CN100392419C - 合成全工况试验装置控制保护系统与故障保护方法 - Google Patents
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Abstract
一种合成全工况试验装置控制保护系统与故障保护方法。包括上层控制保护系统和合成全工况试验装置测量系统，以及操作台和录波仪；底层控制保护子系统主要包括以下五个相互独立的控制保护子系统：与低压充电回路相联系的充电回路控制保护子系统，与合成全工况试验电路相联系的试验电路控制保护子系统，与低压大电流源相联系的低压大电流源控制保护子系统，用来给试验装置中的晶闸管阀供水的第一水冷装置控制保护子系统，用来给试品阀单独供水的第二水冷装置控制保护子系统。故障保护方法针对不同故障，控制保护系统设计为八级保护措施，并根据故障的严重程度设计九级优先级。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统及电力电子系统当中对晶闸管阀进行运行试验的技术，尤其是涉及一种合成全工况试验装置控制保护系统与故障保护方法。
背景技术
随着电力电子技术在电力系统中应用的逐步推广，基于晶闸管串联均压技术的高压阀成为各种大功率电力电子装置的核心部件。例如静止无功补偿器(SVC)、晶闸管控制串联补偿器(TCSC)、高压直流输电(HVDC)等。而运行试验是关系到提高各种高压串联晶闸管阀设计和制造水平，提高其可靠性的重要试验手段。目前国际上普遍采用合成试验方法来进行晶闸管阀的运行试验。其基本思想是采用两套电源系统分别为晶闸管阀提供大电流和高电压强度，从而大大降低了电源容量。
合成全工况试验装置是采用合成试验方法来给各种高压串联晶闸管进行各种运行试验的专用设备，具有较高的复杂性，其各个子设备的协调和各个参量的调节功能，及其故障态均较为复杂。
发明内容
为了解决合成全工况试验装置的各个子设备的协调和控制及故障保护问题，本发明的目的是提供一种合成全工况试验装置控制保护系统与故障保护方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：合成全工况试验装置控制保护系统包括上层控制保护系统和合成全工况试验装置测量系统，以及操作台和录波仪；
合成全工况试验装置控制保护系统的底层控制保护子系统主要包括以下五个相互独立的控制保护子系统：与低压充电回路相联系的充电回路控制保护子系统，与合成全工况试验电路相联系的合成全工况试验电路控制保护子系统，与低压大电流源相联系的低压大电流源控制保护子系统，用来给试验装置中的晶闸管阀供水的第一水冷装置控制保护子系统，用来给试品阀单独供水的第二水冷装置控制保护子系统；
操作台用于完成人机交互功能；录波仪用于完成正常运行和故障态时相关数据的显示。
合成全工况试验装置控制保护系统的上层控制保护系统用来实现底层五套独立控制保护子系统的协调控制与保护，合成全工况试验装置测量系统主要完成试验装置相关测量数据的汇集、显示和传送；
合成全工况试验装置控制保护系统的上层控制保护系统用来接收来自各个控制保护子系统故障信息，进行故障分类，根据保护策略，向控制保护子系统发出相应的命令，协调各个控制保护子系统在异常运行工况下的分合闸、触发角调节、连续触发、触发、闭锁等操作，确保试验装置的安全退出；
合成全工况试验装置控制保护系统的上层控制保护系统接收来自操作台的有关试验的相关信息，根据试验流程和控制策略，在试验的各个阶段向各个控制保护子系统发出各种命令，协调各个控制保护子系统在正常运行工况和异常运行工况下的分合闸、触发角调节、连续触发、触发、闭锁等操作，协调试验的进行，完成试验装置的启动、退出、试验和保护等功能。
合成全工况试验装置控制保护系统的底层控制保护控制子系统一方面在正常或异常运行工况，接受来自上层控制或控制保护系统的命令，执行相应的开关分合闸、调节、触发、闭锁等操作，完成相应的控制或保护功能；另一方面是底层控制保护控制子系统本身具有完善的故障诊断和保护功能，在其自身或控制对象发生故障时，能够迅速采取相应的保护措施，并向上层控制保护系统上报相应的故障信息，由上层控制保护系统向底层控制保护子系统发出相应的命令，使得底层控制保护子系统执行相应的开关分合闸、调节、触发、闭锁等操作，完成整个试验装置的保护功能；
其中，合成全工况试验电路控制保护子系统实现功能分为两大部分：一部分是接收来自合成全工况试验装置上层控制保护系统的命令，进行合成全工况试验电路的开关操作，电流回路晶闸管阀触发、闭锁，试品阀电流调节，电压回路晶闸管阀触发、闭锁或连续触发等功能，并向上级控制系统或控制保护系统上报相关信息；另一部分是监测到合成全工况试验电路发生的故障后，根据合成全工况试验电路保护策略发出相关保护命令，如晶闸管阀闭锁、触发等，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报故障信息。
充电回路控制保护子系统实现的功能同样分为两大部分：一部分是接收来自合成全工况试验装置上层控制保护系统的命令，进行低压充电回路的开关操作，充电机启动、退出、整流、逆变、谐振电压调节等工作，并向上层控制系统或控制保护系统上报相关信息；另一部分是监测到低压充电回路发生故障后，根据低压充电回路保护策略发出相关保护命令，包括充电机逆变、闭锁，开关跳闸，保护晶闸管动作等，并向上级合成全工况试验装置上层控制保护系统上报故障信息。
低压大电流源控制保护子系统实现的功能同样分为两大部分：一部分是接收来自合成全工况试验装置上层控制保护系统的命令，进行低压大电流源回路分合闸操作，并上报相关信息；另一部分是监测到低压大电流源回路发生故障，根据低压大电流源回路控制策略发出保护命令，主要是开关跳闸，并上报故障信息。
第一水冷装置控制保护子系统实现的功能同样分为两大部分：一部分是第一水冷装置控制保护子系统在上层控制保护系统的协调下，对第一水冷装置进行启动或退出等操作，并上传相关数据；另一部分是完成第一水冷装置的故障监测与保护，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统发出相应的故障信息。
第二水冷装置控制保护子系统实现的功能同样分为两大部分：一部分是接收合成全工况试验装置上层控制保护系统命令，进行启动或退出第二水冷装置的操作，并上传相关数据，另外由第二水冷装置控制保护系统对试品阀进水口流量温度进行调节；另一部分是由第二水冷装置控制保护系统完成第二水冷装置的故障监测与保护，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统发出相应的故障信息；
其中，上述各个子系统均高度自治，均在正常试验阶段由控制系统协调完成相应的功能，还具有完备故障诊断和处理功能，并在上层控制保护系统的协调下，完成异常工况试验装置的保护功能。
合成全工况试验装置的故障保护方法如下：针对不同故障，该合成全工况试验装置控制保护系统设计为八级保护措施，并根据故障的严重程度设计九级优先级，
(1)紧急退出类保护：
这类保护具有最高优先级，在电压电流合成试验模式下：第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第三辅助阀V3和试品阀连续触发，第四辅助阀V4闭锁，低压充电回路和低压大电流源回路进线断路器跳闸；
(2)连续触发类保护：
这类保护具有第二优先级，上层控制保护系统所采取的故障保护动作顺序为，电压试验模式下：第一辅助阀V1、第三辅助阀V3和试品阀连续触发，低压充电回路逆变；而在电压电流合成试验模式下：第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第三辅助阀V3和试品阀连续触发，第四辅助阀V4闭锁，低压充电回路逆变，大电流源回路正常退出；
(3)阀闭锁类保护：
这类保护具有第三优先级，此时上层控制保护系统采取的保护动作顺序为，电压试验模式下：第一辅助阀V1、第三辅助阀V3闭锁，低压充电回路闭锁；电压电流合成试验模式下：第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第三辅助阀V3、第四辅助阀V4闭锁，低压充电回路闭锁，大电流源回路正常退出；
(4)低压充电回路紧急跳闸类保护：
这类保护具有第四优先级，上层控制保护系统在电压试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第三辅助阀V3闭锁命令；在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第三辅助阀V3、第四辅助阀V4闭锁命令，向低压大电流源回路控制保护子系统下发正常退出命令；
(5)低压充电回路闭锁类保护：
这类保护具有第五优先级，此时充电回路控制保护子系统首先将整流器紧急闭锁，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报低压充电回路紧急闭锁保护故障信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第三辅助阀V3、试品阀VT闭锁命令；在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第三辅助阀V3、第四辅助阀V4闭锁命令，向低压大电流源回路控制保护子系统下发正常退出命令；
(6)低压充电回路逆变类保护：
这类保护具有第六优先级，此时充电回路控制保护子系统首先将整流器逆变，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报低压充电回路逆变保护故障信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第三辅助阀V3触发命令，向试品阀下发闭锁命令；在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第三辅助阀V3触发命令，向第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第四辅助阀V4下发闭锁命令，向低压大电流源回路控制保护子系统下发正常退出命令；
(7)低压大电流源紧急跳闸类保护：
这类保护具有第七优先级，此时大电流源回路控制保护子系统首先进线开关跳闸，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报低压大电流源紧急跳闸保护故障信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第三辅助阀V3触发命令，向第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第四辅助阀V4下发闭锁命令，向充电回路控制保护子系统下发逆变命令，在电压试验模式下，第二辅助阀V2、第四辅助阀V4，低压大电流源不参与工作；
(8)正常退出类保护：
这类保护具有第八优先级，此时合成全工况试验电路控制保护子系统在电压试验模式下向第一辅助阀V1、第三辅助阀V3发出触发命令，向试品阀发出闭锁命令，在电压电流合成试验模式下，向第一辅助阀V1、第三辅助阀V3发出充分命令，向试品阀和第二辅助阀V2、第四辅助阀V4发出闭锁命令，向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报正常退出类故障保护信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压试验模式下向充电回路控制保护子系统下发逆变命令，在电压电流合成试验模式下，向充电回路控制保护子系统下发逆变命令，向低压大电流源控制保护子系统下发正常退出命令；
合成全工况试验装置上层控制保护系统在接受到来自第二水冷装置的故障信号后，在电压试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统发出第一辅助阀V1、第三辅助阀V3触发，试品阀闭锁命令，向充电回路控制保护子系统下发逆变命令；在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统发出第一辅助阀V1、第三辅助阀V3触发，试品阀、第二辅助阀V2、第四辅助阀V4闭锁命令，向充电回路控制保护子系统下发逆变命令，向大电流源回路控制保护子系统下发正常退出命令；
(9)报警类保护
这类保护具有最低优先级，该合成全工况试验装置控制保护系统不发出任何保护动作命令，而仅仅是提示报警信号和相关报警信息。
由于采用了上述的技术方案，本发明所具有的有益效果是：本发明的合成全工况试验装置故障保护方法较好地实现了装置各类故障的保护，确保了合成全工况试验装置的安全运行，合成全工况试验装置控制保护系统方案设计层次分明，功能划分明确，各底层单元相对独立，控制保护功能的协调易于实现。
附图说明
图1是本发明的合成全工况试验装置控制保护系统的框图；
具体实施方式
下面结合附图1对本发明进一步说明。
合成全工况试验装置电路部分主要包括低压充电回路、合成全工况试验电路和低压大电流源三大部分，附属设备主要包括两套水冷装置，第一水冷装置用来给试验装置中的辅助阀供水，第二水冷装置用来给试品阀单独供水。因此合成全工况试验装置控制保护系统的底层控制保护子系统主要包括以下五个相互独立的控制保护子系统：
●充电回路控制保护子系统
●合成全工况试验电路控制保护子系统
●低压大电流源控制保护子系统
●第一水冷装置控制保护子系统
●第二水冷装置控制保护子系统
合成全工况试验装置控制保护系统上层控制保护系统用来实现底层五套独立控制保护子系统的协调控制与保护，合成全工况试验装置测量系统主要完成试验装置相关测量数据的汇集、显示和传送。
操作台用于完成人机交互功能；录波仪用于完成正常运行和故障态时相关数据的显示。
合成全工况试验装置控制保护系统上层控制保护系统用来接收来自各个控制保护子系统故障信息，进行故障分类，根据保护策略，向控制保护子系统发出相应的命令，协调各个控制保护子系统在异常运行工况下的分合闸、触发角调节、连续触发、触发、闭锁等操作，确保试验装置的安全退出。
合成全工况试验装置控制保护系统上层控制保护系统接收来自操作台的有关试验的相关信息，根据试验流程和控制策略，在试验的各个阶段向各个控制保护子系统发出各种命令，协调各个控制保护子系统在正常运行工况和异常运行工况下的分合闸、触发角调节、连续触发、触发、闭锁等操作，协调试验的进行，完成试验装置的启动、退出、试验和保护等功能。
该控制保护子系统一方面在正常或异常运行工况，接受来自上层控制保护系统的命令，执行相应的开关分合闸、调节、触发、闭锁等操作，完成相应的控制或保护功能；另一方面是底层控制保护子系统本身具有完善的故障诊断和保护功能，在其自身或控制对象发生故障时，能够迅速采取相应的保护措施，并向上层控制保护系统上报相应的故障信息，由上层控制保护系统向底层控制保护子系统发出相应的命令，使得底层控制保护子系统执行相应的开关分合闸、调节、触发、闭锁等操作，完成整个试验装置的保护功能。
合成全工况试验电路控制保护子系统实现功能分为两大部分。一部分是接收来自合成全工况试验装置上层控制保护系统的命令，进行合成全工况试验电路的开关操作，电流回路晶闸管阀触发、闭锁，试品阀电流调节，电压回路晶闸管阀触发、闭锁或连续触发等功能，并向上层控制保护系统上报相关信息；另一部分是监测到合成全工况试验电路发生的故障后，根据合成全工况试验电路保护策略发出相关保护命令，如晶闸管阀闭锁、触发、连续触发等，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报故障信息。
充电回路控制保护子系统实现的功能同样分为两大部分。一部分是接收来自合成全工况试验装置上层控制保护系统的命令，进行低压充电回路的开关操作，充电机启动、退出、整流、逆变、谐振电压调节等工作，并向上层控制保护系统上报相关信息；另一部分是监测到低压充电回路发生故障后，根据低压充电回路保护策略发出相关保护命令，如充电机逆变、闭锁，开关跳闸，保护晶闸管动作等，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报故障信息。
低压大电流源控制保护子系统实现的功能同样分为两大部分。一部分是接收来自合成全工况试验装置上层控制保护系统的命令，进行低压大电流源回路分合闸操作，并上报相关信息；另一部分是监测到低压大电流源回路发生故障，根据低压大电流源回路控制策略发出保护命令，主要是开关跳闸，并上报故障信息。
第一水冷装置控制保护子系统实现的功能同样分为两大部分。一部分是第一水冷装置控制保护子系统上层控制保护系统的协调下，对第一水冷装置进行启动或退出等操作，并上传相关数据；另一部分是完成1号水冷装置的故障监测与保护，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统发出相应的故障信息。
第二水冷装置控制保护子系统实现的功能同样分为两大部分。一部分是接收合成全工况试验装置上层控制保护系统命令，进行启动或退出第二水冷装置的操作，并上传相关数据，另外由2号水冷装置控制保护子系统对试品阀进水口流量温度进行调节；另一部分是由第二水冷装置控制保护子系统完成第二水冷装置的故障监测与保护，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统发出相应的故障信息。
综上所述，上述各个子系统均高度自治，在正常试验阶段由控制系统协调完成相应的功能，还具有完备故障诊断和处理功能，并在上层控制保护系统的协调下，完成异常工况试验装置的保护功能。
合成全工况试验装置保护策略是关系到试验装置安全可靠运行的关键问题之一。合成全工况试验装置包括低压充电回路、低压大电流源、合成全工况试验电路、附属设备四大部分，因此合成全工况试验装置的故障也分为以下几个方面：
(1)来自低压充电回路的故障：来自低压充电回路的故障主要包括来自整流变压器的故障，来自充电机的故障，来自充电电容器的故障等，而其保护功能的实现主要由断路器和充电机来完成。合成全工况试验装置上层控制保护系统与充电回路控制保护子系统之间通过总线或节点进行相关的通讯和保护动作的配合。
(2)来自低压大电流源的故障：低压大电流源包括一台转换变压器、一台温升变压器、两台断路器、3次滤波支路和5次滤波支路。其不仅作为合成全工况试验装置大电流源，还可作为独立装置进行温升试验，为此开发了一套独立的控制保护子系统，进行大电流源的控制与保护。合成全工况试验装置上层控制保护系统只需与其进行必要通讯。
(3)来自合成全工况试验电路的故障：来自合成全工况试验电路的故障主要包括相关辅助阀、试品阀和保护阀的故障，来自谐振电容器的故障，来自相关谐振电抗器的故障、来自主回路的故障等，这些故障的保护主要由合成全工况试验装置的控制保护系统完成，同时会向充电回路控制保护子系统和低压大电流源控制保护子系统发出相关的保护指令。
(4)来自附属设备的故障：来自附属设备的故障主要包括来自第一水冷装置、第二水冷装置等相关故障，当这些装置发生相关故障后，立刻上报故障信息，由合成全工况试验装置控制保护系统完成相关的保护工作。
根据合成全工况试验装置的故障态分析，针对不同故障，该合成全工况试验装置控制保护系统设计为八级保护措施。并根据故障的严重程度设计九级优先级。具体内容如下：
(1)紧急退出类保护：
这类保护具有最高优先级，主要针对装置运行中出现某些意外情况，如人身伤害或控制保护系统拒动等，由操作人员按动紧急退出按钮，在电压试验模式下：第一辅助阀V1、第三辅助阀V3和试品阀连续触发，低压充电回路进线断路器跳闸；在电压电流合成试验模式下：第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第三辅助阀V3和试品阀连续触发，第四辅助阀V4闭锁，低压充电回路和低压大电流源回路进线断路器跳闸。
(2)连续触发类保护：
这类保护具有第二优先级，主要针对装置运行中出现的某些最为严重的故障，就是试品阀或辅助阀检测到晶闸管损坏个数超过冗余设计值，即辅助阀或试品阀电压裕度不足故障。上层控制保护系统所采取的故障保护动作顺序为，电压试验模式下：第一辅助阀V1、第三辅助阀V3和试品阀连续触发，低压充电回路逆变；而在电压电流合成试验模式下：第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第三辅助阀V3和试品阀连续触发，第四辅助阀V4闭锁，低压充电回路逆变，大电流源回路正常退出。
(3)阀闭锁类保护：
这类保护具有第三优先级，主要针对装置运行中出现的某些较为严重的故障，如第一水冷装置掉电信号；第一水冷装置停主机信号；第一水冷装置停运信号；第一辅助阀V1、第三辅助阀V3光通道异常；第一辅助阀V1、第三辅助阀V3的击穿二极管BOD动作次数超标；第一辅助阀V1、第三辅助阀V3的阀基电子设备VBE无法正常工作；安全门打开等。此时，上层控制保护系统采取的保护动作顺序为，电压试验模式下：第一辅助阀V1、第三辅助阀V3闭锁，低压充电回路闭锁；电压电流合成试验模式下：第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第三辅助阀V3、第四辅助阀V4闭锁，低压充电回路闭锁，低压大电流源正常退出。
(4)低压充电回路紧急跳闸类保护：
这类保护具有第四优先级，主要针对低压充电回路发生的某些最为严重故障，此时充电回路控制保护子系统首先将进线断路器跳闸，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报低压充电回路紧急跳闸保护故障信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第三辅助阀V3闭锁命令；在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第三辅助阀V3、第四辅助阀V4闭锁命令，向低压大电流源回路控制保护子系统下发正常退出命令。
(5)低压充电回路闭锁类保护：
这类保护具有第五优先级，主要针对低压充电回路发生的某些较为严重故障，此时充电回路控制保护子系统首先将整流器紧急闭锁，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报低压充电回路紧急闭锁保护故障信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第三辅助阀V3、试品阀VT闭锁命令；在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第三辅助阀V3、第四辅助阀V4闭锁命令，向低压大电流源控制保护子系统下发正常退出命令。
对于合成全工况试验电路中出现的某些过压故障，如谐振电容过压、试品阀过压等，也是采取低压充电回路闭锁类保护，当合成全工况试验电路控制保护子系统检测到这些故障后，首先将第一辅助阀V1、第三辅助阀V3、试品阀VT闭锁，然后向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报过压故障，合成全工况试验装置上层控制保护系统向充电回路控制保护子系统下发闭锁命令，向低压大电流源控制保护子系统下发正常退出命令。
(6)低压充电回路逆变类保护：
这类保护具有第六优先级，主要针对低压充电回路发生的某些不太严重故障，此时充电回路控制保护子系统首先将整流器逆变，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报低压充电回路逆变保护故障信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第三辅助阀V3触发命令，向试品阀下发闭锁命令；在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀V1、第三辅助阀V3触发命令，向第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第四辅助阀V4下发闭锁命令，向低压大电流源控制保护子系统下发正常退出命令。
(7)低压大电流源紧急跳闸类保护：
这类保护具有第七优先级，主要针对低压大电流源回路发生的某些最为严重故障，此时大电流源回路控制保护子系统首先进线开关跳闸，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报低压大电流源紧急跳闸保护故障信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀(V1)、第三辅助阀V3触发命令，向第一辅助阀V1、第二辅助阀V2、第四辅助阀V4下发闭锁命令，向充电回路控制保护子系统下发逆变命令(在电压试验模式下，第二辅助阀V2、第四辅助阀V4，低压大电流源不参与工作)。
(8)正常退出类保护：
这类保护具有第八优先级，主要针对合成全工况试验电路和第二水冷装置的某些不太严重的故障。
对于合成全工况试验电路来说主要有谐振电容或试品阀欠电压，试品阀欠电流、过电流，试品阀温度故障等，此时合成全工况试验电路控制保护子系统在电压试验模式下向第一辅助阀V1、第三辅助阀V3发出触发命令，向试品阀发出闭锁命令，在电压电流合成试验模式下，向第一辅助阀V1、第三辅助阀V3发出充分命令，向试品阀和第二辅助阀V2、第四辅助阀V4发出闭锁命令，向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报正常退出类故障保护信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压试验模式下向充电回路控制保护子系统下发逆变命令，在电压电流合成试验模式下，向充电回路控制保护子系统下发逆变命令，向低压大电流源控制保护子系统下发正常退出命令。
合成全工况试验装置上层控制保护系统在接受到来自第二水冷装置的故障信号后，在电压试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统发出第一辅助阀V1、第三辅助阀V3触发，试品阀闭锁命令，向充电回路控制保护子系统下发逆变命令；在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统发出第一辅助阀V1、第三辅助阀V3触发，试品阀、第二辅助阀V2、第四辅助阀V4闭锁命令，向充电回路控制保护子系统下发逆变命令，向低压大电流源控制保护子系统下发正常退出命令。
(9)报警
报警具有最低优先级，该合成全工况试验装置控制保护系统不发出任何保护动作命令，而仅仅是提示报警信号和相关报警信息，如来自水冷装置的报警信息。
附表1：各种保护类型所采取的保护次序一览表
| 优先级 | 保护类型 | V Mode | V/I Mode |
| 第八级 | 正常退出类保护 | V<sub>1</sub>、V<sub>3</sub>导通V<sub>T</sub>闭锁充电机逆变 | V<sub>1</sub>、V<sub>3</sub>导通V<sub>2</sub>、V<sub>4</sub>、V<sub>T</sub>闭锁充电机逆变低压大电流源正常退出 |
| 第七级 | 低压大电流源紧急跳闸类保护 | 无 | V<sub>1</sub>、V<sub>3</sub>导通V<sub>2</sub>、V<sub>4</sub>、V<sub>T</sub>闭锁充电机逆变 |
| 第六级 | 低压充电回路逆变类保护 | V<sub>1</sub>、V<sub>3</sub>导通V<sub>T</sub>闭锁 | V<sub>1</sub>、V<sub>3</sub>导通V<sub>2</sub>、V<sub>4</sub>、V<sub>T</sub>闭锁低压大电流源正常退出 |
| 第五级 | 低压充电回路闭锁类保护 | V<sub>1</sub>、V<sub>3</sub>、V<sub>T</sub>闭锁 | V<sub>1</sub>、V<sub>2</sub>、V<sub>3</sub>、V<sub>4</sub>、V<sub>T</sub>闭锁低压大电流源正常退出 |
| 第四级 | 低压充电回路紧急跳闸类保护 | V<sub>1</sub>、V<sub>3</sub>、V<sub>T</sub>闭锁 | V<sub>1</sub>、V<sub>2</sub>、V<sub>3</sub>、V<sub>4</sub>、V<sub>T</sub>闭锁低压大电流源正常退出 |
| 第三级 | 阀闭锁类保护 | V<sub>1</sub>、V<sub>3</sub>、V<sub>T</sub>闭锁充电机闭锁 | V<sub>1</sub>、V<sub>2</sub>、V<sub>3</sub>、V<sub>4</sub>、V<sub>T</sub>闭锁充电机闭锁低压大电流源正常退出 |
| 第二级 | 连续触发类保护 | V<sub>1</sub>、V<sub>3</sub>、V<sub>T</sub>连续触发充电机逆变 | V<sub>1</sub>、V<sub>2</sub>、V<sub>3</sub>、V<sub>T</sub>连续触发V<sub>4</sub>闭锁充电机逆变 |
| 第一级 | 紧急退出类保护 | 6#开关跳闸V<sub>1</sub>、V<sub>3</sub>、V<sub>T</sub>连续触发 | 6#、12#开关跳闸V<sub>1</sub>、V<sub>2</sub>、V<sub>3</sub>、V<sub>T</sub>连续触发V<sub>4</sub>闭锁 |
附表2：合成全工况试验装置故障分类与保护方案设计一览表
Claims (2)
1.一种合成全工况试验装置控制保护系统，其特征在于：包括上层控制保护系统和合成全工况试验装置测量系统，以及操作台和录波仪；
合成全工况试验装置控制保护系统的底层控制保护子系统包括以下五个相互独立的控制保护子系统：与低压充电回路相联系的充电回路控制保护子系统，与合成全工况试验电路相联系的合成全工况试验电路控制保护子系统，与低压大电流源相联系的低压大电流源控制保护子系统，用来给试验装置中的晶闸管阀供水的第一水冷装置控制保护子系统，用来给试品阀单独供水的第二水冷装置控制保护子系统；
操作台用于完成人机交互功能；录波仪用于完成正常运行和故障态时相关数据的显示；
合成全工况试验装置控制保护系统的上层控制保护系统用来实现底层五套独立控制保护子系统的协调控制与保护，合成全工况试验装置测量系统完成试验装置相关测量数据的汇集、显示和传送；
合成全工况试验装置控制保护系统的上层控制保护系统用来接收来自各个控制保护子系统故障信息，进行故障分类，根据保护策略，向控制保护子系统发出相应的命令，协调各个控制保护子系统在异常运行工况下的操作，包括分合闸、触发角调节、连续触发、触发和闭锁，确保试验装置的安全退出；
合成全工况试验装置控制保护系统的上层控制保护系统接收来自操作台的有关试验的相关信息，根据试验流程和控制策略，在试验的各个阶段向各个控制保护子系统发出各种命令，协调各个控制保护子系统在正常运行工况和异常运行工况下的操作，包括分合闸、触发角调节、连续触发、触发和闭锁，协调试验的进行，完成试验装置的启动、退出、试验和保护；
合成全工况试验装置控制保护系统的底层控制保护子系统一方面在正常或异常运行工况，接受来自上层控制保护系统的命令，执行相应的操作，包括开关分合闸、调节、触发和闭锁，完成相应的控制或保护功能；另一方面是底层控制保护子系统本身具有完善的故障诊断和保护功能，在其自身或控制对象发生故障时，能够迅速采取相应的保护措施，并向上层控制保护系统上报相应的故障信息，由上层控制保护系统向底层控制保护子系统发出相应的命令，使得底层控制保护子系统执行相应的操作，包括开关分合闸、调节、触发和闭锁，完成整个试验装置的保护功能；
其中，合成全工况试验电路控制保护子系统实现功能分为两大部分：一部分是：接收来自合成全工况试验装置上层控制保护系统的命令，进行合成全工况试验电路的开关操作，电管阀触发、闭锁，试品阀电流调节，电压回路晶闸管阀触发、闭锁或连续触发，并向上层控制保护系统上报相关信息；另一部分是：监测到合成全工况试验电路发生的故障后，根据合成全工况试验电路保护策略发出相关保护命令，包括晶闸管阀闭锁、触发、连续触发，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报故障信息；
充电回路控制保护子系统实现的功能同样分为两大部分：一部分是：接收来自合成全工况试验装置上层控制保护系统的命令，进行低压充电回路的开关操作，充电机启动、退出、整流、逆变、谐振电压调节，并向上层控制保护系统上报相关信息；另一部分是：监测到低压充电回路发生故障后，根据低压充电回路保护策略发出相关保护命令，包括充电机逆变、闭锁，开关跳闸，保护晶闸管动作，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报故障信息；
低压大电流源控制保护子系统实现的功能同样分为两大部分：一部分是：接收来自合成全工况试验装置上层控制保护系统的命令，进行低压大电流源分合闸操作，并上报相关信息；另一部分是：监测到低压大电流源发生故障，根据低压大电流源控制策略发出保护命令，包括开关跳闸，并上报故障信息；
第一水冷装置控制保护子系统实现的功能同样分为两大部分：一部分是：第一水冷装置控制保护子系统在上层控制保护系统的协调下，对第一水冷装置进行启动或退出操作，并上传相关数据；另一部分是：完成第一水冷装置的故障监测与保护，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统发出相应的故障信息；
第二水冷装置控制保护子系统实现的功能同样分为两大部分：一部分是：接收合成全工况试验装置上层控制保护系统命令，进行启动或退出第二水冷装置的操作，并上传相关数据，另外由第二水冷装置控制保护子系统对试品阀进水口流量温度进行调节；另一部分是：由第二水冷装置控制保护子系统完成第二水冷装置的故障监测与保护，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统发出相应的故障信息；
其中，上述各个子系统均高度自治，均在正常试验阶段由控制系统协调完成相应的功能，还具有完备故障诊断和处理功能，并在上层控制保护系统的协调下，完成异常工况试验装置的保护功能。
2.一种合成全工况试验装置的故障保护方法，其特征在于：针对不同故障，所述合成全工况试验装置控制保护系统设计为八级保护措施，并根据故障的严重程度设计九级优先级，
(1)紧急退出类保护：
这类保护具有最高优先级，在电压电流合成试验模式下：第一辅助阀(V1)、第二辅助阀(V2)、第三辅助阀(V3)和试品阀连续触发，第四辅助阀(V4)闭锁，低压充电回路和低压大电流源进线断路器跳闸；
(2)连续触发类保护：
这类保护具有第二优先级，上层控制保护系统所采取的故障保护动作顺序为，电压试验模式下：第一辅助阀(V1)、第三辅助阀(V3)和试品阀连续触发，低压充电回路逆变；而在电压电流合成试验模式下：第一辅助阀(V1)、第二辅助阀(V2)、第三辅助阀(V3)和试品阀连续触发，第四辅助阀(V4)闭锁，低压充电回路逆变，低压大电流源正常退出；
(3)阀闭锁类保护：
这类保护具有第三优先级，此时上层控制保护系统采取的保护动作顺序为，电压试验模式下：第一辅助阀(V1)、第三辅助阀(V3)闭锁，低压充电回路闭锁；电压电流合成试验模式下：第一辅助阀(V1)、第二辅助阀(V2)、第三辅助阀(V3)、第四辅助阀(V4)闭锁，低压充电回路闭锁，低压大电流源正常退出；
(4)低压充电回路紧急跳闸类保护：
这类保护具有第四优先级，上层控制保护系统在电压试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀(V1)、第三辅助阀(V3)闭锁命令；在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀(V1)、第二辅助阀(V2)、第三辅助阀(V3)、第四辅助阀(V4)闭锁命令，向低压大电流源控制保护子系统下发正常退出命令；
(5)低压充电回路闭锁类保护：
这类保护具有第五优先级，此时充电回路控制保护子系统首先将整流器紧急闭锁，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报低压充电回路紧急闭锁保护故障信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀(V1)、第三辅助阀(V3)、试品阀(VT)闭锁命令；在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀(V1)、第二辅助阀(V2)、第三辅助阀(V3)、第四辅助阀(V4)闭锁命令，向低压大电流源控制保护子系统下发正常退出命令；
(6)低压充电回路逆变类保护：
这类保护具有第六优先级，此时充电回路控制保护子系统首先将整流器逆变，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报低压充电回路逆变保护故障信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀(V1)、第三辅助阀(V3)触发命令，向试品阀下发闭锁命令；在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀(V1)、第三辅助阀(V3)触发命令，向第一辅助阀(V1)、第二辅助阀(V2)、第四辅助阀(V4)下发闭锁命令，向低压大电流源控制保护子系统下发正常退出命令；
(7)低压大电流源紧急跳闸类保护：
这类保护具有第七优先级，此时低压大电流源控制保护子系统首先进线开关跳闸，并向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报低压大电流源紧急跳闸保护故障信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统下发第一辅助阀(V1)、第三辅助阀(V3)触发命令，向第一辅助阀(V1)、第二辅助阀(V2)、第四辅助阀(V4)下发闭锁命令，向充电回路控制保护子系统下发逆变命令，在电压试验模式下，第二辅助阀(V2)、第四辅助阀(V4)，低压大电流源不参与工作；
(8)正常退出类保护：
这类保护具有第八优先级，此时合成全工况试验电路控制保护子系统在电压试验模式下向第一辅助阀(V1)、第三辅助阀(V3)发出触发命令，向试品阀发出闭锁命令，在电压电流合成试验模式下，向第一辅助阀(V1)、第三辅助阀(V3)发出充分命令，向试品阀和第二辅助阀(V2)、第四辅助阀(V4)发出闭锁命令，向合成全工况试验装置上层控制保护系统上报正常退出类故障保护信息，合成全工况试验装置上层控制保护系统在电压试验模式下向充电回路控制保护子系统下发逆变命令，在电压电流合成试验模式下，向充电回路控制保护子系统下发逆变命令，向低压大电流源控制保护子系统下发正常退出命令；
合成全工况试验装置上层控制保护系统在接受到来自第二水冷装置的故障信号后，在电压试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统发出第一辅助阀(V1)、第三辅助阀(V3)触发，试品阀闭锁命令，向充电回路控制保护子系统下发逆变命令；在电压电流合成试验模式下，向合成全工况试验电路控制保护子系统发出第一辅助阀(V1)、第三辅助阀(V3)触发，试品阀、第二辅助阀(V2)、第四辅助阀(V4)闭锁命令，向充电回路控制保护子系统下发逆变命令，向低压大电流源控制保护子系统下发正常退出命令；
(9)报警
报警具有最低优先级，所述合成全工况试验装置控制保护系统提示报警信号和相关报警信息。
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