CN102497002B - 一种直流输电工程完全双重化保护冗余系统 - Google Patents
一种直流输电工程完全双重化保护冗余系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种直流输电工程完全双重化保护冗余系统，通过所述两个直流保护系统的工作状态切换，在任意一套直流保护系统的一路测量回路故障时，切换到第二工作状态，即所述故障的测量回路不输出保护动作信号，当另一路测量回路输出保护动作信号时，所述逻辑判断单元都输出所述保护动作信号，同时，另一套直流保护系统的保护动作逻辑不变。任意一套直流保护系统的两路测量回路都因为故障或检修而退出运行时，本套直流保护系统闭锁，另外一套直流保护系统的保护动作逻辑变为其中一个测量回路有保护动作信号时，将所述保护动作信号出口。本发明的直流输电工程完全双重化保护冗余系统可更好地减少直流输电保护拒动和误动。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统的直流输电保护控制技术领域，尤其涉及一种直流输电工程完全双重化保护冗余系统。
背景技术
直流输电系统保护用于保护换流站各直流设备，在故障或异常工况下有选择性地快速切除系统中的短路故障或不正常运行设备，防止其造成事故或干扰系统其他部分的正常工作，保证直流系统的安全运行。另外，直流输电系统的保护功能还作为控制功能的后备，其可靠性对全国互联电网的稳定运行有着重要影响。
目前已投产和正在建设的高压直流输电工程中较为普遍采取的是三取二或完全双重化冗余方式。
三取二冗余方式的配置逻辑如图1所示，图1中Pi表示第i套保护环节。三套功能完全相同的独立保护装置及通道，输出采取三取二方式。三重保护与三取二装置构成一个整体，三套保护中有两套保护动作认为是正确动作，仅一套保护动作不能出口，保证可靠性和安全性。当两套三取二装置同时运行，任意一套动作都可出口。三取二冗余保护方式的特点是：每重保护需要依靠其他重保护来进行防误，各重保护相互依存，不易维护。
完全双重化冗余方式的配置逻辑如图2所示，每一个直流保护系统包括两个保护运算单元，每个保护运算单元使用独立的测量回路数据，这样的直流保护系统共有两个。当一个直流保护系统中的两个测量回路都有保护动作信号后，这套直流保护系统才会出口。当该套直流保护系统所使用的测量回路或者保护装置的故障被检测(例如自检时)到或者人为退出(例如维护时)后，该套直流保护系统闭锁。每一套直流保护系统都是相同的逻辑。
完全双重化冗余方式的每一套直流保护系统独立，自身采取措施保证单一元件损坏本套直流保护系统不误动，保证可靠性；采用完全双重化配置，两套直流保护系统同时运行，任意一套的动作可出口，保证安全性。完全双重化冗余方式的特点是每套直流保护系统的防误不依赖于其他直流保护系统，设备之间关系简单，易维护。其逻辑类似简化的四取二逻辑方式，如图3所示。
完全双重化方案组成的装置少，实现简单，系统独立性强，维护方便性好。与三取二方案相比，在正常情况下，完全双重化方案在防误、防拒能力上稍占优，系统复杂程度、维护方便性上也优于三取二方案。
但是，完全双重化冗余方式的两套直流保护系统中均有一个测量回路故障后，将导致两套直流保护系统拒动，因此拒动的概率较大，不利于电网正常运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种减少直流输电保护拒动和避免误动的直流输电工程完全双重化保护冗余系统。
一种直流输电工程完全双重化保护冗余系统，包括：两个直流保护系统，以及分别连接所述两个直流保护系统的直流控制系统；每一所述直流保护系统包括逻辑判断单元和两个测量回路，所述两个测量回路分别连接至所述逻辑判断单元，所述逻辑判断单元连接至所述直流控制系统；
每一所述直流保护系统包括第一工作状态、第二工作状态和闭锁状态；其中，所述第一工作状态为：当所述两个测量回路同时对所述逻辑判断单元输出保护动作信号时，所述逻辑判断单元输出所述保护动作信号至所述直流控制系统，否则，不输出所述保护动作信号；所述第二工作状态为：当其中一个所述测量回路对所述逻辑判断单元输出保护动作信号时，所述逻辑判断单元输出所述保护动作信号至所述直流控制系统，否则，不输出所述保护动作信号；
当所述两个直流保护系统各自的两个测量回路都正常时，所述两个直流保护系统都切换到第一工作状态；
当其中一个直流保护系统只有一个测量回路故障时，对应的所述直流保护系统切换到第二工作状态；
当其中一个直流保护系统的两个测量回路都故障时，对应的所述直流保护系统切换到闭锁状态，同时另一个直流保护系统切换到第二工作状态；
当所述两个直流保护系统的两个测量回路都故障时，所述两个直流保护系统都切换到闭锁状态；
所述直流控制系统在接收到所述保护动作信号时，或者所述两个直流保护系统都切换到闭锁状态时，停运对应的直流设备。
与现有技术相比较，本发明的直流输电工程完全双重化保护冗余系统中，通过所述两个直流保护系统的工作状态切换，在任意一套直流保护系统的一路测量回路故障时，切换到第二工作状态，即所述故障的测量回路不输出保护动作信号，当另一路测量回路输出保护动作信号时，所述逻辑判断单元都输出所述保护动作信号，同时，另一套直流保护系统的保护动作逻辑不变。任意一套直流保护系统的两路测量回路都因为故障或检修而退出运行时，本套直流保护系统闭锁，另外一套直流保护系统的保护动作逻辑变为其中一个测量回路有保护动作信号时，将所述保护动作信号出口。本发明的直流输电工程完全双重化保护冗余系统可更好地满足“杜绝拒动，尽可能避免误动”的保护配置要求。
附图说明
图1是现有技术直流保护控制方法中三取二冗余方式的逻辑示意图；
图2是现有技术直流保护控制方法中完全双重化冗余方式的逻辑示意图；
图3是现有技术直流保护控制方法中简化的四取二方式的逻辑示意图；
图4是本发明直流输电工程完全双重化保护冗余系统的结构示意图；
图5是本发明直流输电工程完全双重化保护冗余系统一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图4，图4是本发明直流输电工程完全双重化保护冗余系统的结构示意图。
所述直流输电工程完全双重化保护冗余系统包括：两个直流保护系统10，以及分别连接所述两个直流保护系统10的直流控制系统20；每一所述直流保护系统10包括逻辑判断单元101和两个测量回路102，所述两个测量回路10分别连接至所述逻辑判断单元101，所述逻辑判断单元101连接至所述直流控制系统20；
每一所述直流保护系统10都包括第一工作状态、第二工作状态和闭锁状态；其中，所述第一工作状态为：当所述两个测量回路102同时对所述逻辑判断单元101输出保护动作信号时，所述逻辑判断单元101输出所述保护动作信号至所述直流控制系统20，否则，不输出所述保护动作信号；所述第二工作状态为：当其中一个所述测量回路102对所述逻辑判断单元101输出保护动作信号时，所述逻辑判断单元101输出所述保护动作信号至所述直流控制系统20，否则，不输出所述保护动作信号；
本发明直流输电工程完全双重化保护冗余系统的控制逻辑为：
当所述两个直流保护系统10各自的两个测量回路102都正常时，所述两个直流保护系统10都切换到第一工作状态；
当其中一个直流保护系统10只有一个测量回路102故障时，对应的所述直流保护系统10切换到第二工作状态；
当其中一个直流保护系统10的两个测量回路102都故障时，对应的所述直流保护系统10切换到闭锁状态，同时另一个直流保护系统10切换到第二工作状态；
当所述两个直流保护系统10的两个测量回路102都故障时，所述两个直流保护系统10都切换到闭锁状态；
所述直流控制系统20在接收到所述保护动作信号时，或者所述两个直流保护系统10都切换到闭锁状态时，停运对应的直流设备。
其中，所述测量回路102的工作状态时正常或故障可由所述测量回路102的自检获得。
本发明的直流输电工程完全双重化保护冗余系统中，在其中一个测量回路102故障时，所述测量回路102可对相应的所述逻辑判断单元101输出所述测量回路102的故障消息；所述逻辑判断单元101在接收到两个所述测量回路102的故障消息时，执行闭锁操作，闭锁对应的直流保护系统10。
下面分别针对各种运作情况分析说明本发明的直流输电工程完全双重化保护冗余系统的运作过程：
假设所述两个直流保护系统10分别为直流保护系统A和直流保护系统B。
当检测到直流保护系统A和直流保护系统B各自的两个测量回路102都正常时，所述两个直流保护系统10都切换到第一工作状态。即正常工作状态，对于每一直流保护系统10，只有当其中的两个测量回路102都输出保护动作信号时，才会输出所述保护动作信号至所述直流控制系统20，所述直流控制系统20在接收到所述保护动作信号时，停运对应的直流设备，保护对应的所述直流设备不受到触发保护动作信号的情况损害。
当检测到直流保护系统A或者直流保护系统B中有且只有一个测量回路102故障时，对应的所述直流保护系统10切换到第二工作状态，而另一个所述直流保护系统10的工作状态不变。即在所述故障的测量回路102不输出，所述逻辑判断单元101在剩余的另一个测量回路102输出保护动作信号时，就会将所述保护动作信号出口至所述直流控制系统20，所述直流控制系统20在接收到所述保护动作信号时，停运对应的直流设备。在这种情况下，因为某一个直流保护系统10的其中一个测量回路102故障，所以不能够两路测量回路102都输出保护动作信号，此时，将所述直流保护系统10切换到第二工作状态，以另一路没有故障的测量回路102输出的故障信号决定是否出口，可以避免完全双重化保护冗余因为一路测量回路102故障而发生的拒动，保证对直流设备的有效保护。
当检测到其中一个直流保护系统10的两个测量回路102都故障时，对应的所述直流保护系统10切换到闭锁状态，同时另一个直流保护系统10切换到第二工作状态。例如，直流保护系统A的两个测量回路102都故障，则所述直流保护系统A的输出将会不正确，可能引起误动，因此，将所述直流保护系统A切换到闭锁状态，同时将所述直流保护系统B切换到第二工作状态。所述直流保护系统B在其中一个测量回路102有保护动作信号输出时，即向所述直流控制系统20输出所述保护动作信号，使所述直流控制系统20停运对应的直流设备，保护所述直流设备。如此就可以避免因为所述直流保护系统A的故障而产生的误动，同时将所述直流保护系统B的保护出口条件降低，避免因为所述直流保护系统A的测量回路故障而发生拒动的情况。
当检测到所述两个直流保护系统10的两个测量回路102都故障时，所述两个直流保护系统10都切换到闭锁状态，所述直流控制系统20在所述两个直流保护系统10都切换到闭锁状态时，停运对应的直流设备。避免因为两个直流保护系统10都发生故障时的拒动情况。
与现有技术相比较，本发明的直流输电工程完全双重化保护冗余系统中，通过所述两个直流保护系统的工作状态切换，在任意一套直流保护系统的一路测量回路故障时，切换到第二工作状态，即所述故障的测量回路不输出保护动作信号，当另一路测量回路输出保护动作信号时，所述逻辑判断单元都输出所述保护动作信号，同时，另一套直流保护系统的保护动作逻辑不变。任意一套直流保护系统的两路测量回路都因为故障或检修而退出运行时，本套直流保护系统闭锁，另外一套直流保护系统的保护动作逻辑变为其中一个测量回路有保护动作信号时，将所述保护动作信号出口。本发明的直流输电工程完全双重化保护冗余系统可更好地满足“杜绝拒动，尽可能避免误动”的保护配置要求。
可以大大降低高压直流系统保护拒动的概率，并尽可能地避免了误动，提高了整个高压直流输电系统保护的可靠性，减少了由于保护不正确动作造成事故，对于整个电力系统的安全稳定性产生的效益相当可观。
另外，本发明的直流输电工程完全双重化保护冗余系统可以进一步包括一个交流控制端，所述交流控制端在接收到所述保护动作信号时，或者所述两个直流保护系统都切换到闭锁状态时，跳开对应的交流端的断路器跳闸线圈。在对直流设备进行保护的同时，也对交流端的相关设备进行保护。
请参阅图5，图5是本发明直流输电工程完全双重化保护冗余系统一种优选实施方式的结构示意图。
在本实施方式中，每一所述测量回路102包括独立远端模块201，信号合并处理单元202和保护逻辑运算单元203，所述独立远端模块201用于获取远端设备的检测信号，例如设置在变电站设备现场的各种工作状况检测装置的检测信号，如电流、电压、功率等。所述信号合并处理单元202将各个所述独立远端模块201获取的检测信号同步传输至所述保护逻辑运算单元203，所述保护逻辑运算单元203根据所述检测信号进行逻辑运算，并根据预设的保护逻辑，判断是否输出所述保护动作信号。每一路所述测量回路102都是互相独立的，互补影响，提高测量的准确性。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (4)
1.一种直流输电工程完全双重化保护冗余系统，其特征在于，包括两个直流保护系统，以及分别连接所述两个直流保护系统的直流控制系统；每一所述直流保护系统包括逻辑判断单元和两个测量回路，所述两个测量回路分别连接至所述逻辑判断单元，所述逻辑判断单元连接至所述直流控制系统；
每一所述直流保护系统包括第一工作状态、第二工作状态和闭锁状态；其中，所述第一工作状态为：当所述两个测量回路同时对所述逻辑判断单元输出保护动作信号时，所述逻辑判断单元输出所述保护动作信号至所述直流控制系统，否则，不输出所述保护动作信号；所述第二工作状态为：当其中一个所述测量回路对所述逻辑判断单元输出保护动作信号时，所述逻辑判断单元输出所述保护动作信号至所述直流控制系统，否则，不输出所述保护动作信号；
当所述两个直流保护系统各自的两个测量回路都正常时，所述两个直流保护系统都切换到第一工作状态；
当其中一个直流保护系统只有一个测量回路故障时，对应的所述直流保护系统切换到第二工作状态；
当其中一个直流保护系统的两个测量回路都故障时，对应的所述直流保护系统切换到闭锁状态，同时另一个直流保护系统切换到第二工作状态；
当所述两个直流保护系统的两个测量回路都故障时，所述两个直流保护系统都切换到闭锁状态；
所述直流控制系统在接收到所述保护动作信号时，或者所述两个直流保护系统都切换到闭锁状态时，停运对应的直流设备。
2.如权利要求1所述的直流输电工程完全双重化保护冗余系统，其特征在于，进一步包括交流控制端，所述交流控制端在接收到所述保护动作信号时，或者所述两个直流保护系统都切换到闭锁状态时，跳开对应的交流端的断路器跳闸线圈。
3.如权利要求1所述的直流输电工程完全双重化保护冗余系统，其特征在于，每一所述测量回路包括独立远端模块，信号合并处理单元和保护逻辑运算单元，所述独立远端模块用于获取远端设备的检测信号，所述信号合并处理单元将各个所述独立远端模块获取的检测信号同步传输至所述保护逻辑运算单元，所述保护逻辑运算单元根据所述检测信号进行逻辑运算，根据预设的保护逻辑，判断是否输出所述保护动作信号。
4.如权利要求1所述的直流输电工程完全双重化保护冗余系统，其特征在于，当其中一个测量回路故障时，所述测量回路对相应的所述逻辑判断单元输出所述测量回路的故障消息；
当所述逻辑判断单元接收到两个所述测量回路的故障消息时，执行闭锁操作。
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