特高壓直流輸電換流站保護方法
2023-06-22 03:54:26 2
專利名稱：特高壓直流輸電換流站保護方法
技術領域：
本發明涉及一種針對特高壓直流輸電系統的保護方法，具體是指特高壓直流輸電換流站保護方法。
背景技術：
高壓直流輸電系統是將高壓直流輸電的整流站和逆變站合併在一個換流站內，在同一處完成將交流變直流，再由直流變交流的換流過程，其整流和逆變的結構、交流側的設施與高壓直流輸電一樣，可實現異步聯網，較好地實現不同交流電壓的電網互聯，並將兩個交流同步電網隔離，能有效地隔斷各互聯的交流同步網間的相互影響，限制短路電流，且聯絡線功率控制簡單，調度管理方便。換流站的主要設備有換流閥、換流變壓器、控制調節系統、保護系統、平波電抗器、交流濾波器、直流濾波器、避雷器等等。在換流站內直流系統正常運行過程中，2/3斷路器接線也稱為一臺半斷路器接線， 它是兩條線路三臺斷路器，在每兩臺斷路器之間接出一條線路，它具有安全性能高的特點。 由於交流系統的某種故障，交流保護系統跳開了線路，切斷了站內直流系統與站外電網的全部聯繫。此時，站內直流系統中的電能無法傳送到站外電網上，換流器的電流將全部流入換流站內的濾波器等無功補償裝置，使站內交流側及其它部分的電壓異常升高，交流母線電壓最高可達正常運行電壓的數倍。這時，直流線路上的電壓將隨著交流電網電壓的升高而成比例增大，可能破壞換流器的換相過程，從而使交流母線的電壓進一步升高。而且短時過電壓常常伴隨著嚴重的波形畸變，會危及換流站中的設備絕緣。目前，國內外直流系統換流站保護系統中，對最後斷路器和最後線路保護主要有兩種實現方案，一種是通過繼電器迴路搭接形成保護出口方案，這種方案迴路複雜，接線繁瑣，元件眾多；另一種是通過軟體中的跳閘矩陣形成保護出口方案，這種方案主要依賴於軟體的運行情況，容易產生故障誤動。隨著我國電力工業快速發展，特高壓直流輸電正在成為我國電力輸送重要部分， 特別是隨著西電東送的穩步推進，我國直流輸電正朝著特高壓、大容量的方向發展。為適應特高壓直流輸電工程中最後斷路器和最後線路的，急需設計出一種特高壓直流輸電換流站保護方法的實現方案，滿足現代特高壓直流輸電工程的需要。
發明內容
本發明的目的是克服上述缺陷而提供一種能夠優化整個換流站迴路結構、實現閉鎖線路重合閘功能從而保證特高壓直流設備安全的特高壓直流輸電換流站保護方法，本發明的目的是這樣實現的一種特高壓直流輸電換流站保護方法，其特徵在於交流站控系統通過換流站內二次系統，採集交流場3/2接線中所有斷路器的信號，根據斷路器的分合狀態來判斷最後斷路器和最後線路，當發現最後斷路器和最後線路狀態時，啟動閥組閉鎖跳閘功能，斷開整
3個直流系統線路。進一步地，所述的最後斷路器的判斷方法為在連接換流變壓器的交流場串中，當交流站控系統檢測出換流變只通過本串中該斷路器與交流母線連接，且此斷路器跳開，對應的換流閥組立即斷開與交流系統的聯繫時，則交流站控系統就判斷此斷路器為最後斷路
ο進一步地，所述的最後線路判斷步驟為在交流3/2接線母線系統中，交流站控系統檢測出站內的一條線路斷開後導致整條母線失電時，此線路所連接的站內母線失去與站外電網的聯繫，則交流站控屏判斷此線路為最後線路。 進一步地，所述的交流就地接口屏接收到交流站控系統的最後線路或最後斷路器判斷信息後，開出相應的接點信號，與斷路器總跳間迴路接點串聯，構成最後線路或最後斷路器的判別迴路。在上述技術方案中，所述的形成閥組閉鎖跳閘命令的具體步驟為(一 )、交流站控系統判斷出最後斷路器，通過現場總線向交流就地接口屏發出最後斷路器的判斷信息，交流就地接口屏控制裝置在接受到信息後，發出最後斷路器接點信號；( 二)、當最後斷路器收到外部的跳閘命令時，斷路器保護屏中設置的總跳閘繼電器動作，發出總跳閘繼電器接點信號；(三)、將交流就地接口屏開出的最後斷路器接點和斷路器保護屏開出的總跳閘繼電器接點串聯，輸出的信號發出至保護接口屏，形成跳閘命令。進一步地，所述的斷開整個直流系統線路的方法為當保護接口屏接收到跳閘命令時，發出信號至閥組控制屏，啟動直流控制系統的ESOF即緊急停級命令，閉鎖直流系統。進一步地，所述的最後線路確定後，該最後線路連接的斷路器收到外部的跳閘命令時，斷路器保護屏中設置的總跳閘繼電器動作，發出總跳閘繼電器接點信號。進一步地，所述的斷路器保護屏中設置有雙套判斷斷路器動作的總跳閘繼電器。進一步地，所述的總跳閘繼電器由繼電器操作箱內的分相跳閘繼電器和三相跳閘繼電器啟動。在上述技術方案中，所述的每套總跳閘繼電器至少設置有八副接點，其中四副接點與交流就地接口屏判別最後斷路器的接點串接，以分別啟動站內四個閥組的一套跳閘系統，另四副接點與同一線路連接的相鄰斷路器的四副接點分別串接，再與交流就地接口屏判別的最後線路接點串接，以分別啟動站內四閥組的一套跳閘系統。採用上述技術方案的本發明的具有以下優點本技術與常規的特高壓直流輸電工程相比，增加了兩個閥組系統的保護，實現了閉鎖線路重合閘的功能，克服了現有技術結構複雜、過多依賴軟體性能的缺陷，優化了迴路結構，保證了特高壓直流設備的安全，並且較多地採用硬體電路和器件完成整個特高壓直流輸電換流站保護方案，結構簡單、減少了整個系統中的軟體所起到的作用，減少了軟體性能缺陷引起的誤差，滿足特高壓直流輸電系統的保護要求。
圖1為本發明特高壓直流輸電換流站保護方法的流程圖2為本發明中最後斷路器保護功能實現框圖；圖3為本發明中最後線路保護功能實現框圖；圖4為本發明斷路器保護屏迴路圖；圖5為本發明交流就地接口屏與斷路器保護屏之間連接方式一；圖6為本發明交流就地接口屏與斷路器保護屏之間連接方式二 ；圖7為本發明斷路器保護屏內部結構圖； 圖8為本發明保護接口屏與閥組控制屏迴路圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述參照圖1所示的高壓直流輸電換流站保護方法的流程圖，具體操作步驟為，交流站控系統通過換流站內二次系統，採集交流場3/2接線中所有斷路器的信號，根據斷路器的分合狀態來判斷最後斷路器和最後線路，當出現最後斷路器和最後線路狀態時，啟動閥組閉鎖跳閘功能，斷開整個直流系統線路。參照圖2和圖4，在連接換流變壓器的交流場串中，當交流站控系統檢測出換流變只通過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後斷路器；交流站控屏向交流就地接口屏發出最後斷路器的判斷邏輯，交流就地接口屏開出相應的接點信號，作為啟動直流系統緊急停機的條件之一。斷路器保護屏中設置總跳閘繼電器，當該斷路器收到跳閘命令時，總跳閘繼電器動作，並開出相應的接點信號，作為啟動直流系統緊急停機的條件之二。上述兩個條件同時滿足時，表示直流系統與交流系統唯一相連的斷路器即將斷開，即直流系統即將與交流系統斷開。此時，將交流站控屏開出的最後斷路器的接點和斷路器保護屏中的總跳閘繼電器接點串聯，向保護接口屏發出跳閘命令，當上述兩個接點都動作時，此命令生效。保護接口屏是直流控制保護系統與交流保護系統之間的接口。保護接口屏接收到跳閘命令時，發出信號至閥組控制屏，啟動緊急停極命令。由於直流控制系統緊急停極命令的速度要比斷路器自身跳閘動作速度快，即可以實現在交流斷路器完全跳開時直流系統已停。即在直流系統與交流系統斷開前，閉鎖直流系統，使直流系統不會因為交流負荷的忽然斷開造成換流站內電壓過高，保護了換流站中的設備不受損壞。如圖3所示，由交流站控屏判斷出某一條線路是最後線路最後線路的判斷針對母線系統進行判斷，判斷邏輯考慮所有交流線路。對於站內線路，當某一線路滿足該線路斷開後造成整個母線系統失電的條件時，交流站控屏即判斷此線路為最後線路。交流站控屏向交流就地接口屏發出最後線路的判斷邏輯，交流就地接口屏開出相應的接點信號，作為啟動直流系統緊急停機的條件之一。如圖4所示，斷路器保護屏中設置總跳閘繼電器，當該斷路器收到跳閘命令時，總跳閘繼電器動作，並開出相應的接點信號。將某一條線路對應的兩臺斷路器的總跳閘繼電器串聯，作為啟動直流系統緊急停機的條件之二。上述兩個條件同時滿足時，表示直流系統與交流系統唯一相連的線路即將斷開，即直流系統即將與交流系統斷開。將交流站控屏開出的最後線路的接點和該線路的兩臺斷路器的斷路器保護屏中的總跳閘繼電器接點串聯，向保護接口屏發出跳閘命令。當上述三個接點都動作時，此命令生效；保護接口屏接收到跳閘命令時，發出信號至閥組控制屏，啟動緊急停極命令；交流就地接口屏同時開出最後線路的判斷接點，送至線路保護屏，閉鎖線路重合閘功能。如圖4所示，在換流站內每個斷路器保護屏內增加了一個繼電器箱，用於實現斷路器跳閘總出口的功能。總跳閘繼電器MT為雙套配置，由操作箱內的分相跳閘繼電器 (TJA、TJA、TJB、TJB、TJC、TJC)和三相跳閘繼電器(TJR.TJQ)啟動。跳閘繼電器MT，以判斷斷路器的動作。每個繼電器至少應有八副接點。如圖5所示，每一套總出口繼電器MT的四副接點與交流就地接口屏判別最後斷路器的接點串接，以分別啟動站內四個閥組的一套跳間系統，即跳間系統為雙套，另四副接點與同一線路連接的相鄰斷路器的四副接點分別串接，再與交流就地接口屏判別的最後線路接點串接以分別啟動站內四個閥組的一套跳閘系統。如圖6所示，交流就地接口屏同時開出最後線路的判斷接點，送至線路保護屏，閉鎖線路重合閘功能。這是由於當本條線路為最後一條線路後，此時線路故障跳開線路兩邊的斷路器後，此時已通過最後線路/最後斷路器保護迴路啟動了緊急停機功能，如果此時本條線路重合，則會對換流設備造成衝擊，破壞設備的安全性。如圖7所示，將每個斷路器保護屏引出的ESOF極1閥組1系統1 (ES0F_P1G1_ SYS1)、ES0F 極 1 閥組 1 系統 2 (ES0F_P1G1_SYS2)、ES0F 極 1 閥組 2 系統 1 (ES0F_P1G2_SYS1)、 ESOF極1閥組2系統2 (ES0F_P1G2_SYS2)這四個信號分別並聯在一起，送至極1保護接口屏內。將每個斷路器保護屏引出的ESOF極2閥組1系統1 (ES0F_P2G1_SYS1) ,ESOF極2 閥組 1 系統 2 (ES0F_P2G1_SYS2) ,ESOF 極 2 閥組 2 系統 1 (ES0F_P2G2_SYS1) ,ESOF 極 2 閥組 2系統2(ES0F_P2G2_SYS2)這四個信號分別並聯在一起，送至極2保護接口屏內。如圖8所示，保護接口屏是直流控制保護系統與交流保護系統之間的接口點。保護接口屏接收到最後線路或最後斷路器的判斷後，發出信號至直流控制系統中，直流控制系統就會啟動緊急停極ESOF的指令。最後每個斷路器單元的最後斷路器和最後線路迴路均並聯在緊急停機ESOF跳閘迴路上，實現完整的最後斷路器/最後線路保護系統。與現有的直流輸電工程相比，特高壓直流輸電工程中最後斷路器和最後線路保護增加了兩個閥組系統的保護，實現了閉鎖線路重合閘硬體實現功能，優化了迴路結構，保證了特高壓直流設備的安全。
權利要求
1.一種特高壓直流輸電換流站保護方法，其特徵在於交流站控系統通過換流站內二次系統，採集交流場3/2接線中所有斷路器的信號，根據斷路器的分合狀態來判斷最後斷路器和最後線路，當發現最後斷路器和最後線路狀態時，啟動閥組閉鎖跳閘功能，斷開整個直流系統線路。
2.根據權利要求1所述的特高壓直流輸電換流站保護方法，其特徵在於，所述的最後斷路器的判斷方法為在連接換流變壓器的交流場串中，當交流站控系統檢測出換流變只通過本串中該斷路器與交流母線連接，且此斷路器跳開，對應的換流閥組立即斷開與交流系統的聯繫時，則交流站控系統就判斷此斷路器為最後斷路器。
3.根據權利要求1所述的特高壓直流輸電換流站保護方法，其特徵在於，所述的最後線路判斷步驟為在交流3/2接線母線系統中，交流站控系統檢測出站內的一條線路斷開後導致整條母線失電時，此線路所連接的站內母線失去與站外電網的聯繫，則交流站控屏判斷此線路為最後線路。
4.根據權利要求2或3所述的特高壓直流輸電換流站保護方法，其特徵在於所述的交流就地接口屏接收到交流站控系統的最後線路或最後斷路器判斷信息後，開出相應的接點信號，與斷路器總跳閘迴路接點串聯，構成最後線路或最後斷路器的判別迴路。
5.根據權利要求2或3所述的特高壓直流輸電換流站保護方法，其特徵在於，所述的形成閥組閉鎖跳閘命令的具體步驟為(一)、交流站控系統判斷出最後斷路器，通過現場總線向交流就地接口屏發出最後斷路器的判斷信息，交流就地接口屏控制裝置在接受到信息後，發出最後斷路器接點信號；(二)、當最後斷路器收到外部的跳閘命令時，斷路器保護屏中設置的總跳閘繼電器動作，發出總跳閘繼電器接點信號；(三)、將交流就地接口屏開出的最後斷路器接點和斷路器保護屏開出的總跳閘繼電器接點串聯，輸出的信號發出至保護接口屏，形成跳間命令。
6.根據權利要求5所述的特高壓直流輸電換流站保護方法，其特徵在於，所述的斷開整個直流系統線路的方法為當保護接口屏接收到跳閘命令時，發出信號至閥組控制屏，啟動直流控制系統的ESOF即緊急停級命令，閉鎖直流系統。
7.根據權利要求1或6所述的特高壓直流輸電換流站保護方法，其特徵在於，所述的最後線路確定後，該最後線路連接的斷路器收到外部的跳閘命令時，斷路器保護屏中設置的總跳閘繼電器動作，發出總跳閘繼電器接點信號。
8.根據權利要求7所述的特高壓直流輸電換流站保護方法，其特徵在於所述的斷路器保護屏中設置有雙套判斷斷路器動作的總跳閘繼電器。
9.根據權利要求7所述的特高壓直流輸電換流站保護方法，其特徵在於所述的總跳閘繼電器由繼電器操作箱內的分相跳閘繼電器和三相跳閘繼電器啟動。
10.根據權利要求8所述的特高壓直流輸電換流站保護方法，其特徵在於所述的每套總跳閘繼電器至少設置有八副接點，其中四副接點與交流就地接口屏判別最後斷路器的接點串接，以分別啟動站內四個閥組的一套跳閘系統，另四副接點與同一線路連接的相鄰斷路器的四副接點分別串接，再與交流就地接口屏判別的最後線路接點串接，以分別啟動站內四閥組的一套跳閘系統。
全文摘要
本發明公開了一種特高壓直流輸電換流站保護方法，具體操作步驟為，交流站控系統通過換流站內二次系統，採集交流場3/2接線中所有斷路器的信號，根據斷路器的分合狀態來判斷最後斷路器和最後線路，當出現最後斷路器和最後線路狀態時，啟動閥組閉鎖跳閘功能，斷開整個直流系統線路。本發明輸電換流站保護方法克服了現有技術結構複雜、過多依賴軟體性能的缺陷，優化了迴路結構，保證了特高壓直流設備的安全。
文檔編號H02H7/00GK102185278SQ201110111880
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月3日 優先權日2011年5月3日
發明者劉宣宣, 向長徵, 張巧玲, 楊明, 肖異, 鄒榮盛 申請人:中國電力工程顧問集團中南電力設計院