南瑞继保开拓出一种基于PCS9550直流控制平台的板卡检测系统

随着电力设备制造技能的进步和掌握理论的发展，直流输电成为高电压远间隔电能运送的紧张办法。
我国早期直流输电工程的掌握保护设备完备依赖于西门子、ABB等国外公司的产品，经由二十多年的发展，逐步实现了自主化。

板卡检测系统作为直流输电系统中的主要设备，紧张有两大功能，一是对板卡的故障部件进行检测定位，二是确保备件板卡的无缺性。
但是，现有板卡检测系统仅能对IO单元中的少量板卡进行检测，存在可检测板卡种类少、检测功能单一、检测结果展示粗糙等问题，对现场板卡掩护事情起不到全面有效的支撑。

针对以上问题，本文对直流换流站内掌握保护系统中所含板卡进行全面梳理和功能归类，以覆盖所有类型板卡为目标，设计检测系统设备单元的整体硬件构造。
考虑到各板卡的功能差异，提出板卡间互联互测的方法，实现对系统内每一块板卡的有效检测。

PCS—9550直流掌握保护系统广泛运用于国家电网公司和南方电网公司的直流输电工程中，紧张包含掌握保护主机单元、分布式IO单元和电子式互感器丈量单元等部分。

为降落设备造价，节约占地空间，对板卡检测系统进行紧凑化设计，整体构造如图1所示。
IO单元和合并单元将各自采集到的旗子暗记送给主机单元，主机单元完成检测主逻辑后将结果送至运行职员事情站（operator work station, OWS），终极通过上位机监控软件将检测报告呈现到界面上。

图1 板卡检测系统整体构造

板卡检测系统应只管即便将工程现场掌握保护系统中所有利用到的板卡都涵盖进来，只有做到“应检尽检”，才能在最大程度上创造故障板卡，担保直流输电系统的可靠运行。
以海内某800kV特高压直流工程为例，现场所利用的PCS—9550直流掌握保护系统的各部分硬件配置及紧张功能见表1。

可以看到，掌握保护主机单元、分布式IO单元和电子式互感器丈量单元这三大类设备中包含多种不同的装置和相应的板卡。
统计换流站现场每一类装置单元的板卡取并集往后再进行集成化精简设计，得到板卡检测系统的设备单元，设计原则示意图如图2所示。

表1 PCS—9550系统硬件功能

图2 板卡检测系统设备单元设计原则

2.1 主机单元设计

掌握保护系统的主机分为掌握和保护两大类， 经统计，其板卡包括电源板卡1、管理CPU板卡、逻辑数字旗子暗记处理器（digital signal processor, DSP）板卡1、逻辑DSP板卡2、通信DSP板卡1、通信DSP板卡2、通信DSP板卡3、开出板卡1、开出板卡2。
板卡检测系统主机单元配置如图3所示，包含上述所有板卡，可以实现检测全覆盖。

图3 板卡检测系统主机单元配置

2.2 IO单元设计

现场IO单元采集的旗子暗记繁多，所利用的板卡种类也各不相同。
经统计，包括电源板卡2、电源板卡3、总线接口板卡、仿照量通信板卡1、仿照量通信板卡2、互换板卡1～6、开关量通信板卡、直流小旗子暗记采样板卡、开入板卡、开入开出板卡1、开入开出板卡2。

板卡检测系统IO单元配置如图4所示，包括两台IO设备单元，个中IO1为长背板机箱，可以实现电源板卡2、总线接口板卡、仿照量通信板卡1～2、互换板卡1～4的检测；IO2为短背板机箱，可以实现电源板卡3、互换板卡5～6、开关量通信板卡、直流小旗子暗记采样板卡、开入板卡、开入开出板卡1～2的检测。

图4 板卡检测系统IO单元配置

2.3 电子式互感器丈量单元设计

电子式互感器丈量系统包括一次丈量线圈、电阻盒、远端模块和合并单元四大部分。
一次丈量线圈的检测校核由专门的设备完成，本系统的电子式互感器丈量单元仅包括后级的电阻盒、远端模块和合并单元三部分。

工程现场有三种不同类型的远端模块和配套的电阻盒，检测系统配置一台合并单元，可为三种远端模块供应激光能量，同时将三路数据采集汇总后上送给主机单元。
板卡检测系统电子式互感器丈量单元构造如图5所示。

图5 板卡检测系统电子式互感器丈量单元

按照分块采集，再统一整合的思路进行软件设计。
检测主程序配置在检测主机中，可以完成主机、IO及电子式互感器单元各个板卡的检测，主程序流程如图6所示。

图6 板卡检测主程序流程

开机后首先进行系统自检，确保各装置单元运行正常；准备就绪后，检测职员从OWS系统下发检测命令开始检测；检测完成后可以选择天生并打印相应的报告。
以下对几种核心板卡的检测方案进行详细解释。

3.1 通信类板卡检测

系统中具备通信功能的板卡包括主机CPU板卡、DSP板卡、IO单元通信板卡、合并单元通信板卡等，这些板卡配置有多路光口，完成装置间的数据交互功能。

通信类板卡采取板卡互联的办法进行检测。
将IO单元和合并单元的通信板卡通过光纤、CAN线等传输介质连接到主机板卡的相应端口上，在检测主程序掌握下进行板卡间的数据交互测试，该办法可同时完成对IO单元、合并单元及主机板卡相应端口的检测。

对付主机的其他板卡或端口，采取同机板卡互联，即主机板卡1的端口按顺序接到主机板卡2的端口，在检测主程序的掌握下，通过板卡间互发数据的办法完成检测。
通信类板卡的检测构造如图7所示。

图7 通信类板卡检测构造

3.2 开入开出类板卡检测

主机和IO单元中均包含开入开出类板卡，采取互联办法进行检测。
将主机开出板卡的开出接点依次接入IO单元开入板卡的开入接点；将IO单元两块开入开出板卡的开入开出接点交叉互联，即将板卡1的开出接点接到板卡2的开入接点上，板卡2的开出接点接到板卡1的开入接点上。

通过设定检测主程序，按序依次对相应板卡进行开出操作，结合吸收到的开入状态，即可得知待检板卡的接点故障情形。
开入开出类板卡的检测构造如图8所示。

图8 开入开出类板卡检测构造

3.3 常规仿照量采集类板卡检测

常规仿照量采集类板卡包含IO装置中的仿照量采集板卡、仿照量通信板卡和主机中的逻辑DSP板卡1。
仿照量采集板卡采集到电磁式互感器和零磁通互感器的电压、电流后，通过仿照量通信板卡以标准的IEC 60044-8协议上送到主机单元的逻辑DSP板卡1中。

考虑到上述过程，将仿照量通信板卡的多路发送光口与逻辑DSP板卡1的相应吸收光口相连，即可实现对链路上所有干系板卡的检测。

常规仿照量采集类板卡的检测须要标准仿照量旗子暗记源的合营，在屏柜端子排给对应的仿照量采集板卡加入电压或电流旗子暗记，经由全链路采集传输后，在检测界面可以看到实际采集到的仿照量值，通过和所施加的标准仿照量值比拟，可以判断出链路中待检板卡的功能完全性和丈量精度。
常规仿照量采集类板卡检测构造如图9所示。

图9 常规仿照量采集类板卡检测构造

3.4 电子式互感器丈量类板卡检测

根据2.3节所述，本系统只对电阻盒、远端模块和合并单元进行检测，实际一次线圈的输出由标准旗子暗记源来仿照。

合并单元的光功率插件给远端模块供能，多路远端模块将采集到的数据送给合并单元，再由合并单元将丈量数据打包后送至检测主机处理。

类似3.3节的办法，将合并单元通信板卡的多路发送光口与逻辑DSP板卡1的相应吸收光口相连，即可实现对链路上所有干系板卡的功能和精度检测。
电子式互感器丈量单元检测构造如图10所示。

图10 电子式互感器丈量单元检测构造

4 系统开拓与试验

4.1 系统开拓

根据以上设计，开拓了图11所示板卡检测系统。
IO单元和检测主机配备了换流站现场IO单元和掌握保护单元的所有类型板卡；AC-DC电源模块可将220V市电转换为系统各设备所需的标准220V直流电源，办理某些单位无配套直流电源的问题；电阻盒、远端模块和合并单元一起实现对电子式互感器核心二次部件的检测；此外，考虑到合并单元温升问题，配置了风扇单元增加散热。

图11 板卡检测系统实物屏柜

4.2 测试实例

对某800kV换流站利用的所有类型板卡进行了检测试验，个中四种范例板卡的测试结果如下。

1）通信类板卡NR1139A

NR1139A型DSP板卡紧张用于掌握装置的核心逻辑运算和主机间通信功能，具有6路高速光口和2路CAN通信口。

NR1139A的6路光口与IO单元开关量通信板卡NR1136D的6路光口相连，2路CAN口与IO单元总线接口板卡NR1201B的CAN口相连。
开始检测后，NR1139A板卡每一个通信口给IO装置发送既定测试旗子暗记，IO装置吸收到这些旗子暗记后，再返回给NR1139A板卡，在检测主程序中经由收发同等性判断，便可得出各个通道的故障情形。
NR1139A型逻辑DSP板卡的检测结果如图12所示。

2）开入开出板卡NR1520A

NR1520A型开入开出板卡用于开关的位置采集及分合遥控掌握，具有8路开入，10路开出。

图12 NR1139A板卡检测结果

NR1520A板卡的检测须要和同机箱的另一种11路开入、5路开出的板卡NR1530A合营。

NR1520A板卡的开出接点1～9分别与NR1530A板卡的开入接点1～9相连，开出接点10与NR1530A板卡的开入接点10、11相连；NR1520A板卡的开入接点1～4分别与NR1530A的开出接点1～4相连，开入接点5～8与NR1530A的开出接点5相连。

在端子排上挑开待检NR1520A板卡的开出6、8、9、10接线端子和开入6、8接线端子以仿照故障。
系统按顺序依次给NR1520A和NR1530A板卡的每一个开出通道发出开出指令，由于上述端子开路，收不到相应开入旗子暗记，故判断出NR1520A板卡的接点故障。
NR1520A型开入开出板卡检测结果如图13所示。

图13 NR1520A板卡检测结果

3）常规互换电流采集板卡NR1405A

NR1405A型6输入互换电流板卡用于电流采集，通道额定电流1A，对应现场一次5 000A电流。
在屏柜端子排上给NR1405A板卡的通道1接入1A互换电流源后，在界面输入所加电流的标幺值1.00p.u.，点击开始检测，系统即可给出当前实测采样值5 003.705A和丈量偏差值0.074 1%。
NR1405A型互换板卡检测结果如图14所示。

图14 NR1405A型互换板卡检测结果

4）电子式互感器丈量单元远端模块NR1458B

NR1458B型远端模块与NR1466A型电阻盒配套利用，用于采集直流电压。
在屏柜端子排上给NR1466A型电阻盒接入5V直流电压源后，在界面输入所加电压实际值5.00V，系统即可给出当前实测采样值5.000 6V和丈量偏差值0.012 0%。
NR1458B型远端模块检测结果如图15所示。

图15 NR1458B型远端模块检测结果

本文针对现有板卡检测系统可检测板卡种类少、检测功能单一、检测结果展示粗略等问题，对现场用到的掌握保护主机单元、IO单元和电子式互感器丈量单元等干系设备所有类型的板卡进行了分类统计，通过对装置单元配置、系统整体构造、板卡测试事理等方面的设计研究，采取板卡互联、装置互通的办法，开拓出了一种基于PCS—9550硬件平台的新型板卡检测系统。

通过海内某直流输电工程实际板卡的检测试验证明，本系统可支持检测的板卡种类全、范围广，配备的上位机软件界面清楚大略，操作方便，检测报告完全清晰。
此外，系统的板卡离线整定功能支持待改换备品备件的程序下载、参数整定等事情，避免了直接在运行的直流掌握保护系统上操作带来的安全隐患。

本系统可以为换流站日常运维检修事情中的定位板卡故障部件供应技能保障，为现场备品备件的可靠检测供应全面支撑，为电力科研单位仿真系统的板卡日常掩护供应检测手段，同时也为其他类似的检测系统供应了一种新的设计思路。

本文编自2021年第12期《电气技能》，论文标题为“基于PCS—9550直流掌握保护平台的板卡检测系统研制”，作者为唐俊、王杨正 等。