直流输电工程控制保护系统总概课件
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–直流输电系统的起停控制； –直流输送功率的大小和方向的控制； –抑制换流器不正常运行及对所联交流系统的干扰； –发生故障时，保护换流站设备； –对换流站、直流线路的各种运行参数(如电压及电
流等)以及控制系统本身的信息进行监视。
直流控制保护系统概况
➢ 直流控制保护系统的对象:
–全换流站所有设备。
换流器 换流变压器、分接头 直流场开关/隔刀/地刀 直流滤波器 交流滤波器 交流场开关/隔刀/地刀 ……
运行人员控制系统； • 在线谐波监视； • 对辅助系统的监控（包括站用电系统的控制/监
视，以及对其它辅助系统的监视功能）等。
交、直流站控系统
–站控系统配置原则
• 采用分散式结构，按面向物理对象的原则进行 各站控子系统的设置，不同子系统之间尽可能 少的交换信息，某一对象异常不影响其它对象 功能的正确运行。
直流控制保护系统构成
1. 直流控制（极控）系统
是换流站控制系统的核心，主要功能是通过对整流侧和逆变侧触发角的 调节，实现系统要求的输送功率或输送电流。该部分主要包括每个极的 极控系统的主机、分布式现场总线和分布式I/O等设备。
2. 直流系统保护
主要包括直流极保护（换流器保护、直流场保护、直流线路保护、以及 接地极引线保护）、换流变保护、直流滤波器保护、交流滤波器保护。
主机一
25
26
27
28
29 +3B29
30
主机二
31
32
33
34
35
36
37
38 +3B37
端子排
39
40
直流系统保护
➢ 换流变压器保护构成
➢ 换流变压器保护RCS-977采用独立 装置实现
➢ 启动+保护动作出口的防误逻辑 ➢ 完全双重化保护配置 ➢ 非电量保护RCS-974双重化
直流系统保护
➢ 直流滤波器保护构成
AC Filters
Id
直流控制（极控）系统
➢ 控制功能模块
极功率控制/电流控制
PPC
过负荷限制 OLL
直流功率调制 MODS
换流器触发控制 CFC
控制脉冲发生单元 CPG
无功功率控制 RPC
开关顺序控制 SSQ
模式顺序控制 MSQ
准备顺序控制 RSQ
电压角度参考值计算 VARC
3. 交、直流站控系统
负责执行交/直流设备的投切、起停、运行方式转换、状态监视、测量 等功能，该部分主要包括站控系统的主机、分布式现场总线和分布式 I/O等设备。
直流控制保护系统构成
4. 运行人员控制系统
运行人员控制系统，是换流站正常运行时运行人员的主人机界面和监 控数据存储系统。主要包括站时钟系统、站LAN网、运行人员工作站、 工程师工作站、站长工作站、系统服务器、培训系统、MIS接口工作站、 网络打印机等。
换流变压器分接头控制 TCC
线路开路试验控制 OLT
站间通讯 TCOM
直流控制（极控）系统
➢ 极控系统的冗余与切换
在换流站控制系统中，直流极控系统为完全冗余的双重化系统，该 部分的双重化的系统之间可以在故障状态下进行自动系统切换或由 运行人员进行手动系统切换。
系统切换遵循如下原则：在任何时候运行的有效系统应是双重化系 统中较为完好的那一重系统
站控系统主要包括：站控系统的主机、分布式现场 总线和分布式I/O等设备。
在每套系统上均配置了显示器和键盘，可完成就地 的监视和就地控制功能。
交、直流站控系统
➢ 交流站控系统主要完成：交流场、交流滤波器的 监视和控制。
➢ 直流站控系统主要完成：直流场的监视和控制， 与水冷、TM及其它系统的接口。
系统切换逻辑禁止以任何方式将有效系统切换至不可用系统。系统 切换总是从当前有效的系统来发出。这个切换原则可避免在备用系 统中的不当的操作或故障造成不希望的切换。另外，当另一系统不 可用时，系统切换逻辑将禁止该切换指令的执行。
直流系统保护
➢ 主要包括:
– 换流器保护 – 直流场保护 – 直流线路保护 – 接地极引线保护 – 换流变保护 – 直流滤波器保护 – 交流滤波器保护
交、直流站控系统
• 站控系统从I/O接口至系统主机整个环节均采用 完全双重化设计，双重化设计确保不会因为任 一系统的单重故障而发生停运，也不会因为单 重故障而失去对换流站的监视。
• 站控系统具有完整的自身内部监视和自诊断能 力，以便在故障时容易定位问题所在。站控系 统具有足够高的的可靠性、可用率和可维护性。
提纲
一．直流控制保护系统概况 二．直流控制保护系统构成 三．德宝工程控制保护设备配置情况 四．系统特点与主要技术改进 五．直流控制保护系统硬件简介
直流控制保护系统概况
➢ 直流输电的控制保护系统是直流输电系统的“大 脑”。
– 控制交、直流功率转换、直流功率输送的全部过程 – 保护换流站所有电气设备以及直流输电线路免受电
直流控制（极控）系统
➢ 高压直流控制系统功能框图
Manual orders to sequences
OWS
Manual order Power/Current Manual order Q/U ref.
Uac
RPC
Freq
MODS Delta-power
Current max limit
Ud
PPC
➢ 直流站控和直流阀控共用控制主机（合称为极控 主机），不设置独立的直流站控设备，具有更高 的冗余度。
交、直流站控系统
–站控系统主要功能
• 整个换流站范围内的数据采集及信息处理、上 送运行人员控制系统；
• 全站范围内的开关、刀闸和地刀的操作控制； • 顺序控制； • 联锁； • 同期； • 站控系统内部及辅助系统的事件生成和上传至
• 采用分布式I/O系统，I/O采用按对象设计的原则， 即关闭某一对象相关I/O的电源不影响系统及其 它对象的运行；双极I/O完全独立设计，关闭另 一极I/O不会影响本极控制系统的运行。
• 采用标准总线CAN和TDM。通讯介质采用光纤， 提高系统抗干扰能力。CAN总线用于信号量及 控制命令的传输，TDM总线用于电压和电流信 号的传输。
➢ 直流滤波器保护RCS-976D采用 独立装置实现
➢ 启动+保护动作出口的防误逻辑 ➢ 完全双重化保护配置
直流系统保护
➢ 交流滤波器保护构成
➢ 每一台交流滤波器保护RCS－976A采 用独立装置实现，方便运行维护
➢ 启动+保护动作出口的防误逻辑 ➢ 完全双重化保护配置
交、直流站控系统
➢ 交、直流站控系统，负责执行交/直流设备的投切、 起停、运行方式转换、状态监视、测量等功能。
直流系统保护
直流系统保护
➢ 配置原则---采用完全双重化的保护配置方案
– 每一套保护具有全部的保护功能。每一套保护的测 量回路、电源回路、出口跳闸回路及通信接口回路 均按完全独立的原则设计,并采取措施保证单一元件 故障不会造成保护误动。
– 任一套保护动作可以出口，确保安全性。 – 采取这样的配置方案每套保护的防误不依赖于它套
➢ 极控系统的控制性能将直接决定直流系统的各种 响应特性以及功率/电流稳定性。
直流控制（极控）系统
直流控制（极控）系统
➢ 极控制系统主要包括:
每个极的极控系统主机 分布式现场总线 分布式I/O等设备
直流控制（极控）系统
➢ PCP控制主机：
– 完成对换流站内换流器、换流变压器、直流场 设备等的控制和监视功能。收集极控系统范围 内的“事件”并上传送入运行人员控制系统。
Manual orders to sequences
SSQ
SWC
TCC
Id
Ud
CFC
CPG
VC
Alpha order Block/deblock
OLT BSQ
Switch orders
PROT. block/deblock
Ud
Protections
Firing pulses
Step orders
Switch orders Switch orders
10 +1B10
11
通讯
12
13
14
一台主机内
15 +1B15
16
通讯
17
18
19
20
21
22
23 +1B23
➢ 控制、保护主机模拟量采集I/O
24 25 26
主机一
27
28
独立，共享部分状态采集I/O
29 +1B29
30
主机二
31
32
33
34
35
36
➢ 启动+保护动作出口的防误逻辑，37 38 +1B37 39
– 在每套系统上均配置了显示器和键盘，可完成 就地的监视和就地控制功能。
直流控制（极控）系统
– 包括：
➢ 换流器触发控制；换流变压器分接头控制； 极功率控制；无功功率控制；直流顺序控制、 连锁；直流调制；过负荷控制；空载加压试 验控制；·······
➢ 系统监视 ➢ 与分散I/O的通信 ➢ 与阀控制单元的通信 ➢ SCADA接口 ➢ 极间通信 ➢ 站间通信
气故障的损害。
直流控制保护系统概况
➢ 直流输电的过程依赖于控制保护系统，这点与交 流输电技术存在显著不同。
– 直流输电是建立在阀导通和截止控制上的一种电能 传输方式。直流输电的控制系统运行从不间断，这 与交流系统二次部分只在运行状态改变或故障时起 作用是不同的。
直流控制保护系统概况
➢ 直流输电要求控制保护系统完成以下功能：
运行人员控制系统
➢ 运行人员控制系统是换流站正常运行时运行人员 的主人机界面和监控数据存储系统。
➢ 运行人员控制系统包括：站LAN网、运行人员工 作站、工程师工作站、站长工作站、服务器、网 络打印机、规约转换工作站或规约转换器（实现 与辅助系统的接口）等。
运行人员控制系统
运行人员控制系统
➢ 设计原则
5. 与远方控制中心的接口子系统
包括：远动系统，用于与网调、省调、直流集控中心等交换直流换流 站的监控数据并执行远方调度命令，由远动工作站、远动通讯设备等 组成。
直流控制保护系统构成
➢ 典型系统解决方案:
直流控制（极控）系统
➢ 极控系统是整个换流站控制系统的核心，主要功 能是通过对整流侧和逆变侧触发角的调节，实现 系统要求的输送功率或输送电流。
直流控制（极控）系统
➢ 现场总线：
– 完成I/O与控制主机之间的数据传输。 – 总线采用标准CAN和TDM总线，通讯介质采用
光纤。
直流控制（极控）系统
➢ I/O系统
完成极控系统所需要的各种模拟量和状态量的采 集，完成与交/直流场一次设备、水冷却系统、阀 基电子设备及其它二次子系统间的接口。主要包 括： – DFT：直流场接口 – BFT：双极部分接口 – TMI/TSI：换流变接口 – RSI：平抗接口 – CCP：水冷接口 – VCU：阀控接口
26
通讯接口
27
28
29
30
31
32
33
34
35 +2B34
端子排
36
37
38 +2B37
端子排
39
40
正面视图 (安装平面 B)
NR
=P1.PCP+3 极1极控柜三
1
2
3
4
5 +3B5
6
通讯
7
8
9
10 +3B10
11
通讯
12
13
14
15 +3B15
16
通讯
17
18
19
20
21
22
23 +3B23
24
➢ 一体化设计：ＳＣＡＤＡ系统与控制保护系统一体化设计。 ➢ 开放性:选用通用的、标准化的软硬件产品；系统采用开
端子排
40
保护系统不切换
➢ 完全双重化保护配置
正面视图 (安装平面 B)
NR
=P1.PCP+2 极1极控柜二
1
2
3
4 +2B4
5
6
7
MODEM 1
8
9
10
11
12 Ɵ
MODEM 2
16
17
18
19
20
+2B20
RCS-9519A
21
22
+2B22
RCS-9519B
23
24
25 +2B25
Id
Ud
VARC
Ramp permit Start/stop order
TCOM
The other station
OLL RSQ
TCOM
The other pole
RFO
MSQ
Manual orders to sequences
Current order
SEQ. block/deblock
AC-Filter switch orders Voltage and angle ref.
直流控制保护系统概况
➢ 控制位置要求：
– 远方调度中心、集控中心 – 换流站主控室 – 控制系统就地 – 设备就地
➢ 控制位置层次关系：
– 分层结构上越低的位置，其控制优先级越高
提纲
一．直流控制保护系统概况 二．直流控制保护系统构成 三．德宝工程控制保护设备配置情况 四．系统特点与主要技术改进 五．直流控制保护系统硬件简介
保护，使设备之间关系简单，易维护，既保证可靠 性，又保证安全性。电缆连接减少，任何一套保护 出现问题进行维护时，仍保留有全部的保护功能。
直流系统保护
➢ 直流保护构成
➢ 控制、保护功能分别由不同的
正面视图 (安装平面 B)
NR
=P1.PCP+1 极1极控柜一
1
2
主机完成
3
4
5 +1B5
6
通讯
7
8
9
➢ 保护区内所有保护功能集成在
流等)以及控制系统本身的信息进行监视。
直流控制保护系统概况
➢ 直流控制保护系统的对象:
–全换流站所有设备。
换流器 换流变压器、分接头 直流场开关/隔刀/地刀 直流滤波器 交流滤波器 交流场开关/隔刀/地刀 ……
运行人员控制系统； • 在线谐波监视； • 对辅助系统的监控（包括站用电系统的控制/监
视，以及对其它辅助系统的监视功能）等。
交、直流站控系统
–站控系统配置原则
• 采用分散式结构，按面向物理对象的原则进行 各站控子系统的设置，不同子系统之间尽可能 少的交换信息，某一对象异常不影响其它对象 功能的正确运行。
直流控制保护系统构成
1. 直流控制（极控）系统
是换流站控制系统的核心，主要功能是通过对整流侧和逆变侧触发角的 调节，实现系统要求的输送功率或输送电流。该部分主要包括每个极的 极控系统的主机、分布式现场总线和分布式I/O等设备。
2. 直流系统保护
主要包括直流极保护（换流器保护、直流场保护、直流线路保护、以及 接地极引线保护）、换流变保护、直流滤波器保护、交流滤波器保护。
主机一
25
26
27
28
29 +3B29
30
主机二
31
32
33
34
35
36
37
38 +3B37
端子排
39
40
直流系统保护
➢ 换流变压器保护构成
➢ 换流变压器保护RCS-977采用独立 装置实现
➢ 启动+保护动作出口的防误逻辑 ➢ 完全双重化保护配置 ➢ 非电量保护RCS-974双重化
直流系统保护
➢ 直流滤波器保护构成
AC Filters
Id
直流控制（极控）系统
➢ 控制功能模块
极功率控制/电流控制
PPC
过负荷限制 OLL
直流功率调制 MODS
换流器触发控制 CFC
控制脉冲发生单元 CPG
无功功率控制 RPC
开关顺序控制 SSQ
模式顺序控制 MSQ
准备顺序控制 RSQ
电压角度参考值计算 VARC
3. 交、直流站控系统
负责执行交/直流设备的投切、起停、运行方式转换、状态监视、测量 等功能，该部分主要包括站控系统的主机、分布式现场总线和分布式 I/O等设备。
直流控制保护系统构成
4. 运行人员控制系统
运行人员控制系统，是换流站正常运行时运行人员的主人机界面和监 控数据存储系统。主要包括站时钟系统、站LAN网、运行人员工作站、 工程师工作站、站长工作站、系统服务器、培训系统、MIS接口工作站、 网络打印机等。
换流变压器分接头控制 TCC
线路开路试验控制 OLT
站间通讯 TCOM
直流控制（极控）系统
➢ 极控系统的冗余与切换
在换流站控制系统中，直流极控系统为完全冗余的双重化系统，该 部分的双重化的系统之间可以在故障状态下进行自动系统切换或由 运行人员进行手动系统切换。
系统切换遵循如下原则：在任何时候运行的有效系统应是双重化系 统中较为完好的那一重系统
站控系统主要包括：站控系统的主机、分布式现场 总线和分布式I/O等设备。
在每套系统上均配置了显示器和键盘，可完成就地 的监视和就地控制功能。
交、直流站控系统
➢ 交流站控系统主要完成：交流场、交流滤波器的 监视和控制。
➢ 直流站控系统主要完成：直流场的监视和控制， 与水冷、TM及其它系统的接口。
系统切换逻辑禁止以任何方式将有效系统切换至不可用系统。系统 切换总是从当前有效的系统来发出。这个切换原则可避免在备用系 统中的不当的操作或故障造成不希望的切换。另外，当另一系统不 可用时，系统切换逻辑将禁止该切换指令的执行。
直流系统保护
➢ 主要包括:
– 换流器保护 – 直流场保护 – 直流线路保护 – 接地极引线保护 – 换流变保护 – 直流滤波器保护 – 交流滤波器保护
交、直流站控系统
• 站控系统从I/O接口至系统主机整个环节均采用 完全双重化设计，双重化设计确保不会因为任 一系统的单重故障而发生停运，也不会因为单 重故障而失去对换流站的监视。
• 站控系统具有完整的自身内部监视和自诊断能 力，以便在故障时容易定位问题所在。站控系 统具有足够高的的可靠性、可用率和可维护性。
提纲
一．直流控制保护系统概况 二．直流控制保护系统构成 三．德宝工程控制保护设备配置情况 四．系统特点与主要技术改进 五．直流控制保护系统硬件简介
直流控制保护系统概况
➢ 直流输电的控制保护系统是直流输电系统的“大 脑”。
– 控制交、直流功率转换、直流功率输送的全部过程 – 保护换流站所有电气设备以及直流输电线路免受电
直流控制（极控）系统
➢ 高压直流控制系统功能框图
Manual orders to sequences
OWS
Manual order Power/Current Manual order Q/U ref.
Uac
RPC
Freq
MODS Delta-power
Current max limit
Ud
PPC
➢ 直流站控和直流阀控共用控制主机（合称为极控 主机），不设置独立的直流站控设备，具有更高 的冗余度。
交、直流站控系统
–站控系统主要功能
• 整个换流站范围内的数据采集及信息处理、上 送运行人员控制系统；
• 全站范围内的开关、刀闸和地刀的操作控制； • 顺序控制； • 联锁； • 同期； • 站控系统内部及辅助系统的事件生成和上传至
• 采用分布式I/O系统，I/O采用按对象设计的原则， 即关闭某一对象相关I/O的电源不影响系统及其 它对象的运行；双极I/O完全独立设计，关闭另 一极I/O不会影响本极控制系统的运行。
• 采用标准总线CAN和TDM。通讯介质采用光纤， 提高系统抗干扰能力。CAN总线用于信号量及 控制命令的传输，TDM总线用于电压和电流信 号的传输。
➢ 直流滤波器保护RCS-976D采用 独立装置实现
➢ 启动+保护动作出口的防误逻辑 ➢ 完全双重化保护配置
直流系统保护
➢ 交流滤波器保护构成
➢ 每一台交流滤波器保护RCS－976A采 用独立装置实现，方便运行维护
➢ 启动+保护动作出口的防误逻辑 ➢ 完全双重化保护配置
交、直流站控系统
➢ 交、直流站控系统，负责执行交/直流设备的投切、 起停、运行方式转换、状态监视、测量等功能。
直流系统保护
直流系统保护
➢ 配置原则---采用完全双重化的保护配置方案
– 每一套保护具有全部的保护功能。每一套保护的测 量回路、电源回路、出口跳闸回路及通信接口回路 均按完全独立的原则设计,并采取措施保证单一元件 故障不会造成保护误动。
– 任一套保护动作可以出口，确保安全性。 – 采取这样的配置方案每套保护的防误不依赖于它套
➢ 极控系统的控制性能将直接决定直流系统的各种 响应特性以及功率/电流稳定性。
直流控制（极控）系统
直流控制（极控）系统
➢ 极控制系统主要包括:
每个极的极控系统主机 分布式现场总线 分布式I/O等设备
直流控制（极控）系统
➢ PCP控制主机：
– 完成对换流站内换流器、换流变压器、直流场 设备等的控制和监视功能。收集极控系统范围 内的“事件”并上传送入运行人员控制系统。
Manual orders to sequences
SSQ
SWC
TCC
Id
Ud
CFC
CPG
VC
Alpha order Block/deblock
OLT BSQ
Switch orders
PROT. block/deblock
Ud
Protections
Firing pulses
Step orders
Switch orders Switch orders
10 +1B10
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通讯
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一台主机内
15 +1B15
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通讯
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➢ 控制、保护主机模拟量采集I/O
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主机一
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独立，共享部分状态采集I/O
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主机二
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➢ 启动+保护动作出口的防误逻辑，37 38 +1B37 39
– 在每套系统上均配置了显示器和键盘，可完成 就地的监视和就地控制功能。
直流控制（极控）系统
– 包括：
➢ 换流器触发控制；换流变压器分接头控制； 极功率控制；无功功率控制；直流顺序控制、 连锁；直流调制；过负荷控制；空载加压试 验控制；·······
➢ 系统监视 ➢ 与分散I/O的通信 ➢ 与阀控制单元的通信 ➢ SCADA接口 ➢ 极间通信 ➢ 站间通信
气故障的损害。
直流控制保护系统概况
➢ 直流输电的过程依赖于控制保护系统，这点与交 流输电技术存在显著不同。
– 直流输电是建立在阀导通和截止控制上的一种电能 传输方式。直流输电的控制系统运行从不间断，这 与交流系统二次部分只在运行状态改变或故障时起 作用是不同的。
直流控制保护系统概况
➢ 直流输电要求控制保护系统完成以下功能：
运行人员控制系统
➢ 运行人员控制系统是换流站正常运行时运行人员 的主人机界面和监控数据存储系统。
➢ 运行人员控制系统包括：站LAN网、运行人员工 作站、工程师工作站、站长工作站、服务器、网 络打印机、规约转换工作站或规约转换器（实现 与辅助系统的接口）等。
运行人员控制系统
运行人员控制系统
➢ 设计原则
5. 与远方控制中心的接口子系统
包括：远动系统，用于与网调、省调、直流集控中心等交换直流换流 站的监控数据并执行远方调度命令，由远动工作站、远动通讯设备等 组成。
直流控制保护系统构成
➢ 典型系统解决方案:
直流控制（极控）系统
➢ 极控系统是整个换流站控制系统的核心，主要功 能是通过对整流侧和逆变侧触发角的调节，实现 系统要求的输送功率或输送电流。
直流控制（极控）系统
➢ 现场总线：
– 完成I/O与控制主机之间的数据传输。 – 总线采用标准CAN和TDM总线，通讯介质采用
光纤。
直流控制（极控）系统
➢ I/O系统
完成极控系统所需要的各种模拟量和状态量的采 集，完成与交/直流场一次设备、水冷却系统、阀 基电子设备及其它二次子系统间的接口。主要包 括： – DFT：直流场接口 – BFT：双极部分接口 – TMI/TSI：换流变接口 – RSI：平抗接口 – CCP：水冷接口 – VCU：阀控接口
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通讯接口
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28
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35 +2B34
端子排
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端子排
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正面视图 (安装平面 B)
NR
=P1.PCP+3 极1极控柜三
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5 +3B5
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通讯
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10 +3B10
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通讯
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通讯
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➢ 一体化设计：ＳＣＡＤＡ系统与控制保护系统一体化设计。 ➢ 开放性:选用通用的、标准化的软硬件产品；系统采用开
端子排
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保护系统不切换
➢ 完全双重化保护配置
正面视图 (安装平面 B)
NR
=P1.PCP+2 极1极控柜二
1
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5
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MODEM 1
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12 Ɵ
MODEM 2
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RCS-9519A
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+2B22
RCS-9519B
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Id
Ud
VARC
Ramp permit Start/stop order
TCOM
The other station
OLL RSQ
TCOM
The other pole
RFO
MSQ
Manual orders to sequences
Current order
SEQ. block/deblock
AC-Filter switch orders Voltage and angle ref.
直流控制保护系统概况
➢ 控制位置要求：
– 远方调度中心、集控中心 – 换流站主控室 – 控制系统就地 – 设备就地
➢ 控制位置层次关系：
– 分层结构上越低的位置，其控制优先级越高
提纲
一．直流控制保护系统概况 二．直流控制保护系统构成 三．德宝工程控制保护设备配置情况 四．系统特点与主要技术改进 五．直流控制保护系统硬件简介
保护，使设备之间关系简单，易维护，既保证可靠 性，又保证安全性。电缆连接减少，任何一套保护 出现问题进行维护时，仍保留有全部的保护功能。
直流系统保护
➢ 直流保护构成
➢ 控制、保护功能分别由不同的
正面视图 (安装平面 B)
NR
=P1.PCP+1 极1极控柜一
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主机完成
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通讯
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➢ 保护区内所有保护功能集成在