CN106711970B - 一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法 - Google Patents

一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种统一潮流控制器(UPFC)的串联变压器旁路开关合闸失灵保护方案。其方案由统一潮流控制器阀控制保护装置、串联变压器非电量保护装置及本体非电量继电器、串联变压器电量保护装置、串联变压器旁路开关四类设备构成。串联变压器旁路开关合闸失灵保护由串联变压器电量保护装置实现。串联变压器电量保护接收其他保护装置发出的信号，并采集串联变压器旁路开关位置信息，作为串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作的判据。本发明能够实现统一潮流控制器串联变压器的旁路开关合闸失灵保护。

Description

一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法
技术领域
本发明涉及一种统一潮流控制器的串联变压器旁路开关合闸失灵保护方案，属于电力系统自动化技术领域。
背景技术
随着柔性交流输电技术的发展，FACTS(Flexible Alternative CurrentTransmission Systems，柔性交流输电系统)设备在交流输电网中应用越来越广泛。UPFC(Unified Power Flow Controller，统一潮流控制器)就是目前为止通用性最好的潮流控制设备。如图1所示，UPFC系统通常由换流器9、并联变压器10、并联变压器进线开关5、串联变压器1、统一潮流控制器阀控制保护装置2、串联变压器旁路开关3、4等设备组成。其中，串联变压器网侧绕组的两端，直接串接在线路当中，它承担了UPFC系统与输电网交换功率、调整电压的重要任务。
当UPFC系统发生故障需要退出运行，此时需要将UPFC系统从输电网中隔离出来时。串联变压器的隔离方法为：将串联变压器网侧绕组和换流侧绕组的旁路开关合3、4上，这样串联变压器1就从系统中旁路开来，同时不影响交流输电系统的正常运行。由于UPFC一般造价昂贵，并且换流器抗短路能力较弱。当串联变压器1发生故障时，若旁路开关3、4发生失灵，则UPFC系统不能可靠从系统隔离，威胁系统安全。因此，针对统一潮流控制器阀控制保护或串联变压器非电量保护动作后合旁路开关，需要考虑旁路开关合闸失灵的情况。
对于实际的UPFC系统来说，当系统出现故障时，统一潮流控制器阀控制保护装置2动作后停运UPFC控制系统，同时发旁路合闸信号进行隔离。串联变压器旁路开关3、4的合闸失灵保护需要由统一潮流控制器阀控制保护装置2以外的其他设备实现。
当串联变压器1的本体发生故障时，串联变压器1的非电量保护及本体非电量继电器动作，发旁路合闸信号进行隔离。串联变压器旁路开关3、4的合闸失灵保护需要由串联变压器非电量保护装置以外的其他设备实现。
常规继电保护的断路器失灵判别，主要依靠有流判据。比如系统故障时，有大的故障电流流经断路器，当断路器收到跳闸命令后，可以检测断路器是否仍然有电流流通，若仍然有电流，说明断路器没有可靠断开，则断路器失灵保护动作。常规继电保护中的失灵保护，一般由线路辅助保护装置或母线保护装置承担。旁路开关的合闸特性与断路器分闸特性不同。理论上，在旁路开关合闸前，旁路开关处于断开状态，没有电流流通。旁路开关合上后，旁路开关处于导通状态，应该有电流流通；但是，若线路此时处于轻载状态，则旁路开关上可能仍然没有电流流通，因此若通过合闸前后的电流变化来作为失灵保护判别，可能存在误判别风险。
为了解决上述合闸失灵保护方案的误判问题，提高隔离UPFC串联变压器的可靠性，需要一种更可靠的合闸失灵保护方案。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，方案不依靠电流判据，提高了旁路开关合闸失灵判别的可靠性。
为达成上述目的，本发明的解决方案是：一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，包括以下几个方面：
(1)方案由统一潮流控制器阀控制保护装置、串联变压器非电量保护装置及本体非电量继电器、串联变压器电量保护装置、串联变压器旁路开关四类设备组成；
(2)统一潮流控制器阀控制保护装置动作后，发送合闸命令1给串联变压器旁路开关，同时发送合闸失灵信号1和控制器闭锁信号至串联变压器电量保护装置；
(3)串联变压器非电量保护装置或本体非电量继电器动作后，发送合闸命令2给串联变压器旁路开关，同时发送合闸失灵信号2和合闸失灵信号3至串联变压器电量保护装置；
(4)串联变压器电量保护装置完成串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能，串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能包含启动模块和动作模块两部分。
(5)串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能的启动模块以统一潮流控制器阀控制保护装置发来的合闸失灵信号1作为启动信号1，以控制器闭锁信号作为串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能的动作模块动作的必要条件1；
(6)串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能的启动模块以串联变压器非电量保护装置或本体非电量继电器发来的合闸失灵信号2作为启动信号2，以串联变压器非电量保护装置或本体非电量继电器发来的合闸失灵信号2和合闸失灵信号3作为串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能的动作模块动作的必要条件2；
(7)串联变压器电量保护装置以串联变压器旁路开关的开关双位置信息作为辅助判据；
(8)当串联变压器旁路开关合闸失灵保护满足启动信号1、必要条件1，且串联变压器旁路开关位置不在可靠合位，串联变压器旁路开关合闸失灵保护的计时器1开始计时，当计时达到设定的时间定值1时，串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作；
(9)当串联变压器旁路开关合闸失灵保护满足启动信号2、必要条件2，且串联变压器旁路开关位置在可靠分位，串联变压器旁路开关合闸失灵保护的计时器2开始计时，当计时达到设定的时间定值2时，串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作；
(10)串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作后，串联变压器电量保护装置出口继电器导通，发跳闸命令给本线路的线路开关。
附图说明
图1为UPFC系统结构及主要设备(1串联变压器，2统一潮流控制器阀控制保护装置，3、4串联变压器旁路开关，5并联变压器进线开关，6本侧线路开关，7本条接入了UPFC的线路，8对侧线路开关，9换流器，10并联变压器)；
图2为统一潮流控制器阀控制保护装置与串联变压器主变保护之间的失灵配合；
图3为串联变压器旁路开关合闸失灵保护收统一潮流控制器阀控制保护装置失灵信号后的工作流程图；
图4为串联变压器非电量保护装置或本体非电量继电器与串联变压器主变保护之间的失灵配合；
图5为串联变压器旁路开关合闸失灵保护收串联变压器非电量保护装置或本体非电量继电器失灵信号后的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
本方案由四类设备组成：统一潮流控制器阀控制保护装置、串联变压器非电量保护装置及本体非电量继电器、串联变压器电量保护装置、串联变压器旁路开关。各设备之间，可以通过继电器节点信号或者数字信号传递信息。
串联变压器旁路开关合闸失灵保护由串联变压器电量保护装置实现。对于常规变电站，串联变压器电量保护装置可配置IO插件来接收从其他三个设备送来的节点信号。这些节点信号，可以作为串联变压器电量保护装置的开入。针对来自系统操作、故障、直流接地等异常情况，此类开入回路应采用双开入接口，必要时还可加装大功率重动继电器以提高回路抗干扰能力。
对于数字化变电站，串联变压器电量保护装置与其他各设备间采用GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event,面向通用对象的变电站事件)信号交互信息。此时，串联变压器旁路开关配备智能终端。根据GOOSE信号的品质位，可以判别当前信号是否可靠。当GOOSE信号品质异常时，串联变压器电量保护装置经延时报异常告警。
关于可靠合位与可靠分位的判别依据如下：
串联变压器旁路开关分合过程中，开关的跳位位置、合位位置客观上难以做到同时刻上传，因此采用跳位、合位位置作为双位置节点判别时，需要考虑位置信号不全或信号异常的情况，可分为以下四情况：1.跳位合位均为0，2.跳位为1合位为0，3.跳位为0合位为1，4.跳位合位均为1。对于1、4两类情况，属于位置信号异常情况，主变合闸失灵保护经延时后报开关位置异常告警。对于情况2，开关位置为可靠分位。对于情况3，开关位置为可靠合位。在串联变压器旁路开关合闸失灵保护启动模块启动期间，若开关失灵，则串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作，跳线路开关、启线路开关失灵。若UPFC系统发生故障期间，UPFC阀控制保护或串联变压器非电量保护动作合串联变压器旁路开关，但串联变压器旁路开关却发生合闸失灵同时又发生位置信号上送异常，这种情况不属于N-1原则(单一故障安全准则)的研究范围，可根据实际情况制定策略，比如若为保证线路输电稳定为先，失灵保护可不动作；若为保证UPFC系统安全性为先，则失灵保护动作，跳线路开关(图1中6、8)。
串联变压器旁路开关合闸失灵保护的启动模块，分为两类：1.以统一潮流控制器阀控制保护装置发来的合闸失灵信号1作为启动信号1；2.以串联变压器非电量保护装置或本体非电量继电器发来的失灵信号2作为启动信号2。启动模块启动后，串联变压器电量保护装置的失灵保护出口继电器开放正电源，这称为“启动开窗”。启动开窗的持续时间，需要分别考虑。由于统一潮流控制器阀控制保护装置的继电器能够随故障切除而快速返回，因此由统一潮流控制器阀控制保护装置所发失灵信号1触发的，启动开窗可随失灵信号1保持而保持；一般而言，变压器非电量保护的继电器无法快速返回，因此由串联变压器非电量保护装置所发失灵信号2触发的失灵保护启动信号2，启动开窗不随串联变压器非电量保护装置所发失灵信号2保持而保持。开窗时间仅按照躲过旁路开关整组合闸时间、开关位置可靠上送时间整定，约200ms为宜，现场可按照实际需求整定。
如图2的各设备间联接关系，统一潮流控制器阀控制保护装置发旁路开关合闸命令1时，同时发送合闸失灵信号1、控制器闭锁信号至串联变压器电量保护装置。串联变压器电量保护装置同时收串联变压器旁路开关的开关位置。串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作后跳本线路的线路开关。
如图3，串联变压器旁路开关合闸失灵保护的启动模块，在检测到合闸失灵信号1之后启动。当串联变压器旁路开关合闸失灵保护收到控制器闭锁信号、并且串联变压器旁路开关的开关位置不在可靠合位，这两种状态同时满足时，串联变压器旁路开关合闸失灵保护的计时器1开始计时；若计时期间，两种状态中出现任一不满足，则计时器1中断计时，计时器1清零，直至下一次两种状态同时满足后重新开始计时。若计时器1计时达到预先设定的时间定值，串联变压器旁路开关合闸失灵保护的动作模块动作。只有串联变压器旁路开关合闸失灵保护的启动模块启动、动作模块动作的情况下，串联变压器旁路开关合闸失灵保护才会最终动作。
如图4的各设备间联接关系，串联变压器非电量保护装置发旁路开关合闸命令2时，同时发送合闸失灵信号2、合闸失灵信号3至串联变压器电量保护装置。串联变压器电量保护装置同时收串联变压器旁路开关的开关位置。串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作后跳本线路的线路开关。
如图5，串联变压器旁路开关合闸失灵保护的启动模块，在检测到合闸失灵信号2之后启动。当串联变压器旁路开关合闸失灵保护收到合闸失灵信号2、合闸失灵信号3、并且串联变压器旁路开关的开关位置在可靠分位，这三种状态同时满足时，串联变压器旁路开关合闸失灵保护的计时器2开始计时；若计时期间，三种状态中出现任一不满足，则计时器2中断计时，计时器2清零，直至下一次三种状态同时满足后重新开始计时。若计时器2计时达到预先设定的时间定值，串联变压器旁路开关合闸失灵保护的动作模块动作。只有串联变压器旁路开关合闸失灵保护的启动模块启动、动作模块动作的情况下，串联变压器旁路开关合闸失灵保护才会最终动作。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围内，本发明的各种变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于：所述方法基于的系统架构包括统一潮流控制器阀控制保护装置、串联变压器非电量保护装置及本体非电量继电器、串联变压器电量保护装置和串联变压器旁路开关，所述方法的具体步骤包括：
(1)统一潮流控制器阀控制保护装置动作后，发送合闸命令1给串联变压器旁路开关，同时发送合闸失灵信号1和控制器闭锁信号至串联变压器电量保护装置；
(2)串联变压器非电量保护装置或本体非电量继电器动作后，发送合闸命令2给串联变压器旁路开关，同时发送合闸失灵信号2和合闸失灵信号3至串联变压器电量保护装置；
(3)串联变压器电量保护装置完成串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能，串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能包括启动模块和动作模块两部分；
(4)串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能的启动模块以统一潮流控制器阀控制保护装置发来的合闸失灵信号1作为启动信号1，以控制器闭锁信号作为串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能的动作模块动作的必要条件1；
(5)串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能的启动模块以串联变压器非电量保护装置或本体非电量继电器发来的合闸失灵信号2作为启动信号2，以串联变压器非电量保护装置或本体非电量继电器发来的合闸失灵信号2和合闸失灵信号3作为串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能的动作模块动作的必要条件2；
(6)串联变压器电量保护装置以串联变压器旁路开关的开关双位置信息作为辅助判据；
(7)当串联变压器旁路开关合闸失灵保护满足启动信号1、必要条件1，且串联变压器旁路开关位置不在可靠合位，串联变压器旁路开关合闸失灵保护的计时器1开始计时，当计时达到设定的时间定值1时，串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作；
(8)当串联变压器旁路开关合闸失灵保护满足启动信号2、必要条件2，且串联变压器旁路开关位置在可靠分位，串联变压器旁路开关合闸失灵保护的计时器2开始计时，当计时达到设定的时间定值2时，串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作；
(9)串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作后，串联变压器电量保护装置出口继电器导通，发跳闸命令给本线路的线路开关。
2.根据权利要求1所述的一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于：所述本体非电量继电器发来的合闸失灵信号2和合闸失灵信号3作为串联变压器旁路开关合闸失灵保护功能的动作模块动作的必要条件2，合闸失灵信号2和合闸失灵信号3为“与”的关系。
3.根据权利要求1所述的一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于：所述的串联变压器旁路开关，开关的两端跨接了串联变压器单相绕组两臂，或者，开关的两端跨接了串联变压器单相绕组与中性点。
4.根据权利要求1所述的一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于：所述的串联变压器旁路开关为由电力电子器件或机械式结构构成的开关。
5.根据权利要求1所述的一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于：所述统一潮流控制器阀控制保护装置包括UPFC换流器控制设备和UPFC保护设备。
6.根据权利要求1所述的一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于：所述本体非电量继电器为串联变压器自带的非电量信号触点或继电器节点。
7.根据权利要求1所述的一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于：所述本线路是指本条接入了UPFC的线路。
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