CN104377648A - 一种基于证据理论的最后断路器后备保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于证据理论的最后断路器后备保护方法。本发明利用Zigbee等无线通信工具获取高端换流变运行状态信息，根据高端换流变工况调整动作逻辑，基于证据理论构建了考虑高端换流变检修的特殊工况下最后断路器保护整定方案。该方法消除了已有的最后断路器保护方案存在的隐患，使最后断路器保护对故障进行正确的、快速地响应动作。

Description

一种基于证据理论的最后断路器后备保护方法

技术领域

本发明涉及基于证据理论的最后断路器后备保护方法，特别涉及特高压直流输电系统最后断路器保护后备保护方法，特别是高端换流变退出检修，出现一个完整极加一个1/2极运行的模式或者两个1/2极运行的模式时的最后断路器保护方案。

背景技术

最后断路器保护是直流工程逆变站的重要保护。当逆变侧失去交流电源后，如果直流系统未能及时闭锁，直流系统将会继续向连接在换流母线上的大量无功补偿设备充电，从而引起严重的暂时过电压，对阀、避雷器、换流母线等造成影响。为了防止这种情况的发生，在高压直流输电系统的逆变站中通常都安装了最后断路器保护，以确保在发生上述情况时可以迅速将阀闭锁。

常规直流中的最后断路器保护在特定工况下会出现动作后果不合理的情况，而特高压直流工程中的最后断路器保护，目前采用的基于避雷器能耗的整定方法，由于保护只采集高端换流变进线区域的电压值以及避雷器电流值，如果高端换流变退出检修，出现一个完整极加一个1/2极运行的模式或者两个1/2极运行的模式时，将失去该极的最后断路器保护功能，从而带来安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种使最后断路器保护对故障进行正确的、快速地响应动作，提高了特高压直流输电系统的安全性及稳定性的基于证据理论的最后断路器后备保护方法。

本发明的技术方案是：本发明基于证据理论的最后断路器后备保护方法，保护的整定逻辑包括三个子逻辑：一个是基于交流场开关量和运行参数的最后断路器保护动作判据；一个是基于避雷器能量积分的最后断路器保护动作判据；一个是基于避雷器能量释放的最后断路器保护动作判据，三个逻辑并联，独立进行判断，给出相应的判断信号，并最终根据直流系统运行模式对各个判断信号进行选择，在启动该保护之前设定好系统中三个逻辑包含的参考值，该保护的过程为：

第一步，判断系统是否满足以下三个条件：直流极在解锁状态、本系统为工作系统、本站为逆变站；若满足，则进入第二步，若不满足，则不启动最后断路器保护跳闸逻辑；

第二步，启动三个最后断路器保护跳闸逻辑，分别独立判断得出最后断路器保护动作信号L_i，i＝1、2、3，L_i值为1表动作，L_i值为0表闭锁；

第三步，利用Zigbee无线通信工具获取高端换流变运行状态信息，判断直流系统运行模式，如果为一个完整极加一个1/2极运行的模式(1+1/2模式)或者两个1/2极运行的模式(1/2+1/2模式)，则以L₁值作为最后断路器保护动作的最终判据，否则采用证据理论，从三个动作信号中选择两个相同的信号作为最后断路器保护动作的最终判据。

三个最后断路器保护逻辑分别描述如下：

1)最后断路器保护逻辑一：当一个间隔处于隔离状态、另一个间隔跳闸或者当两个间隔都处于跳闸状态时；

2)最后断路器保护逻辑二：最后断路器保护按每相进行计算，以A相例，当电压量U_ac超过电压定值U_bigh时以及电流量I₁超过电流定值I_start时，选择器选通积分计算回路，将I₁与电压常数U_const相乘，经积分器计算后与跳闸值R_trip进行比较，如果大于或等于跳闸值，就发A相最后断路器保护动作信号至总出口逻辑，对B、C相进行相同计算，A、B、C三相任一相发最后断路器保护动作信号，即置L₂＝1，否则置L₃＝0；

其中积分公式如下：

$E_{L1}=E_{T-\mathrm{\ΔT}}+\frac{\mathrm{\ΔT}}{1000000}\×U_{\mathrm{const}}{I}_1$

式中，E_T-ΔT为上一次积分的值；ΔT为保护的中断周期，单位为Tic，1Tic＝1ms；

3)最后断路器保护逻辑三：最后断路器保护按每相进行计算，以A相为例，当电压量U_ac和电流量I₁中有一个或两个都小于定值时，开放能量释放计算，脉冲发生器每隔1000Tic就发出一次脉冲，由0变1，进行一次能量释放计算，将避雷器散热常数R_coolconst乘以1000后与上次计算的积分值相乘并取负，经积分器计算后与跳闸值R_trip进行比较，如果大于或等于跳闸值，就发A相最后断路器保护动作信号至总出口逻辑，对B、C相进行相同计算，A、B、C三相任一相发最后断路器保护动作信号，即置L₃＝1，否则置L₃＝0；

其中能量释放的积分方程如下：

$E_{L1}=E_{T-\mathrm{\ΔT}}(1-\frac{\mathrm{\ΔT}\×1000}{1000000}\×R_{\mathrm{coolconst}})$

逻辑二和逻辑三中电压参考值设为460kV、电流参考值设为20.0A、跳闸参考值设为3.1MJ，逻辑二中电压常数设为0.595MV，逻辑三中避雷器冷却常数设为1/3600。

本发明针对目前采用的判据在直流系统运行模式为一个完整极加一个1/2极运行的模式(1+1/2模式)或者两个1/2极运行的模式(1/2+1/2模式)时，将失去该极的最后断路器保护功能这一安全隐患，利用Zigbee等无线通信工具获取高端换流变运行状态信息，判断直流系统运行模式，采用证据理论，从三个动作信号中选择两个相同的信号作为最后断路器保护动作的最终判据。使最后断路器保护对故障进行正确的、快速地响应动作，提高了特高压直流输电系统的安全性及稳定性。

附图说明

图1为本发明的整定逻辑示意图。

具体实施方式

附图1为本发明保护的整定逻辑，其包括三个子逻辑：一个是基于交流场开关量和运行参数的最后断路器保护动作判据；一个是基于避雷器能量积分的最后断路器保护动作判据；一个是基于避雷器能量释放的最后断路器保护动作判据。三个逻辑并联，独立进行判断，给出相应的判断信号，并最终根据直流系统运行模式对各个判断信号进行选择。

该发明在启动该保护之前应该设定好系统的参考值，逻辑二和逻辑三中电压参考值设为460kV、电流参考值设为20.0A、跳闸参考值设为3.1MJ，逻辑二中电压常数设为0.595MV，逻辑三中避雷器冷却常数设为1/3600。第一步，判断系统是否满足以下三个条件：直流极在解锁状态、本系统为工作系统、本站为逆变站。若满足，则进入第二步，若不满足，则不启动最后断路器保护跳闸逻辑。第二步，启动三个最后断路器保护跳闸逻辑，分别独立判断得出最后断路器保护动作信号L_i，i＝1、2、3，L_i值为1表动作，L_i值为0表闭锁。第三步，利用Zigbee等无线通信工具获取高端换流变运行状态信息，判断直流系统运行模式，如果为一个完整极加一个1/2极运行的模式(1+1/2模式)或者两个1/2极运行的模式(1/2+1/2模式)，则以L₁值作为最后断路器保护动作的最终判据，否则采用D-S证据理论，从三个动作信号中选择两个相同的信号作为最后断路器保护动作的最终判据。

本发明根据高压直流输电工程运行的一般规律及±800kV特高压直流输电项目的运行经验，在分析现有最后断路器保护不足的基础上，提出了一种基于证据理论的最后断路器保护后备保护方案。目前特高压直流输电工程中最后断路器跳闸装置的主要判断依据是避雷器能耗判据，通过计算避雷器能耗并与参考值进行比较，可以判断是否出现交流系统甩负荷，从而确定是否闭锁直流。但是该保护方案只采集高端换流变进线区域的电压值以及避雷器电流值，如果高端换流变退出检修，出现一个完整极加一个1/2极(1+1/2)运行的模式或者两个1/2极(1/2+1/2)运行的模式时，将失去该极的最后断路器保护功能，从而带来安全隐患。本方案综合直流极母线避雷器测量电流量后避雷器的能量积分运算逻辑、能量释放计算逻辑与保护出口逻辑，利用Zigbee等无线通信工具获取高端换流变运行状态信息，根据高端换流变工况调整动作逻辑，基于证据理论构建了考虑高端换流变检修的特殊工况下最后断路器保护整定方案。该方法消除了已有的最后断路器保护方案存在的隐患，使最后断路器保护对故障进行正确的、快速地响应动作。

Claims (3)

1.一种基于证据理论的最后断路器后备保护方法，保护的整定逻辑包括三个子逻辑：一个是基于交流场开关量和运行参数的最后断路器保护动作判据；一个是基于避雷器能量积分的最后断路器保护动作判据；一个是基于避雷器能量释放的最后断路器保护动作判据，三个逻辑并联，独立进行判断，给出相应的判断信号，并最终根据直流系统运行模式对各个判断信号进行选择，在启动该保护之前设定好系统中三个逻辑包含的参考值，其特征在于该保护的过程为：

第一步，判断系统是否满足以下三个条件：直流极在解锁状态、本系统为工作系统、本站为逆变站；若满足，则进入第二步，若不满足，则不启动最后断路器保护跳闸逻辑；

第二步，启动三个最后断路器保护跳闸逻辑，分别独立判断得出最后断路器保护动作信号L_i，i＝1、2、3，L_i值为1表动作，L_i值为0表闭锁；

第三步，利用Zigbee无线通信工具获取高端换流变运行状态信息，判断直流系统运行模式，如果为一个完整极加一个1/2极运行的模式(1+1/2模式)或者两个1/2极运行的模式(1/2+1/2模式)，则以L₁值作为最后断路器保护动作的最终判据，否则采用证据理论，从三个动作信号中选择两个相同的信号作为最后断路器保护动作的最终判据。

2.根据权利要求1中所述的基于证据理论的最后断路器后备保护方法，其特征在于三个最后断路器保护逻辑分别描述如下：

1)最后断路器保护逻辑一：当一个间隔处于隔离状态、另一个间隔跳闸或者当两个间隔都处于跳闸状态时；

2)最后断路器保护逻辑二：最后断路器保护按每相进行计算，以A相例，当电压量U_ac超过电压定值U_high时以及电流量I₁超过电流定值I_start时，选择器选通积分计算回路，将I₁与电压常数U_const相乘，经积分器计算后与跳闸值R_trip进行比较，如果大于或等于跳闸值，就发A相最后断路器保护动作信号至总出口逻辑，对B、C相进行相同计算，A、B、C三相任一相发最后断路器保护动作信号，即置L₂＝1，否则置L₃＝0；

其中积分公式如下：

$E_{L1}=E_{T-\mathrm{\ΔT}}+\frac{\mathrm{\ΔT}}{1000000}\×U_{\mathrm{const}}\×I_1$

式中，E_T-ΔT为上一次积分的值；ΔT为保护的中断周期，单位为Tic，1Tic＝1ms；

3)最后断路器保护逻辑三：最后断路器保护按每相进行计算，以A相为例，当电压量U_ac和电流量I₁中有一个或两个都小于定值时，开放能量释放计算，脉冲发生器每隔1000Tic就发出一次脉冲，由0变1，进行一次能量释放计算，将避雷器散热常数R_coolconst乘以1000后与上次计算的积分值相乘并取负，经积分器计算后与跳闸值R_trip进行比较，如果大于或等于跳闸值，就发A相最后断路器保护动作信号至总出口逻辑，对B、C相进行相同计算，A、B、C三相任一相发最后断路器保护动作信号，即置L₃＝1，否则置L₃＝0；

其中能量释放的积分方程如下：

$E_{L1}=E_{T-\mathrm{\ΔT}}(1-\frac{\mathrm{\ΔT}\×1000}{1000000}\×R_{\mathrm{coolconst}})$

3.根据权利要求1中所述的基于证据理论的最后断路器后备保护方法，其特征在于逻辑二和逻辑三中电压参考值设为460kV、电流参考值设为20.0A、跳闸参考值设为3.1MJ，逻辑二中电压常数设为0.595MV，逻辑三中避雷器冷却常数设为1/3600。