CN102089948B

CN102089948B - 在电力传输平行双回线路中重组健全相导线的方法

Info

Publication number: CN102089948B
Application number: CN2008801301992A
Authority: CN
Inventors: 范建忠; 苏斌; 景雷; 刘前进; 杨赢
Original assignee: ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: CN102089948A; EP2301125A1; EP2301125A4; ES2443942T3; WO2010003281A1; EP2301125B1; US20110163614A1

Abstract

本发明提供一种基于电力传输平行双回线路的健全相导线重组方法。平行双回线包含至少第一线路（L1）和第二线路（L2），所述的每条线路分别包含N条导线（1A、1B与1C或者2A、2B与2C），N为整数，且N≥3。所述方法包括：在两条线路（L1、L2）上的2N条导线（1A、1B与1C以及2A、2B与2C）中，选择不在同一条线路上的任意N条健全相导线（1B、1C、2C）；将第一线路（L1）中未选择的一条或多条导线（1A）中的每一条导线，对应连接第二线路（L2）中选择的一条或多条导线（2C），并保持第二线路（L2）断开，从而新形成的线路是有N条健全相导线（1B、1C、2C）组成，恢复第一线路（L1）的电力传输。

Description

在电力传输平行双回线路中重组健全相导线的方法

技术领域

本发明属于电力传输技术领域，具体涉及一种在电力传输平行双回线路中重组健全相导线的方法，以形成一个基于平行双回线路的新电力传输线。

背景技术

对平行双回线路而言，跨线故障经常发生。一般情况下，一旦平行双回线路检测到跨线永久故障发生，该平行双回线路都会跳闸，从而引起系统连接及电力传输的中断。一般的平行双回线路都连接于两个重要子网或区域，双回线路跳闸将对电力系统的稳定运行产生重大影响。如今，随着电力输电网络的日益复杂以及电网稳定的重要性的提高，这就需要在故障跳闸后，系统能够尽快恢复连接以及电力传输。因此，快速恢复时间以及高适应性的解决方案将被广泛关注与重视。

近年来，人们提出了一种“三相运行”的解决方案。在该方案中，如果跨线永久故障发生，只要存在三相健全相导线，包括A相、B相与C相，三相运行方式即可恢复系统运行。在2003年10月举行的第9届中国电力系统保护会议中，张保会等在其论文“一种新型自动重合闸的方法”中提到一种类似三相运行的方案。然而，如果健全相导线小于3，该方案就不成立。例如，对于故障IA（线路I的A相）-IIA（线路II的A相），如果有两相健全相导线，即B相与C相，那么尽管实际两条线路具有四个健全相导线，即IB（线路I的B相），IC（线路I的C相），IIB（线路II的B相）以及IIC（线路II的C相），该“三相运行”方案仍然不能使用。

目前，平行双回线路的占整个输电线路的比例很小，但是平行双回线路的比例会随着输电线路走廊的短缺而在将来迅速增多。因此，平行双回线路的保护配置对于整个系统的发展会变得更加重要。

发明内容

本发明提供一种基于平行双回线的单线路重组方案，即在电力传输平行双回线路中重组健全相导线的方法和系统，从而使在重组的双回线路中的单线路上恢复电力的传输。

根据本发明的一个实施例，本发明提供一种在电力传输平行双回线路中重组健全相导线的方法。平行双回线包含至少第一线路和第二线路，所述的每条线路分别包含N条导线，N为整数，且N≥3。所述方法包括：在两条线路上的2N条导线中，选择不在同一条线路上的任意N条健全相导线；将第一线路中未选择的一条或多条导线中的每一条导线，对应连接第二线路中选择的一条或多条导线，并保持第二线路断开，从而使新形成的线路是有N条健全相导线组成，恢复第一线路的电力传输。

根据本发明的另一实施例，本发明提供一种在电力传输平行双回线路中重组健全相导线的系统。平行双回线包含至少第一线路和第二线路，所述的每条线路分别包含N条导线，N为整数，且N≥3。所述系统包括：位于第一线路的第一出线开关，第一出线开关的每个触点对应于第一线路的一条导线；位于第二线路的第二出线开关，第二出线开关的每个触点对应于第二线路的一条导线；位于第一出线开关和第一线路的断路器/电流互感器之间的第一转换开关，和位于第二出线开关和第二线路的断路器/电流互感器之间的第二转换开关；其中，第一转换开关的每个触点对应于第一线路的一条导线，第二转换开关的每个触点对应于第二线路的一条导线，第一转换开关的每个触点对应于第二转换开关的一个对应触点。

附图说明

图1作为一个例子示出了两条线路L1与L2，实施本发明的实施例的方法后的连接状态；

图2示出了本发明一个实施例基于时间轴建立的故障后解决方案的应用，其通过健全相导线重组方法组建一条新线路的正常运行(PFOLO)，从而保证电力传输容量；

图3A-3B示出本发明的一个实施例中，两组连接包括两个额外的线路转换隔离开关；

图4示出了根据本发明的一个实施例，面向对象的变电站事件GOOSE通信机制与基于智能电子控制设备(IEDs)与保护IEDs间的数据流；

图5示出了根据本发明的实施例，关于主控制IED设备的基本逻辑流程；

图6示出了根据本发明的实施例，重组健全相导线的过程，以恢复单线路的电力传输；以及

图7示出根据图6示意的过程完成后的最终连接状态。

具体实施方式

据日本统计数据表明，对于三相输电系统，在发生跨线故障时，超过40％的故障的健全相数量大于等于3。假设在平行双回线路的健全相导线中选择三条导线进行三相线路的重组，那么超过半数的电力传输容量能够恢复，这将对电力系统的稳定大有益处。

本发明的一个实施例，提出了基于电力传输平行双回线路中的健全相导线重组方法，以重建一条线路，实现基于平行双回线路的电力传输的恢复。比如，在发生永久性交叉线路故障时。本实施例中，平行双回线路包括了两条线路。图1示出了在依照本发明方法下的两条线路L1与L2间的连接情况。每条线路L1与L2至少包含3条相导线，比如1A、1B与1C或者2A、2B与2C，对应于A、B、C三相。基于电力传输的平行双回线而提出的健全相导线重组方法中，在包含于两条线路中的六个相导线中选择任意三个不属于同一条线路的健全相导线(如图1所示的1B，1C与2C)；同时将包含于第一线路上的一个或者多个未选择的导线(图1的1A)连接于第二线路上的一个或多条选择的导线上(比如图1的2C)，这样第一线路可通过选择健全相导线而实现电力传输的恢复(比如图1中所示的1B，1C与2C)。如图1所示，第二线路处于跳闸/断开状态。

尽管上述实施例中描述的是包括两条线的平行双回线，但是熟悉本领域技术的人员不应局限于此。在本发明的另外实施例中，平行回线也可能包括多于两条线，本发明的方法同样可以应用。

此外，尽管一条线路上示出了3条相导线，但是熟悉本领域技术的人员不应局限于此。实际上，一条线路可能含有N条相导线(N为整数，N≥3)，以应对线路中三相以上的情况。

在一个实施例中，两条线路上均配置有出线开关，以控制线路的开启和闭合状态。转换开关分别配置于线路的出线开关与断路器/电流互感器之间，以完成两条线路之间的连接与否，如图1所示。根据本发明的实施例，所述开关可以是隔离开关。

下面将举例详细描述，通过故障后健全相导线重组方法组建一条新线路的正常运行(PFOLO)，从而保证电力传输容量；图2示出了基于时间轴的PFOLO应用。

PFOLO方案包括两个转换开关(LD)，每个转换开关配置于出线开关(OD)与断路器或电流互感器(CT)之间。同时两个转换开关共享一个公共的连接点，用于选择健全相导线，进行相序的重组而实现新型线路的重构。图3表示出两种连接模式，其中第一转换开关LD1配置于第一线路的OD1与CT/断路器之间，而第二转换开关LD2配置于第二线路的OD2与CT/断路器之间。如图3所示，每个LD1，LD2均具有三个触点，分别对应于每条线路的A、B与C相。

尽管实施例中描述的是隔离开关(如LD1-LD2，OD1-OD2)，但是熟悉本领域技术的人员不应局限于此，其他的开关类型也可以使用。

在另一实施例中，上述提到的开关，如隔离开关LD1-LD2与OD1-OD2等都可以是单触点的。此外，开关都可以远程控制。

每条线路的LD与OD开关均由线路的控制设备控制。例如，控制设备为智能电子控制设备(IED)。

根据本发明的实施例，还装有机械锁，为了防止系统的误操作。该机械锁保证在任何时刻LD仅有一个触点可以合闸。

下文将举例说明线路的控制设备即控制IED。每条线路的控制IED设备必需首先明确自身的保护输出以及另一条线路的保护和控制数据。在得到这些数据后，IED设备决定PFOLO程序是否启动。数据和信息将通过控制IED与保护IED设备间的通信实现信息交换，也是基于两个间隔层间的信息交换。由于数据传输量较小，有许多可行的通信解决方法。硬件配线(I/O)作为通用的解决方案支持各种不同类型的IED设备，其他的像凭借IED设备能力的通信方案也是可行的，比如串口/并口通信与TCP/IP。在该案例中，列举了基于IEC61850的通用面向对象变电站事件(GOOSE)通信机制，其中IED设备具备IEC61850GOOSE报文的传输能力。

图4阐述了GOOSE通信机制与数据流。文中定义了两种GOOSE通信方式，第一种为由线路的保护IED设备多点发送至控制IED设备(参考图4的C1)；第二种为平行双回线之间的通信模式(参考图4的C2)。平行双回线之间数据交换通过两条线路间的控制IED设备完成。

表1列出了GOOSE通信C1数据集数据，每条线路的保护IED设备为发布者，控制IED设备则为订阅者。表1 GOOSE通信C1的数据集数据

表2列出了GOOSE通信C2的数据集内容。其中当某一条线路的控制IED设备为发布者，那么另一条线路的控制IED设备则为订阅者。也就是说，每个控制IED设备不仅是信息发布者，同样也是信息的订阅者。表2 GOOSE通信C2的数据集数据

平行双回线的每个控制IED设备中都嵌入了启动与控制逻辑。在此将介绍主从的定义。假设故障发生后，剩余的健全相导线为3，具备2个健全相导线的线路被设定为主线路，同时其控制IED设备被定义为主控制IED。另一条线路与其控制IED设备则被定义为从控。假设还有4条导线剩余，系统预定参数将决定哪条线路与其相应的控制IED设备为主设备。线路的本地与远端控制IED设备都具有相同的设置。主控制IED将负责整个PFOLO过程，主要控制LD与OD的特定相位的触点的开合。

应该指出：尽管具备多条健全相导线的线路定义为主线路，但是熟悉本领域技术的人员明确知道，另一条具有相对少量的健全相导线的线路根据需要也可能作为主线路。

启动与控制逻辑由两个控制IED设备执行。假如健全相导线小于3，该逻辑将被闭锁，PFOLO指示设置为闭锁状态。如果接收的GOOSE报文显示故障发生后，健全相导线的数量大于或者等于3，那么启动与控制逻辑就会启动PFOLO。在PFOLO启动后，主控制IED设备发送启动命令至从控制IED设备，从控制IED设备会启动本地隔离开关控制程序。与此同时，主控制IED设备也会启动本地隔离开关控制程序。控制程序主要用以控制LD与OD的特定相位触点的开合。当这些操作完成后，主线路的断路器闭合，PFOLO程序进入执行阶段。

启动与控制逻辑的运行考虑了系统的稳定，只在特定的时期可用。该逻辑的触发信号为该两条线路的通用保护启动信号。另外一个条件是没有再次的重合闸发生以及过负荷的危险。这里主控IED设备将负责电网的安全并应用于启动逻辑中。本实施例中，当PFOLO进入执行阶段时，引入了检测重构的线路是否过负荷的机制。如果在故障发生前，线路负载低于规定的百分比，比如55％-60％额定负载，该逻辑便会输出TRUE。否则，该逻辑进入闭锁状态，以防止发生线路过载。

图5示出主控制IED设备的基本逻辑流程。

PFOLO凭借一连串的自动相继隔离开关的开合指令信息启动，以恢复平行双回线的单一线路的运行。每个控制IED设备都可以执行与之相关联的OD与LD的开启和闭合命令。

为了简化说明，假设平行双回线的健全相导线数为4，第一线路(L1)的A相(1A)为故障相，第二线路(L2)的B相(2B)为故障相。例如，第一线路定义为主线路。

图6阐述了健全相导线重组过程以便于恢复第一线路的电力传输。如图5所示，PFOLO按照下述步骤启动，见S602-S608。

S602，主控制IED设备设置PFOLO启动指示，发送该指示至从控控制IED设备，等候指示信号返回准备信号。

同时，主控制IED启动本地隔离开关控制，打开OD1的A相触点式开关，闭合LD1的A相触点式开关。接着，本地PFOLO指示设置为准备好状态。

S604，当收到启动指令，从控控制IED设备设置本地PFOLO指示器为正在进行状态，反馈指示信号至主控制IED设备。

S606，从控控制IED打开OD2的A、B两相开关，同时保持OD2的C相处于闭合状态，闭合LD2的C相，发送准备好指示给主控制IED设备。线路L2的C相健全相导线为L2的A、C两相导线之一。当然，L2的A相导线也可能被选择而重建线路。如果仅有3条导线，而不是4条，那么关于两条线路导线的选取，就不存在第二选择，这样与之对应的3个导线将被用于重组线路。

S608，当两个控制IED的PFOLO指示信号处于准备好状态，主控制IED将闭合L1的断路器，设置本地PFOLO指示信号为运行状态，并且发送该运行指令至从控制IED设备。

在本发明的一个实施例中，所有的开关动作都可以同时完成，以减少其动作时间。控制IED设备可以发送指令检验开关状态。本发明的另一个实施例中，为确保网络的安全性，各开关的操作依照顺序执行。开关的状态信息可以在开关操作完成后的任何时间检验。一旦信号检验显示该操作正确无误，下一个操作就可以展开执行；否则，开关状态信号将返回至其初始状态。

图7示出完成如图6所示的过程后的最终连接状态。

一旦故障消除，恢复平行双回线运行的过程是与上述过程类似的，但其步骤刚好相反。

本发明的实施例中，对于断路器、同一线路的LD与OD以及另一条线路的OD开关采用联锁逻辑。该联锁逻辑包含一系列的防止误操作的联锁原则，比如：每个LD在任何时候，只能有一个触点闭合。该联锁逻辑可嵌入于每个控制IED设备中。由于增加了额外的开关连接(LD1与LD2)，原有的联锁逻辑可能需要更新，同时应增加新的联锁原则。或者，该联锁逻辑也可以安置于一个独立的设备中。

附加的联锁原则包括：

1)在任何时刻，在每一边，只有LD的一个触点可被闭合；

2)在操作LD与OD之前，断路器首先必须打开；

3)如果LD闭合，同时该LD相应的线路为从控线路，那么该线路的断路器不允许闭合；

4)如果该线路为主线路，那么在主线路上的OD与LD的相同相的触点在任何时刻不能同时闭合。

根据本发明实施例的方法，平行双回线一旦发生永久性线路故障，只要在该双回线上存在三条或更多的健全相导线，那么该线路的电力传输即可以实现恢复，而且该方法容易实现。

根据本发明实施例，两个额外的隔离开关置于断路器/CT后。因此，该方法可利用现有的线路保护，而可能减少对现有保护算法以及设定值的影响。因此，该方法可视为单线路的保护。

在本发明的实施例中，采用电子智能设备(IED)提供自动连续性的控制。这样，整个过程可快速自动完成，例如在几秒内，不需要手动操作。

在本发明的实施例中，采用基于IEC61850的快速通信机制GOOSE，能够完成两个间隔层间的无硬件连线的通信。

在本发明的实施例中，两变电站间的通信是不是必须的。假设前提为平行双回线的两个终端采用电流差动保护，同时无误动作发生。基于该假设，本发明的方法可以应用于双回线的两端，两端不需要额外的准备工作。

在本发明的实施例中，该方法将应用于线路故障发生时。实际上，该方法有着更为广泛的用途。比如，可以应用于正常的线路维护。

在本发明的实施例中，所述的方法还考虑到电网的安全状况。

在如上描述的实施例中，该方法能够自动执行，比如，采用支持GOOSE通信的IED控制设备，具有可编程逻辑功能。另外，该方法同样可以进行手动操作。比如，上文提到开关(隔离开关等)可进行手动操作。线路的连接可以采用适当的电线而不是转换开关(隔离开关)。

本发明的方法具有广泛的市场前景，可以向多样化的目标市场推进。比如，中国220KV以及高电压等级的电力传输。

尽管为说明目的公开了本发明的较佳实施例，但是熟悉本领域技术的人员清楚，本发明不应局限于以上实施例所公开的内容，在不脱离本发明的权利要求的精神和范围内，可作各种替换、变化和润饰。因此，本发明的保护范围以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种在电力传输平行双回线路中重组健全相导线的方法，其中平行双回线包含至少第一线路（L1）和第二线路（L2），所述的每条线路分别包含N条导线（1A、1B与1C或者2A、2B与2C），N为整数，且N≥3；所述方法包括：

在两条线路（L1、L2）上的2N条导线（1A、1B与1C以及2A、2B与2C）中，选择不在同一条线路上的任意N条健全相导线（1B、1C、2C）；

将第一线路（L1）中未选择的一条或多条导线（1A）中的每一条导线，对应连接第二线路（L2）中选择的一条或多条导线（2C）中的一条，并保持第二线路（L2）断开，从而使新形成的线路是有N条健全相导线（1B、1C、2C）组成，恢复第一线路（L1）的电力传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：第一转换开关（LD1）布置于第一线路（L1）的断路器或电流互感器后，第二转换开关（LD2）布置于第二线路（L2）的断路器或电流互感器后，从而使第一转换开关（LD1）的每个触点对应于第一线路（L1）的一条导线，第二转换开关（LD2）的每个触点对应于第二线路（L2）的一条导线；第一转换开关（LD1）中，对应于第一线路（L1）中一条或多条未选择导线（1A）的一个或多个触点中的每个触点，与第二转换开关（LD2）中，对应于第二线路（L2）中一条或多条选择导线（2C）的一个或多个触点中的每个触点相连接；

将第一线路（L1）中未选择的一条或多条导线（1A）中的每一条导线，对应连接第二线路（L2）中选择的一条或多条导线（2C），包括以下步骤：

闭合第一转换开关（LD1）中，对应于第一线路（L1）中一条或多条未选择导线（1A）的一个或多个触点，并保持第一转换开关（LD1）的其他触点断开；闭合第二转换开关（LD2）中，对应于第二线路（L2）中一条或多条选择导线（2C）的一个或多个触点，并保持第二转换开关（LD2）的其他触点断开。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：第一出线开关（OD1）布置于第一线路（L1）的第一转换开关（LD1）后，第二出线开关（OD2）布置于第二线路（L2）的第二转换开关（LD2）后；

第一出线开关（OD1）的每个触点对应于第一线路（L1）的一条导线，第二出线开关（OD2）的每个触点对应于第二线路（L2）的一条导线；

当将第一线路（L1）中未选择的一条或多条导线（1A）中的每一条导线，对应连接第二线路（L2）中选择的一条或多条导线（2C）时，第一出线开关（OD1）中，对应于第一线路（L1）中一条或多条未选择导线（1A）的一个或多个触点中的每个触点闭合，第一出线开关（OD1）的其他触点断开；第二出线开关（OD2）中，对应于第二线路（L2）中一条或多条选择导线（2C）的一个或多个触点中的每个触点闭合，而第二出线开关（OD2）的其他触点断开。

4.根据权利要求3所述的方法，其中：第一和第二出线开关（OD1、OD2）均为单一触点，并且是远程可控的。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的方法，其中：第一和第二转换开关（LD1、LD2）均为单一触点，并且是远程可控的。

6.根据权利要求2-4任意一项所述的方法，其中：第一转换开关（LD1）和第一出线开关（OD1）由位于第一线路上的第一控制装置控制；第二转换开关（LD2）和第二出线开关（OD2）由位于第二线路上的第二控制装置控制；第一控制装置和第二控制装置之间相互通信，从而实现对开关（LD1、LD2、OD1、OD2）的协作控制。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：第一控制装置和第二控制装置之间相互通信是基于IEC61850的面向对象的变电站事件（GOOSE）的通信机制，或为串口/并口通信，或传输控制协议/以太网协议（TCP/IP），或设备间的硬件连线。

8.根据权利要求6所述的方法，其中：第一控制装置（IED1）和第二控制装置（IED1）是智能电子设备。

9.根据权利要求6所述的方法，其中：

第一控制装置和第二控制装置都利用联锁逻辑，以确保在对开关（LD1、LD2、OD1、OD2）进行操作前，所有断路器处于断开状态；

如果第二转换开关（LD2）闭合，则第二线路（L2）的断路器不允许闭合；

第一线路（L1）的触点和第一出线开关（OD1）对应于第一线路（L1）的相同导线的触点不允许同时闭合。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：每个开关（LD1、LD2、OD1、OD2）均为隔离开关，联锁逻辑进一步用以保证在任何时刻每边仅有一个线路隔离开关（LD1、LD2）的触点能够闭合。