MACH2控制保护系统断路器控制回路典型故障详解

(湖北省电力检修公司直流运检中心，湖北 宜昌 443000)

1 MACH2系统原理介绍

MACH2(Modular Advanced Control for HVDC and SVC 2nd edition)控制保护系统是以现代化的计算机构建的以高质量的工业标准总线和光纤通信链路连接起来的控制保护系统，具有很强的适应性。由于广泛采用了计算机和微控制器，系统包含非常强大的内部监控能力，这将大大减少控制设备检修的所需时间。MACH2系统的重要环节都被设计成固有的并行冗余方式，其特点是标准、紧凑、高可靠性、高集成度。

MACH2控制系统一般采用分层结构，基本结构如图1所示。一次设备的状态信号(如断路器的位置指示、一次回路电流等)从一次设备就地控制柜内引出，被MACH2系统的I/O板卡进行采集后，通过MACH2系统的CAN总线和TDM数据总线送往相应的控制保护主机。控制保护主机通过LAN网接入到站内的SCADA系统中，从而将状态信号送至SCADA系统中的运行人员工作站中。反之，运行人员也可以通过运行人员工作站发布控制命令到一次设备。

MACH2系统包括多台MACH2主机，各主机连接分布式输入、输出板卡，并通过CAN网、LAN网相互通讯。控制柜分布在控制楼与继电器室。在控制盘柜内的数据通讯通过CAN网络实现，盘柜间区域终端系统与主计算机系统之间的通信利用光纤实现。站内控制系统设备具体包括：ACP(交流控制保护)、AFT(交流场设备终端)、AFP(交流滤波器、并联电容器控制保护)、ASI(辅助系统接口)、VCU(换流阀控制单元)、BFT(双极公共区域设备终端)、LFL(线路故障定位)、PCP (极控制和保护)、DFT(直流场设备终端)、CCP(阀水冷系统控制保护)、ETCS(换流变电子控制系统)、ERCS(平波电抗器电子控制系统)等。全站控制保护系统由主机、分布式输入/输出、标准现场总线CAN网及标准LAN网接口组成，软件采用Hidraw图形化编程工具实现，用Hibug进行系统调试。系统分散、分层结构为分散于2个继电器室和控制室的控制单元。每个控制单元完成本单元控制区域的控制保护任务。控制和保护系统按双重化设置，分别为A系统和B系统，正常运行时，其中一个系统为工作状态，另一个系统为在线热备用状态，两个系统同时在工作，只是备用系统的输出被闭锁(除交流滤波器保护、换流变保护等单系统直接出口动作外)，如果工作系统发生故障，将会自动切换至备用系统。

2 断路器回路故障情况说明

2018年4月22号超高压±500kV江陵换流站在操作5631交流滤波器进行无功设备投退时，交流滤波器进线断路器5631在AFP主机中存在开关“就地”位置信号，而现场实际切换把手在“远方”位置。主机中开关在就地位置的指示参看图2。通过查看软件图，可以得知开关在就地状态是不允许进行分闸操作的。

图1 MACH2系统分层结构图

图2 5631断路器“就地”位置相关软件截图

断路器就地位置节点信号电回路路径为：本体机构箱至5631操作汇控柜再至继电器室辅助系统接口屏ASI1+3屏。

图3 5631断路器位置信号电回路逻辑图

首先对回路电压进行监测，断路器“就地”位置时在汇控柜、ASI屏内对应端子上测得5631开关就地位置信号电压为0；打至“远方”位置时，同样测量位置测得信号电压为110V，从该测量结果来看，判断该信号电回路是正常的。另外检查还发现AFP主机内该大组滤波器的小组断路器5633、5634开关就地位置信号也存在同样错误，由此判断为ASI1+3屏与AFP1A/1B主机通讯有问题所致。

3 故障情况解析

ASI1+3屏内三个I/O机箱通过三块PS831光通讯板与AFP1A/AFP1B、AFP3A/AFP3B、ACP1A/ACP1B主机的PS831板卡相连接，再通过PS873B板卡和CAN1总线相连。

图4 5631断路器辅助系统接口屏(ASI屏)硬件布置图

在ACP1A主机上用MCfeeder软件登录ASI1+3屏H9.3位置的PS851板，如图5(a)所示第6位数据DIG_IN1_24对应5631开关就地位置信号，DIG_IN1_27对应5631开关的总告警信号，由图5(b)、(c)MCfeeder软件界面可以看出这两个信号的数据均为“0”，说明5631开关软件中显示确为远方，PS851板运行程序正确，它向CAN总线发送的数据包也是正确的。

图5 MCfeeder软件监视CAN线上851板卡信号

另外在ASI+3屏做H9.3位置的PS851板输入信号试验。通过在PS851板输入端短接SF6故障信号、开关就地位置信号接线与公共端，在OWS上监视事件列表和AFP1A/AFP1B主机软件内输入量，结果是通过ACP1A/ACP1B主机上送的故障事件可以正常触发，而AFP1A/AFP1B主机软件内输入量继续保持先前状态，无任何变化。通过试验可以判断ASI1+3屏与AFP1A/AFP1B主机间CAN总线通讯不正常。AFP1A/AFP1B主机在ASI1+3屏内公用一块PS831板，将ACP1A光纤通道接至该板卡，重复信号试验，ACP1A可以正常上送事件，说明该PS831工作正常。尝试用备用光纤代替ASI1+3屏与AFP1A主机间的光纤通道，故障现象仍没有消除。检修人员在ASI1盘柜上模拟了5631开关SF6压力高故障信号，发现AFP1A主机信号并没有变位，最后通过AFP1A主机上用MCfeeder登录主机820板卡，监测不到CAN线上的相关板卡，由此判断应该为AFP1A主机屏内CAN线通讯板卡故障。对AFP1A+1屏的PS831板卡进行了更换，后主机可以正确监测到故障报警信号，开关位置就地信号也消失。由于PS831板卡故障并无相关告警。通过同样的步骤检查，发现AFP1B主机PS831板卡也同时出线了故障。两个冗余系统的主机CAN信号通讯同时存在异常，开关就地位置信号无法变位，最终导致无法远方分开该5631开关。对故障板卡进行了更换后，5631开关可正常进行远方分合操作，至此故障消除。

4 结束语

直流控制保护系统是直流输电系统中最重要的设备之一，直接关系到直流输电系统的稳定运行和一次主设备的安全。直流输电二次设备之间传输的数据包括电压、电流等模拟信号以及开关量信号和控制保护信号，其中开关量信号以及控制保护信号通常流量不是很大(相对于模拟量信号)，但需要保证很高的实时性和准确性。在MACH2控保系统中，CAN总线、TDM总线用于连接MACH2主机PCI板卡、I/O板卡并在这些板卡中实现数字信号量及控制命令、及模拟信号的传输。了解MACH2系统CAN总线及TDM总线，对于换流站现场工作中控制系统方面故障的查找和分析有很大的帮助。