專利名稱：特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對(duì)特高壓直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)方法，具體是指特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
高壓直流輸電系統(tǒng)是將高壓直流輸電的整流站和逆變站合并在一個(gè)換流站內(nèi)，在同一處完成將交流變直流，再由直流變交流的換流過(guò)程，其整流和逆變的結(jié)構(gòu)、交流側(cè)的設(shè)施與高壓直流輸電一樣，可實(shí)現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)，較好地實(shí)現(xiàn)不同交流電壓的電網(wǎng)互聯(lián)，并將兩個(gè)交流同步電網(wǎng)隔離，能有效地隔斷各互聯(lián)的交流同步網(wǎng)間的相互影響，限制短路電流，且聯(lián)絡(luò)線功率控制簡(jiǎn)單，調(diào)度管理方便。換流站的主要設(shè)備有換流閥、換流變壓器、控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、平波電抗器、交流濾波器、直流濾波器、避雷器等等。在換流站內(nèi)直流系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，2/3斷路器接線也稱為一臺(tái)半斷路器接線， 它是兩條線路三臺(tái)斷路器，在每?jī)膳_(tái)斷路器之間接出一條線路，它具有安全性能高的特點(diǎn)。 由于交流系統(tǒng)的某種故障，交流保護(hù)系統(tǒng)跳開了線路，切斷了站內(nèi)直流系統(tǒng)與站外電網(wǎng)的全部聯(lián)系。此時(shí)，站內(nèi)直流系統(tǒng)中的電能無(wú)法傳送到站外電網(wǎng)上，換流器的電流將全部流入換流站內(nèi)的濾波器等無(wú)功補(bǔ)償裝置，使站內(nèi)交流側(cè)及其它部分的電壓異常升高，交流母線電壓最高可達(dá)正常運(yùn)行電壓的數(shù)倍。這時(shí)，直流線路上的電壓將隨著交流電網(wǎng)電壓的升高而成比例增大，可能破壞換流器的換相過(guò)程，從而使交流母線的電壓進(jìn)一步升高。而且短時(shí)過(guò)電壓常常伴隨著嚴(yán)重的波形畸變，會(huì)危及換流站中的設(shè)備絕緣。目前，國(guó)內(nèi)外直流系統(tǒng)換流站保護(hù)系統(tǒng)中，對(duì)最后斷路器和最后線路保護(hù)主要有兩種實(shí)現(xiàn)方案，一種是通過(guò)繼電器回路搭接形成保護(hù)出口方案，這種方案回路復(fù)雜，接線繁瑣，元件眾多；另一種是通過(guò)軟件中的跳閘矩陣形成保護(hù)出口方案，這種方案主要依賴于軟件的運(yùn)行情況，容易產(chǎn)生故障誤動(dòng)。隨著我國(guó)電力工業(yè)快速發(fā)展，特高壓直流輸電正在成為我國(guó)電力輸送重要部分， 特別是隨著西電東送的穩(wěn)步推進(jìn)，我國(guó)直流輸電正朝著特高壓、大容量的方向發(fā)展。為適應(yīng)特高壓直流輸電工程中最后斷路器和最后線路的，急需設(shè)計(jì)出一種特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法的實(shí)現(xiàn)方案，滿足現(xiàn)代特高壓直流輸電工程的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述缺陷而提供一種能夠優(yōu)化整個(gè)換流站回路結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)閉鎖線路重合閘功能從而保證特高壓直流設(shè)備安全的特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，其特征在于交流站控系統(tǒng)通過(guò)換流站內(nèi)二次系統(tǒng)，采集交流場(chǎng)3/2接線中所有斷路器的信號(hào)，根據(jù)斷路器的分合狀態(tài)來(lái)判斷最后斷路器和最后線路，當(dāng)發(fā)現(xiàn)最后斷路器和最后線路狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)閥組閉鎖跳閘功能，斷開整
3個(gè)直流系統(tǒng)線路。進(jìn)一步地，所述的最后斷路器的判斷方法為在連接換流變壓器的交流場(chǎng)串中，當(dāng)交流站控系統(tǒng)檢測(cè)出換流變只通過(guò)本串中該斷路器與交流母線連接，且此斷路器跳開，對(duì)應(yīng)的換流閥組立即斷開與交流系統(tǒng)的聯(lián)系時(shí)，則交流站控系統(tǒng)就判斷此斷路器為最后斷路
ο進(jìn)一步地，所述的最后線路判斷步驟為在交流3/2接線母線系統(tǒng)中，交流站控系統(tǒng)檢測(cè)出站內(nèi)的一條線路斷開后導(dǎo)致整條母線失電時(shí)，此線路所連接的站內(nèi)母線失去與站外電網(wǎng)的聯(lián)系，則交流站控屏判斷此線路為最后線路。 進(jìn)一步地，所述的交流就地接口屏接收到交流站控系統(tǒng)的最后線路或最后斷路器判斷信息后，開出相應(yīng)的接點(diǎn)信號(hào)，與斷路器總跳間回路接點(diǎn)串聯(lián)，構(gòu)成最后線路或最后斷路器的判別回路。在上述技術(shù)方案中，所述的形成閥組閉鎖跳閘命令的具體步驟為(一 )、交流站控系統(tǒng)判斷出最后斷路器，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線向交流就地接口屏發(fā)出最后斷路器的判斷信息，交流就地接口屏控制裝置在接受到信息后，發(fā)出最后斷路器接點(diǎn)信號(hào)；( 二)、當(dāng)最后斷路器收到外部的跳閘命令時(shí)，斷路器保護(hù)屏中設(shè)置的總跳閘繼電器動(dòng)作，發(fā)出總跳閘繼電器接點(diǎn)信號(hào)；(三)、將交流就地接口屏開出的最后斷路器接點(diǎn)和斷路器保護(hù)屏開出的總跳閘繼電器接點(diǎn)串聯(lián)，輸出的信號(hào)發(fā)出至保護(hù)接口屏，形成跳閘命令。進(jìn)一步地，所述的斷開整個(gè)直流系統(tǒng)線路的方法為當(dāng)保護(hù)接口屏接收到跳閘命令時(shí)，發(fā)出信號(hào)至閥組控制屏，啟動(dòng)直流控制系統(tǒng)的ESOF即緊急停級(jí)命令，閉鎖直流系統(tǒng)。進(jìn)一步地，所述的最后線路確定后，該最后線路連接的斷路器收到外部的跳閘命令時(shí)，斷路器保護(hù)屏中設(shè)置的總跳閘繼電器動(dòng)作，發(fā)出總跳閘繼電器接點(diǎn)信號(hào)。進(jìn)一步地，所述的斷路器保護(hù)屏中設(shè)置有雙套判斷斷路器動(dòng)作的總跳閘繼電器。進(jìn)一步地，所述的總跳閘繼電器由繼電器操作箱內(nèi)的分相跳閘繼電器和三相跳閘繼電器啟動(dòng)。在上述技術(shù)方案中，所述的每套總跳閘繼電器至少設(shè)置有八副接點(diǎn)，其中四副接點(diǎn)與交流就地接口屏判別最后斷路器的接點(diǎn)串接，以分別啟動(dòng)站內(nèi)四個(gè)閥組的一套跳閘系統(tǒng)，另四副接點(diǎn)與同一線路連接的相鄰斷路器的四副接點(diǎn)分別串接，再與交流就地接口屏判別的最后線路接點(diǎn)串接，以分別啟動(dòng)站內(nèi)四閥組的一套跳閘系統(tǒng)。采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明的具有以下優(yōu)點(diǎn)本技術(shù)與常規(guī)的特高壓直流輸電工程相比，增加了兩個(gè)閥組系統(tǒng)的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了閉鎖線路重合閘的功能，克服了現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、過(guò)多依賴軟件性能的缺陷，優(yōu)化了回路結(jié)構(gòu)，保證了特高壓直流設(shè)備的安全，并且較多地采用硬件電路和器件完成整個(gè)特高壓直流輸電換流站保護(hù)方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、減少了整個(gè)系統(tǒng)中的軟件所起到的作用，減少了軟件性能缺陷引起的誤差，滿足特高壓直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)要求。


圖1為本發(fā)明特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法的流程圖2為本發(fā)明中最后斷路器保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)框圖；圖3為本發(fā)明中最后線路保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)框圖；圖4為本發(fā)明斷路器保護(hù)屏回路圖；圖5為本發(fā)明交流就地接口屏與斷路器保護(hù)屏之間連接方式一；圖6為本發(fā)明交流就地接口屏與斷路器保護(hù)屏之間連接方式二 ；圖7為本發(fā)明斷路器保護(hù)屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖； 圖8為本發(fā)明保護(hù)接口屏與閥組控制屏回路圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述參照?qǐng)D1所示的高壓直流輸電換流站保護(hù)方法的流程圖，具體操作步驟為，交流站控系統(tǒng)通過(guò)換流站內(nèi)二次系統(tǒng)，采集交流場(chǎng)3/2接線中所有斷路器的信號(hào)，根據(jù)斷路器的分合狀態(tài)來(lái)判斷最后斷路器和最后線路，當(dāng)出現(xiàn)最后斷路器和最后線路狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)閥組閉鎖跳閘功能，斷開整個(gè)直流系統(tǒng)線路。參照?qǐng)D2和圖4，在連接換流變壓器的交流場(chǎng)串中，當(dāng)交流站控系統(tǒng)檢測(cè)出換流變只通過(guò)本串中該斷路器與交流母線連接，交流站控屏即判斷此斷路器為最后斷路器；交流站控屏向交流就地接口屏發(fā)出最后斷路器的判斷邏輯，交流就地接口屏開出相應(yīng)的接點(diǎn)信號(hào)，作為啟動(dòng)直流系統(tǒng)緊急停機(jī)的條件之一。斷路器保護(hù)屏中設(shè)置總跳閘繼電器，當(dāng)該斷路器收到跳閘命令時(shí)，總跳閘繼電器動(dòng)作，并開出相應(yīng)的接點(diǎn)信號(hào)，作為啟動(dòng)直流系統(tǒng)緊急停機(jī)的條件之二。上述兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，表示直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)唯一相連的斷路器即將斷開，即直流系統(tǒng)即將與交流系統(tǒng)斷開。此時(shí)，將交流站控屏開出的最后斷路器的接點(diǎn)和斷路器保護(hù)屏中的總跳閘繼電器接點(diǎn)串聯(lián)，向保護(hù)接口屏發(fā)出跳閘命令，當(dāng)上述兩個(gè)接點(diǎn)都動(dòng)作時(shí)，此命令生效。保護(hù)接口屏是直流控制保護(hù)系統(tǒng)與交流保護(hù)系統(tǒng)之間的接口。保護(hù)接口屏接收到跳閘命令時(shí)，發(fā)出信號(hào)至閥組控制屏，啟動(dòng)緊急停極命令。由于直流控制系統(tǒng)緊急停極命令的速度要比斷路器自身跳閘動(dòng)作速度快，即可以實(shí)現(xiàn)在交流斷路器完全跳開時(shí)直流系統(tǒng)已停。即在直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)斷開前，閉鎖直流系統(tǒng)，使直流系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)榻涣髫?fù)荷的忽然斷開造成換流站內(nèi)電壓過(guò)高，保護(hù)了換流站中的設(shè)備不受損壞。如圖3所示，由交流站控屏判斷出某一條線路是最后線路最后線路的判斷針對(duì)母線系統(tǒng)進(jìn)行判斷，判斷邏輯考慮所有交流線路。對(duì)于站內(nèi)線路，當(dāng)某一線路滿足該線路斷開后造成整個(gè)母線系統(tǒng)失電的條件時(shí)，交流站控屏即判斷此線路為最后線路。交流站控屏向交流就地接口屏發(fā)出最后線路的判斷邏輯，交流就地接口屏開出相應(yīng)的接點(diǎn)信號(hào)，作為啟動(dòng)直流系統(tǒng)緊急停機(jī)的條件之一。如圖4所示，斷路器保護(hù)屏中設(shè)置總跳閘繼電器，當(dāng)該斷路器收到跳閘命令時(shí)，總跳閘繼電器動(dòng)作，并開出相應(yīng)的接點(diǎn)信號(hào)。將某一條線路對(duì)應(yīng)的兩臺(tái)斷路器的總跳閘繼電器串聯(lián)，作為啟動(dòng)直流系統(tǒng)緊急停機(jī)的條件之二。上述兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，表示直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)唯一相連的線路即將斷開，即直流系統(tǒng)即將與交流系統(tǒng)斷開。將交流站控屏開出的最后線路的接點(diǎn)和該線路的兩臺(tái)斷路器的斷路器保護(hù)屏中的總跳閘繼電器接點(diǎn)串聯(lián)，向保護(hù)接口屏發(fā)出跳閘命令。當(dāng)上述三個(gè)接點(diǎn)都動(dòng)作時(shí)，此命令生效；保護(hù)接口屏接收到跳閘命令時(shí)，發(fā)出信號(hào)至閥組控制屏，啟動(dòng)緊急停極命令；交流就地接口屏同時(shí)開出最后線路的判斷接點(diǎn)，送至線路保護(hù)屏，閉鎖線路重合閘功能。如圖4所示，在換流站內(nèi)每個(gè)斷路器保護(hù)屏內(nèi)增加了一個(gè)繼電器箱，用于實(shí)現(xiàn)斷路器跳閘總出口的功能?？偺l繼電器MT為雙套配置，由操作箱內(nèi)的分相跳閘繼電器 (TJA、TJA、TJB、TJB、TJC、TJC)和三相跳閘繼電器(TJR.TJQ)啟動(dòng)。跳閘繼電器MT，以判斷斷路器的動(dòng)作。每個(gè)繼電器至少應(yīng)有八副接點(diǎn)。如圖5所示，每一套總出口繼電器MT的四副接點(diǎn)與交流就地接口屏判別最后斷路器的接點(diǎn)串接，以分別啟動(dòng)站內(nèi)四個(gè)閥組的一套跳間系統(tǒng)，即跳間系統(tǒng)為雙套，另四副接點(diǎn)與同一線路連接的相鄰斷路器的四副接點(diǎn)分別串接，再與交流就地接口屏判別的最后線路接點(diǎn)串接以分別啟動(dòng)站內(nèi)四個(gè)閥組的一套跳閘系統(tǒng)。如圖6所示，交流就地接口屏同時(shí)開出最后線路的判斷接點(diǎn)，送至線路保護(hù)屏，閉鎖線路重合閘功能。這是由于當(dāng)本條線路為最后一條線路后，此時(shí)線路故障跳開線路兩邊的斷路器后，此時(shí)已通過(guò)最后線路/最后斷路器保護(hù)回路啟動(dòng)了緊急停機(jī)功能，如果此時(shí)本條線路重合，則會(huì)對(duì)換流設(shè)備造成沖擊，破壞設(shè)備的安全性。如圖7所示，將每個(gè)斷路器保護(hù)屏引出的ESOF極1閥組1系統(tǒng)1 (ES0F_P1G1_ SYS1)、ES0F 極 1 閥組 1 系統(tǒng) 2 (ES0F_P1G1_SYS2)、ES0F 極 1 閥組 2 系統(tǒng) 1 (ES0F_P1G2_SYS1)、 ESOF極1閥組2系統(tǒng)2 (ES0F_P1G2_SYS2)這四個(gè)信號(hào)分別并聯(lián)在一起，送至極1保護(hù)接口屏內(nèi)。將每個(gè)斷路器保護(hù)屏引出的ESOF極2閥組1系統(tǒng)1 (ES0F_P2G1_SYS1) ,ESOF極2 閥組 1 系統(tǒng) 2 (ES0F_P2G1_SYS2) ,ESOF 極 2 閥組 2 系統(tǒng) 1 (ES0F_P2G2_SYS1) ,ESOF 極 2 閥組 2系統(tǒng)2(ES0F_P2G2_SYS2)這四個(gè)信號(hào)分別并聯(lián)在一起，送至極2保護(hù)接口屏內(nèi)。如圖8所示，保護(hù)接口屏是直流控制保護(hù)系統(tǒng)與交流保護(hù)系統(tǒng)之間的接口點(diǎn)。保護(hù)接口屏接收到最后線路或最后斷路器的判斷后，發(fā)出信號(hào)至直流控制系統(tǒng)中，直流控制系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)緊急停極ESOF的指令。最后每個(gè)斷路器單元的最后斷路器和最后線路回路均并聯(lián)在緊急停機(jī)ESOF跳閘回路上，實(shí)現(xiàn)完整的最后斷路器/最后線路保護(hù)系統(tǒng)。與現(xiàn)有的直流輸電工程相比，特高壓直流輸電工程中最后斷路器和最后線路保護(hù)增加了兩個(gè)閥組系統(tǒng)的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了閉鎖線路重合閘硬件實(shí)現(xiàn)功能，優(yōu)化了回路結(jié)構(gòu)，保證了特高壓直流設(shè)備的安全。
權(quán)利要求
1.一種特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，其特征在于交流站控系統(tǒng)通過(guò)換流站內(nèi)二次系統(tǒng)，采集交流場(chǎng)3/2接線中所有斷路器的信號(hào)，根據(jù)斷路器的分合狀態(tài)來(lái)判斷最后斷路器和最后線路，當(dāng)發(fā)現(xiàn)最后斷路器和最后線路狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)閥組閉鎖跳閘功能，斷開整個(gè)直流系統(tǒng)線路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，其特征在于，所述的最后斷路器的判斷方法為在連接換流變壓器的交流場(chǎng)串中，當(dāng)交流站控系統(tǒng)檢測(cè)出換流變只通過(guò)本串中該斷路器與交流母線連接，且此斷路器跳開，對(duì)應(yīng)的換流閥組立即斷開與交流系統(tǒng)的聯(lián)系時(shí)，則交流站控系統(tǒng)就判斷此斷路器為最后斷路器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，其特征在于，所述的最后線路判斷步驟為在交流3/2接線母線系統(tǒng)中，交流站控系統(tǒng)檢測(cè)出站內(nèi)的一條線路斷開后導(dǎo)致整條母線失電時(shí)，此線路所連接的站內(nèi)母線失去與站外電網(wǎng)的聯(lián)系，則交流站控屏判斷此線路為最后線路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，其特征在于所述的交流就地接口屏接收到交流站控系統(tǒng)的最后線路或最后斷路器判斷信息后，開出相應(yīng)的接點(diǎn)信號(hào)，與斷路器總跳閘回路接點(diǎn)串聯(lián)，構(gòu)成最后線路或最后斷路器的判別回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，其特征在于，所述的形成閥組閉鎖跳閘命令的具體步驟為(一)、交流站控系統(tǒng)判斷出最后斷路器，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線向交流就地接口屏發(fā)出最后斷路器的判斷信息，交流就地接口屏控制裝置在接受到信息后，發(fā)出最后斷路器接點(diǎn)信號(hào)；(二)、當(dāng)最后斷路器收到外部的跳閘命令時(shí)，斷路器保護(hù)屏中設(shè)置的總跳閘繼電器動(dòng)作，發(fā)出總跳閘繼電器接點(diǎn)信號(hào)；(三)、將交流就地接口屏開出的最后斷路器接點(diǎn)和斷路器保護(hù)屏開出的總跳閘繼電器接點(diǎn)串聯(lián)，輸出的信號(hào)發(fā)出至保護(hù)接口屏，形成跳間命令。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，其特征在于，所述的斷開整個(gè)直流系統(tǒng)線路的方法為當(dāng)保護(hù)接口屏接收到跳閘命令時(shí)，發(fā)出信號(hào)至閥組控制屏，啟動(dòng)直流控制系統(tǒng)的ESOF即緊急停級(jí)命令，閉鎖直流系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，其特征在于，所述的最后線路確定后，該最后線路連接的斷路器收到外部的跳閘命令時(shí)，斷路器保護(hù)屏中設(shè)置的總跳閘繼電器動(dòng)作，發(fā)出總跳閘繼電器接點(diǎn)信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，其特征在于所述的斷路器保護(hù)屏中設(shè)置有雙套判斷斷路器動(dòng)作的總跳閘繼電器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，其特征在于所述的總跳閘繼電器由繼電器操作箱內(nèi)的分相跳閘繼電器和三相跳閘繼電器啟動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，其特征在于所述的每套總跳閘繼電器至少設(shè)置有八副接點(diǎn)，其中四副接點(diǎn)與交流就地接口屏判別最后斷路器的接點(diǎn)串接，以分別啟動(dòng)站內(nèi)四個(gè)閥組的一套跳閘系統(tǒng)，另四副接點(diǎn)與同一線路連接的相鄰斷路器的四副接點(diǎn)分別串接，再與交流就地接口屏判別的最后線路接點(diǎn)串接，以分別啟動(dòng)站內(nèi)四閥組的一套跳閘系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種特高壓直流輸電換流站保護(hù)方法，具體操作步驟為，交流站控系統(tǒng)通過(guò)換流站內(nèi)二次系統(tǒng)，采集交流場(chǎng)3/2接線中所有斷路器的信號(hào)，根據(jù)斷路器的分合狀態(tài)來(lái)判斷最后斷路器和最后線路，當(dāng)出現(xiàn)最后斷路器和最后線路狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)閥組閉鎖跳閘功能，斷開整個(gè)直流系統(tǒng)線路。本發(fā)明輸電換流站保護(hù)方法克服了現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、過(guò)多依賴軟件性能的缺陷，優(yōu)化了回路結(jié)構(gòu)，保證了特高壓直流設(shè)備的安全。
文檔編號(hào)H02H7/00GK102185278SQ201110111880
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者劉宣宣, 向長(zhǎng)征, 張巧玲, 楊明, 肖異, 鄒榮盛 申請(qǐng)人:中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院