頻繁發(fā)送PCIF STALL故障信息，最終OLT試驗(yàn)失敗。極Ⅱ做帶線路OLT試驗(yàn)時(shí)發(fā)生類似故障問題。

2.2 換流站啟極異常原因分析

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)極Ⅱ換流閥本體進(jìn)行檢查試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)有紅燈等報(bào)警信號(hào)，確認(rèn)閥本體、光纖回路及閥控軟件正常，由此排除換流閥本體故障的可能性。有閥故障事件記錄信息 “VCU Interface Faulty.Fault code 4095”，將代碼4095轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制: “1111 1111 1111”，表示12個(gè)VCU全部故障，通過超級(jí)終端連接閥控和極控THM接口A和B系統(tǒng)，未發(fā)現(xiàn)VCU單元告警信息，且12個(gè)VCU單元同時(shí)故障可能性較小，于是又排除換流閥閥控單元故障的可能性〔3〕。因此，可將故障范圍縮小到極控和閥控接口上。

由閥控觸發(fā)原理可知，若PCIF板卡故障，將會(huì)導(dǎo)致觸發(fā)脈沖集成邏輯FPGA芯片不能正確讀取PCIF板卡送來的ACTIVE/STANDBY信號(hào)，從而使PS906不能收到PCIA傳來的CP脈沖，則沒有FP脈沖反饋給PCIA，PCIA收不到FP脈沖就會(huì)報(bào)出點(diǎn)火脈沖丟失和閥接口故障報(bào)警〔4-5〕，這與上述報(bào)警信息一致，因此可判定造成上述異常的原因?yàn)镻CIF板卡故障。PCIF板卡STALL故障很可能是由PCIF板卡負(fù)載率高引起。因此，處理本故障就轉(zhuǎn)化為研究降低PCIF板卡負(fù)載率的方法。

3 極控通訊板卡優(yōu)化研究及改進(jìn)措施

3.1 PCIF板卡負(fù)載率測(cè)試研究

針對(duì)上述通訊板卡存在負(fù)載率高的問題，采用仿真測(cè)試試驗(yàn)來研究影響通訊板卡負(fù)載率的因素:考慮OLT信號(hào)對(duì)PCIF板卡負(fù)載率的影響；考慮軟件程序?qū)CIF板卡負(fù)載率的影響。

1)就第一種因素做如下測(cè)試，仿真實(shí)驗(yàn)在德寶仿真系統(tǒng)上進(jìn)行，測(cè)試OLT信號(hào)對(duì)PCIF負(fù)載率的影響，測(cè)試結(jié)果如表1所示:

表1 OLT信號(hào)對(duì)PCIF板卡負(fù)載率影響 %

由測(cè)試結(jié)果可知，OLT信號(hào)增加與否，對(duì)PCIF負(fù)載率基本上無影響。

2)就第二種因素做如下測(cè)試，Level 1頁面和Level 3頁面分別對(duì)應(yīng)不同的程序執(zhí)行周期，其中，Level 1中的程序執(zhí)行周期較Level 3中的短，亦即程序執(zhí)行頻率高。Level 1頁面包含有2個(gè)事件:事件PCIF MAINCPU STALL和事件Emergency Fault Trip。若將Level 1頁面中的程序事件移至Level 3頁面，則該事件的執(zhí)行周期將發(fā)生變化。在德寶仿真系統(tǒng)上，具體測(cè)試過程如表2所示:

表2 軟件程序?qū)CIF板卡負(fù)載率影響 %

由以上測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)程序事件的執(zhí)行周期越短時(shí)，PCIF板卡負(fù)載率將越高；反之，則降低。因此，適當(dāng)延長程序事件的執(zhí)行周期，減小其執(zhí)行頻率，可有效降低PCIF板卡負(fù)載率。

3.2 優(yōu)化方案研究

由以上仿真測(cè)試可知，造成PCIF STALL故障的直接原因是PCIF板卡負(fù)載率高，其根本原因是相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)存在不足。若PCIF板卡故障，針對(duì)在運(yùn)的控保設(shè)備，相應(yīng)的應(yīng)急解決措施如下:

步驟1:重啟故障主機(jī)，觀察故障是否消除，若故障消除，則說明PCIF板卡無故障，否則，執(zhí)行步驟2；

步驟2:若故障依舊存在，說明PCIF板卡確已故障，于是更換故障PCIF板卡，再次重啟控保主機(jī)。

應(yīng)急解決措施并不能從根本上消除板卡Stall故障問題，軟件設(shè)計(jì)不合理才是問題的根本所在。因此，降低板卡負(fù)載率、修改軟件程序、改善板卡通訊結(jié)構(gòu)才是解決問題的關(guān)鍵。

具體優(yōu)化措施如下:對(duì)PCIF板卡軟件程序中的故障告警事件運(yùn)行周期進(jìn)行調(diào)整。由于事件Emergency Fault Trip轉(zhuǎn)移到其他程序頁面后會(huì)對(duì)跳閘事故原因分析有影響，因此未給予轉(zhuǎn)移；在此僅將Level1“MC1＼PCIF＼PERMSEND.hgf”頁面中的事件 PCIF MAINCPU STALL移至 Level 3“MC1＼PCIF＼OKSIG.hgf”中以降低PCIF負(fù)載率。

3.3 優(yōu)化改進(jìn)成果

軟件修改后做了相應(yīng)測(cè)試，試驗(yàn)方法及測(cè)試結(jié)果如下表3—4所示。修改軟件前后PCIF負(fù)載率對(duì)比如表5所示。

表3 試驗(yàn)方法：debug信號(hào)

表4 直流極控系統(tǒng)通訊軟件修改試驗(yàn)記錄

表5 修改軟件前后PCIF負(fù)載率 %

由測(cè)試結(jié)果可知，軟件修改后，極控系統(tǒng)一切正常，PCIF負(fù)載率有所降低。優(yōu)化后半年內(nèi)未出現(xiàn)過類似故障問題，可見該方法行之有效。

3.4 進(jìn)一步優(yōu)化建議

上述通訊故障問題雖然已經(jīng)得到優(yōu)化改善，但仍有不足之處，在此提出兩種負(fù)載率更低、可靠性更高的通訊板卡改造方案，利用升級(jí)通訊系統(tǒng)避免通訊板卡Stall故障再次發(fā)生。

1)若在短期內(nèi)對(duì) PCIF板卡進(jìn)行優(yōu)化改造，采用能兼容的、經(jīng)過升級(jí)的通信控制器S5933，同時(shí)修改PCI的用戶側(cè)，該用戶側(cè)通過CPLD實(shí)現(xiàn)PCI側(cè)與PS820上DSP和CPU的數(shù)據(jù)交互，經(jīng)優(yōu)化CPLD代碼，可提高PS820與PCI側(cè)交互數(shù)據(jù)速率，從而降低板卡負(fù)載率。

2)若從長遠(yuǎn)規(guī)劃，采用特高壓工程中的設(shè)計(jì)方法，用PS803板卡和PS932板卡替代原PS820板卡實(shí)現(xiàn)常規(guī)直流站中通訊功能，此方案擬以龍政站為試點(diǎn)，驗(yàn)證方案的可行性及可靠性。在試點(diǎn)成功后，即可將此方案引申到存在此類隱患的常規(guī)直流換流站站中進(jìn)行推廣革新。

4 結(jié)束語

文中由常規(guī)換流站在檢修中的解鎖異常事件，引出直流控保通訊結(jié)構(gòu)存在PCIF板卡負(fù)載率高的問題。通過分析原因以及對(duì)通訊板卡進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，提出調(diào)整告警事件運(yùn)行周期的優(yōu)化措施，使得PCIF板卡負(fù)載率得以降低，改善效果明顯。此外，進(jìn)一步提出修改軟件代碼或更換通訊板卡的優(yōu)化措施，從根本上解決通訊板卡負(fù)載率高的問題。

〔1〕王曉希，王聿升，李建建，等.特高壓直流換流站崗位培訓(xùn)教材/二次 〔M〕.北京:中國電力出版社，2012.

〔2〕國網(wǎng)湖南省電力公司.500 kV鵝城換流站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程設(shè)備概況分冊(cè) 〔Z〕.2015.

〔3〕焦晨驊，胡珀，鄭映斌，等.閥及閥控系統(tǒng)隱患排查工作報(bào)告〔R〕.2011.

〔4〕范琪，胡偉，張宏，等.鵝城換流站閥控系統(tǒng)分析及故障處理〔J〕.湖南電力，2013，33(5):55-57.

〔5〕康文，張宏.晶閘管換流閥 (ABB)閥控系統(tǒng)典型故障及處理方法匯編ver2.0〔G〕.2014.

Analysis and optimization research for abnormal pole control communication structure of converter station

TIAN Guihua，CHEN Gang，REN Ruiwu，ZHANG Hong

(State Grid Hunan Electric Power Corporation Maintenance Company，Changsha 410002，China)

This paper expounds the communication structure of control and protection system for the HVDC project，and finds that the communication systems has the problem of high load rate in board PCIF through in-depth analysis of abnormal start case.An optimization method that through modifying software event operation cycle to achieve lower load rate in board PCIF is put forward，which has been verified in practice.Finally，the further optimization and improvement scheme is provided to fundamentally resolve the problem of communication abnormality，so as to improve the reliability of the DC control and protection system.

control and protection system；communication structure；abnormal pole starting；PCIF board；load rate

TM77

B

1008-0198(2016)04-0070-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.04.018

田桂花(1988)，女，山西臨汾人，碩士研究生，目前從事直流輸電工程運(yùn)維檢修工作。

2015-12-14