專利名稱：一種fcl裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于供電或配電裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種用于FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國用電負(fù)荷的持續(xù)增長，裝機(jī)容量劇增，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷加強(qiáng)，部分負(fù)荷中心電網(wǎng)短路電流超標(biāo)問題日益嚴(yán)重，危及電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，已經(jīng)成為大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行所關(guān)注的主要問題之一。為了保持穩(wěn)定輸電，快速短路故障保護(hù)是非常重要的。一般的機(jī)械斷路器切斷短路電流需要兩個(gè)或更多的周波，包括繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，而與斷路器一起使用的快速電流限制裝置能縮短故障保護(hù)時(shí)間?，F(xiàn)有的故障電流限制器(Fault Current Limiter, FCL)原理如圖1所示,其主要由電抗器L、電容器C及快速旁路開關(guān)K (可采用如晶閘管、火花間隙、快速機(jī)械開關(guān)等類型的開關(guān)或其組合)組成。其中，電抗器L的工頻感抗與電容器C的容抗大小相同。正常工作條件下，開關(guān)K處于打開狀態(tài)(對(duì)應(yīng)于晶閘管處于阻斷狀態(tài))，電容C和電感L處于工頻串聯(lián)諧振狀態(tài)，總的阻抗為零。當(dāng)檢測(cè)到故障后，開關(guān)K迅速閉合(對(duì)應(yīng)于晶閘管快速導(dǎo)通)，電容被旁路，相當(dāng)于在線路中接入電感L從而起到限流作用。一個(gè)投入實(shí)際使用的FCL裝置如圖2所示。其主要組件及功能如下(I)限流電抗器(FL)，在短路期間起到限流作用；(2)電容器組(C1、C2、C3、C4)，在正常工作條件下補(bǔ)償短路限流器感抗；系統(tǒng)短路期間被快速旁路；(3)晶閘管閥，這是旁路電容器的首要措施。當(dāng)發(fā)生短路故障后會(huì)快速導(dǎo)通，旁路掉電容器組，使電抗器起到限流作用；(4)可控火花間隙(GAP)，是電容器組的過電壓保護(hù)裝置。短路故障情況下，如果晶閘管導(dǎo)通失敗電容器組電壓迅速上升到危及電容器安全的水平，則火花間隙便能夠迅速動(dòng)作；(5)旁路斷路器(BCB)，在幾十毫秒的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)電容器的可靠短接，也為電容器組投入、退出操作提供手段；(6)金屬氧化物壓敏電阻(MOVL、MOVl、M0V2)，是電容器組過電壓保護(hù)的必要措施
之一 O(7)阻尼回路(DL、DR、DG)，限制并阻尼放電電流，確保電容器組、晶閘管閥、火花間隙、旁路斷路器的安全運(yùn)行；(8)旁路刀閘及隔離刀閘(MBS、DS1、DS2)，為系統(tǒng)操作及檢修提供手段。由于上述各設(shè)備、開關(guān)及其標(biāo)號(hào)均為業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，故其具體工作原理和設(shè)備結(jié)構(gòu)在此不再敘述。
正常運(yùn)行時(shí)，電抗器FL和電容器組(Cl，C2，C3，C4)形成串聯(lián)諧振，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行沒有影響。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，流過LC諧振回路的電流超過設(shè)定值(線路過電流保護(hù)動(dòng)作)，或電流超過一定值且電流上升速率大于設(shè)定值時(shí)(線路電流斜率保護(hù)動(dòng)作)，F(xiàn)CL控制保護(hù)系統(tǒng)判斷為系統(tǒng)發(fā)生故障，發(fā)出命令觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，同時(shí)發(fā)出命令觸發(fā)火花間歇(GAP)以及合上旁路斷路器(BCB);其后果即是將電容器組短路，F(xiàn)CL對(duì)外呈現(xiàn)純電抗特性，起到限制電流的作用。FCL裝置配備了兩套功能相同、獨(dú)立運(yùn)行、互為備用的基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷目刂票Ｗo(hù)系統(tǒng)。這兩套控制保護(hù)系統(tǒng)分別安裝在獨(dú)立的屏柜中，檢修時(shí)互不影響。在實(shí)際試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的整個(gè)FCL控制保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作過程符合設(shè)計(jì)要求，但其中存在一些不足，例如，長時(shí)間線路參數(shù)非對(duì)稱方式運(yùn)行易對(duì)系統(tǒng)造成不良影響，晶閘管閥自觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作的判據(jù)有誤，引起相應(yīng)保護(hù)的“誤動(dòng)作”等，影響了整個(gè)裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化方法，其針對(duì)線路電氣結(jié)構(gòu)的具體情況，對(duì)整個(gè)裝置的控制策略進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，通過對(duì)晶閘管及GAP的分相觸發(fā)，避免長時(shí)間線路參數(shù)非對(duì)稱方式運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)造成不良影響，調(diào)整饋線出口斷路器的重合閘投入條件，避免再次重合閘對(duì)FCL設(shè)備造成損傷，提高了整套裝置的安全可靠性。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化方法，包括當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，流過LC諧振回路的電流超過第一線路電流監(jiān)視告警值，或電流超過第二線路電流監(jiān)視告警值且電流上升速率大于斜率設(shè)定值時(shí)，F(xiàn)CL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出命令觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，同時(shí)發(fā)出命令觸發(fā)火花間歇GAP以及合上旁路斷路器BCB ;將電容器組短路，F(xiàn)CL裝置對(duì)外呈現(xiàn)純電抗特性，起到限制電流的作用，其特征是所述FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的控制策略按下列內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化1-1、分相判斷線路故障情況，并分相觸發(fā)晶閘管及可控火花間隙GAP ；1-2、對(duì)旁路斷路器BCB的合閘命令為三相同時(shí)進(jìn)行；1_3、FCL裝置設(shè)備投運(yùn)時(shí)，停用其饋線出口斷路器的線路重合閘功能；1-4、當(dāng)FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)中的線路電流監(jiān)視功能用于當(dāng)線路空充或低負(fù)荷時(shí)，先將旁路斷路器閉鎖至合閘位置，待線路潮流上升后再斷開旁路斷路器，利用線路潮流滿足晶閘管觸發(fā)取能條件，從而保證線路故障時(shí)晶閘管首先觸發(fā)導(dǎo)通。進(jìn)一步的，所述的控制策略優(yōu)化還包括當(dāng)線路充電時(shí)，F(xiàn)CL裝置以諧振方式投入。進(jìn)一步的，所述的控制策略優(yōu)化還包括在晶閘管或GAP單相旁路電容器直至旁路斷路器三相合上期間，線路參數(shù)處于非對(duì)稱方式，盡可能縮短該方式下的運(yùn)行時(shí)間，以避免線路方向零流保護(hù)誤動(dòng)。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1. FCL裝置采用“分相判斷線路故障情況，并分相觸發(fā)晶閘管及GAP，但是旁路斷路器合閘命令為三相同時(shí)”的控制方式，可避免長時(shí)間線路參數(shù)非對(duì)稱方式運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)造成不良影響，且可避免晶閘管及GAP的不可靠觸發(fā)導(dǎo)通；2.待線路潮流上升后再斷開旁路斷路器，利用線路潮流滿足晶閘管觸發(fā)取能條件，從而保證線路故障時(shí)晶閘管首先觸發(fā)導(dǎo)通；3. FCL裝置投運(yùn)時(shí)，停用其所在饋線出口斷路器的“線路重合閘”功能，可避免如果FCL裝置設(shè)備內(nèi)部發(fā)生故障，線路保護(hù)動(dòng)作后的再次重合對(duì)FCL設(shè)備造成損傷。


圖1是FCL工作原理示意圖；圖2是FCL裝置的電氣結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為調(diào)整和優(yōu)化后的控制策略。圖中FL為限流電抗器，(1、02、03、(4為電容器，64 為可控火花間隙，BCB為旁路斷路器，MOVL、MOV1、M0V2為金屬氧化物壓敏電阻，DL、DR、DG為阻尼回路，MBS為旁路刀閘，DSl為進(jìn)口端隔離刀閘，DS2為出口端隔離刀閘，ESl為進(jìn)口端接地刀閘，ES2為出口端接地刀閘。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖1中，F(xiàn)CL裝置主要由電抗器L、電容器C及快速旁路開關(guān)K組成。其中，電抗器L的工頻感抗與電容器C的容抗大小相同。正常工作條件下，開關(guān)K處于打開狀態(tài)(相當(dāng)于晶閘管處于阻斷狀態(tài))，電容C和電感L處于工頻串聯(lián)諧振狀態(tài)，總的阻抗為零。當(dāng)檢測(cè)到故障后，開關(guān)K迅速閉合(相當(dāng)于晶閘管快速導(dǎo)通)，電容被旁路，相當(dāng)于在線路中接入電感L從而起到限流作用。圖2中，正常運(yùn)行時(shí)，電抗器FL和電容器組(Cl，C2, C3, C4)形成串聯(lián)諧振，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行沒有影響。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，流過LC諧振回路的電流超過設(shè)定值(線路過電流保護(hù)動(dòng)作)，或電流超過一定值且電流上升速率大于設(shè)定值時(shí)(線路電流斜率保護(hù)動(dòng)作)，F(xiàn)CL控制保護(hù)系統(tǒng)判斷為系統(tǒng)發(fā)生故障，發(fā)出命令觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，同時(shí)發(fā)出命令觸發(fā)火花間歇(GAP)以及合上旁路斷路器(BCB)。其后果即是將電容器組短路，F(xiàn)CL對(duì)外呈現(xiàn)純電抗特性，起到限制電流的作用。其中，晶閘管閥導(dǎo)通時(shí)間小于1. 5毫秒，GAP時(shí)間略長，在2毫秒左右，旁路斷路器時(shí)間小于30毫秒。其時(shí)間配合是一般情況下要求晶閘管首先動(dòng)作，其動(dòng)作速度快，但是不能長時(shí)間承受大電流，晶閘管觸發(fā)后30毫秒內(nèi)旁路斷路器合上，電流從斷路器被旁路。其中的晶閘管由正反兩個(gè)反并聯(lián)的閥元件組成，保證在電流正向及反向情況下都能提供導(dǎo)通通道。GAP由可控和不可控兩個(gè)間隙串聯(lián)而成，GAP接受控制系統(tǒng)信號(hào)，經(jīng)過一個(gè)脈沖變壓器主動(dòng)將可控間隙擊穿，造成整個(gè)GAP擊穿電壓下降，帶動(dòng)主間隙擊穿，完成GAP可控?fù)舸┑墓δ堋AP擊穿要求兩端有一定電壓，因此如果晶閘管導(dǎo)通(或旁路斷路器合上)，串聯(lián)電容器兩端電壓降低，則GAP不會(huì)動(dòng)作。圖中的DL、DG、DR、TL等元件組成的是阻尼回路，防止在串聯(lián)電容器旁路過程中向晶閘管或GAP釋放瞬時(shí)大電流而損壞設(shè)備。
MOVL則是起到保護(hù)電抗器的作用，如在雷電波入侵或操作過程中在電抗器兩端產(chǎn)生過電壓時(shí)。其余閘刀則是起到隔離設(shè)備及旁路設(shè)備保證線路正常運(yùn)行的作用。圖3中，本發(fā)明提供了一種FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化方法，包括當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，流過LC諧振回路的電流超過第一線路電流監(jiān)視告警值，或電流超過第二線路電流監(jiān)視告警值且電流上升速率大于斜率設(shè)定值時(shí)，F(xiàn)CL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出命令觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，同時(shí)發(fā)出命令觸發(fā)火花間歇GAP以及合上旁路斷路器BCB ;將電容器組短路，F(xiàn)CL裝置對(duì)外呈現(xiàn)純電抗特性，起到限制電流的作用，其發(fā)明點(diǎn)在于所述FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的控制策略還按下列內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化1-1、分相判斷線路故障情況，并分相觸發(fā)晶閘管及可控火花間隙GAP ；1-2、對(duì)旁路斷路器BCB的合閘命令為三相同時(shí)進(jìn)行；1_3、FCL裝置設(shè)備投運(yùn)時(shí)，停用其饋線出口斷路器的線路重合閘功能；1-4、當(dāng)FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)中的線路電流監(jiān)視功能用于當(dāng)線路空充或低負(fù)荷時(shí)，先將旁路斷路器閉鎖至合閘位置，待線路潮流上升后再斷開旁路斷路器，利用線路潮流滿足晶閘管觸發(fā)取能條件，從而保證線路故障時(shí)晶閘管首先觸發(fā)導(dǎo)通。進(jìn)一步的，所述的控制策略優(yōu)化還包括當(dāng)線路充電時(shí)，F(xiàn)CL裝置以諧振方式投入。進(jìn)一步的，所述的控制策略優(yōu)化還包括在晶閘管或GAP單相旁路電容器直至旁路斷路器三相合上期間，線路參數(shù)處于非對(duì)稱方式，盡可能縮短該方式下的運(yùn)行時(shí)間，以避免線路方向零流保護(hù)誤動(dòng)。經(jīng)過上述擴(kuò)展和調(diào)整后的FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)控制策略，在XX變電站XX線成功進(jìn)行了 A相人工接地短路試驗(yàn)。在故障發(fā)生期間，F(xiàn)CL裝置正確響應(yīng)，快速將短路電流從10千安成功地降到8千安(8歐姆)，各項(xiàng)參數(shù)性能均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。從展開的記錄圖中可以看到，故障發(fā)生后，在I毫秒時(shí)間內(nèi)，晶閘管閥組導(dǎo)通，抑制了故障電流的升高。安裝FCL裝置后，兩側(cè)變電站過電壓水平滿足要求。設(shè)備測(cè)試與檢查均未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，成套裝置本體狀況良好，可滿足運(yùn)行要求。FCL成套裝置的投運(yùn)，不會(huì)引起工頻電磁場強(qiáng)度水平的明顯提高，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求?，F(xiàn)場投運(yùn)以來，在各種負(fù)荷和氣象環(huán)境下，裝置工作正常，無異常現(xiàn)象。超高壓故障電流限制器可避免對(duì)電網(wǎng)主網(wǎng)架的改變，有效抑制電網(wǎng)短路電流，降低和避免由于短路電流超標(biāo)引起的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整、設(shè)備更換帶來的投資成本，對(duì)XX環(huán)網(wǎng)、XX電網(wǎng)、XX電網(wǎng)等短路電流抑制具有重要的示范作用，同時(shí)也為特高壓與500kV電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展創(chuàng)造了良好條件。本發(fā)明可廣泛用于特高壓、超高壓電網(wǎng)的運(yùn)行、電網(wǎng)調(diào)度與控制領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化方法，包括當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，流過LC諧振回路的電流超過第一線路電流監(jiān)視告警值，或電流超過第二線路電流監(jiān)視告警值且電流上升速率大于斜率設(shè)定值時(shí)，F(xiàn)CL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出命令觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，同時(shí)發(fā)出命令觸發(fā)火花間歇GAP以及合上旁路斷路器BCB，將電容器組短路，F(xiàn)CL裝置對(duì)外呈現(xiàn)純電抗特性，起到限制電流的作用，其特征是所述FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的控制策略按下列內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化 1-1、分相判斷線路故障情況，并分相觸發(fā)晶閘管及可控火花間隙GAP ； 1-2、對(duì)旁路斷路器BCB的合閘命令為三相同時(shí)進(jìn)行； 1-3, FCL裝置設(shè)備投運(yùn)時(shí)，停用其饋線出口斷路器的線路重合閘功能； 1-4、當(dāng)FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)中的線路電流監(jiān)視功能用于當(dāng)線路空充或低負(fù)荷時(shí)，先將旁路斷路器閉鎖至合閘位置，待線路潮流上升后再斷開旁路斷路器，利用線路潮流滿足晶閘管觸發(fā)取能條件，從而保證線路故障時(shí)晶閘管首先觸發(fā)導(dǎo)通。
2.按照權(quán)利要求1所述的FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化方法，其特征是所述的控制策略優(yōu)化還包括當(dāng)線路充電時(shí)，F(xiàn)CL裝置以諧振方式投入。
3.按照權(quán)利要求1所述的FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化方法，其特征是所述的控制策略優(yōu)化還包括在晶閘管或火花間歇GAP單相旁路電容器直至旁路斷路器三相合上期間，線路參數(shù)處于非對(duì)稱方式，盡可能縮短該方式下的運(yùn)行時(shí)間，以避免線路方向零流保護(hù)誤動(dòng)。
全文摘要
一種FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化方法，屬于供電或配電裝置領(lǐng)域。其特征是分相判斷線路故障情況，并分相觸發(fā)晶閘管及可控火花間隙GAP；對(duì)旁路斷路器BCB的合閘命令為三相同時(shí)進(jìn)行；FCL裝置設(shè)備投運(yùn)時(shí)，停用其饋線出口斷路器的線路重合閘功能；當(dāng)FCL裝置控制保護(hù)系統(tǒng)中的線路電流監(jiān)視功能用于當(dāng)線路空充或低負(fù)荷時(shí)，先將旁路斷路器閉鎖至合閘位置，待線路潮流上升后再斷開旁路斷路器，利用線路潮流滿足晶閘管觸發(fā)取能條件，從而保證線路故障時(shí)晶閘管首先觸發(fā)導(dǎo)通。其避免了長時(shí)間線路參數(shù)非對(duì)稱方式運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)造成不良影響，避免再次重合閘對(duì)FCL設(shè)備造成損傷，提高了整套裝置的安全可靠性。可廣泛用于特高壓、超高壓電網(wǎng)的運(yùn)行、電網(wǎng)調(diào)度與控制領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02H9/02GK103036222SQ20121052938
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者鮑偉, 沈冰, 曾平, 周德生 申請(qǐng)人:上海市電力公司, 華東電力試驗(yàn)研究院有限公司, 國家電網(wǎng)公司