CN107611937B - 一种直流断路器的过电压保护电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种直流断路器的过电压保护电路及方法，过电压保护电路的输入端与换流电路连接，过电压保护电路的输出端与平波电抗器连接；过电压保护电路包括：第一避雷器、直流断路器和可控避雷器，直流断路器的阀侧端与第一避雷器连接，直流断路器的线路侧端与可控避雷器连接。本发明实施例还同时公开了一种直流断路器的过电压保护方法。

Description

一种直流断路器的过电压保护电路及方法

技术领域

本发明涉及柔性直流输电系统中直流断路器的保护技术领域，尤其涉及一种直流断路器的过电压保护电路及方法。

背景技术

柔性直流输电技术作为一种新型直流输电技术，与常规直流输电技术相比，具有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信等优点。因此，柔性直流输电系统被广泛应用。

在柔性直流输电系统中，最关键的设备是直流断路器，具体用于隔离故障线路。直流断路器在隔离故障线路的过程中，直流断路器的周围及其内部会产生极高的过电压，可能损坏直流断路器，因此，需要限制直流断路器的过电压，以保护直流断路器不被损坏。

在现有技术中，限制直流断路器的过电压的方案为：首先，依靠在换流器出口处配置的避雷器，限制了直流断路器阀侧端对地的过电压，依靠平波电抗器端间配置的避雷器，限制了直流断路器线路侧端对地的过电压，其次，再结合直流断路器本身与限流阀并联避雷器，将直流断路器的端间过电压限制在一定范围内。

通过上述方案，可以实现直流断路器在隔离故障线路时，对直流断路器进行一定的保护。然而，在柔性直流输电系统进行工程实践时，当直流断路器和平波电抗器之间的连线上发生瞬时性故障时，直流断路器隔离故障线路时，虽然通过上述方案能够降低直流断路器的线路侧端对地的过电压，但是降低的幅度有限，仍有很大可能损坏直流断路器，无法保证直流断路器的安全。

发明内容

为解决现有存在的技术问题，本发明实施例期望提供一种直流断路器的过电压保护电路及方法，能够大幅降低直流断路器线路侧端对地的过电压，保障了直流断路器的安全。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种直流断路器的过电压保护电路，所述过电压保护电路的输入端与换流电路连接，所述过电压保护电路的输出端与平波电抗器连接；所述过电压保护电路包括：第一避雷器、直流断路器和可控避雷器，所述直流断路器的阀侧端与所述第一避雷器连接，所述直流断路器的线路侧端与所述可控避雷器连接。

在上述电路中，所述过电压保护电路由监测控制系统控制，所述监测控制系统分别与所述直流断路器和所述可控避雷器连接；

所述监测控制系统，用于检测所述过电压保护电路与所述平波电抗器之间的连线是否发生瞬时性故障，当检测出出现瞬时性故障时，所述监测控制系统发送跳闸信号给所述直流断路器，并将所述跳闸信号无延时发送给所述可控避雷器。

在上述电路中，所述可控避雷器包括：固定元件、受控元件和旁路开关，所述固定元件的输入端与所述直流断路器的线路侧端连接，所述固定元件的输出端与所述受控元件的输入端连接，所述受控元件的输出端接地，所述旁路开关与所述受控元件并联，所述旁路开关还与所述检测控制系统连接；其中，

所述可控避雷器的预设额定电压与所述第一避雷器的预设额定电压相同，所述可控避雷器的预设可控比在10％至30％之间，所述可控比为所述受控元件的预设额定电压与所述固定元件和所述受控元件预设额定电压之和的比值。

在上述电路中，所述可控避雷器，用于通过所述旁路开关接收所述跳闸信号，根据所述跳闸信号，闭合所述旁路开关，将所述受控元件短路，通过所述固定元件将流经所述直流断路器线路侧端的所述过电流导向地面。

在上述电路中，所述第一避雷器，用于当所述可控避雷器通过所述固定元件将流经所述直流断路器线路侧端的所述过电流导向地面时，将流经所述直流断路器阀侧端的所述过电流导向地面。

本发明实施例提供了一种直流断路器的过电压保护方法，所述方法包括：

通过直流断路器和可控避雷器分别接收监测控制系统发送的跳闸信号；

根据所述跳闸信号，控制所述可控避雷器的旁路开关闭合，将所述可控避雷器的受控元件短路。

在上述方案中，所述将所述可控避雷器的受控元件短路之后，所述方法还包括：

通过所述可控避雷器的固定元件将流经所述直流断路器线路侧端的所述过电流导向地面。

在上述方案中，所述通过所述可控避雷器的固定元件将流经所述直流断路器线路侧端的所述过电流导向地面时，所述方法还包括：

通过第一避雷器将流经所述直流断路器阀侧端的所述过电流导向地面。

由此可见，本发明实施例提供了一种直流断路器的过电压保护电路及方法，过电压保护电路的输入端与换流电路连接，过电压保护电路的输出端与平波电抗器连接；过电压保护电路包括：第一避雷器、直流断路器和可控避雷器，直流断路器的阀侧端与第一避雷器连接，直流断路器的线路侧端与可控避雷器连接。采用该电路，当直流断路器和平波电抗器之间出现瞬时性故障时，直流断路器执行跳闸操作时，能够大幅降低直流断路器线路侧端对地的过电压，保障了直流断路器的安全。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种柔性直流输电系统中直流断路器的过电压保护电路结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种柔性直流输电系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种直流断路器内部电路结构的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种可控避雷器内部电路结构的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种直流断路器的过电压保护方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种柔性直流输电系统中直流断路器的过电压保护电路结构示意图。

如图1所示，在一组输电路径中，过电压保护电路1的输入端10与换流电路2连接，过电压保护电路1的输出端11与平波电抗器3的输入端30连接，该过电压保护电路1可以包括：

第一避雷器101、直流断路器102和可控避雷器103。其中，直流断路器阀侧端1020与第一避雷器连接，直流断路器线路侧端1021与可控避雷器103连接。

进一步的，图2为本发明实施例提供的一种柔性直流输电系统结构示意图。

需要说明的是，如图2所示，柔性直流输电系统中，包括两组输电路径，在两组输电路径中，元器件完全相同，连接方式完全相同，实现的功能也一致，两组输电路径输电过程中互不干扰，相对独立。因此，在本发明的实施例中，针对其中一组输电路径中的过电压保护电路进行详细说明，另一组输电路径是完全一样的，设置两组输电路径的目的在于，当某一组输电路径无法正常工作时，另一组可以正常工作，进行输电。

需要说明的是，如图2所示，在柔性直流输电系统中，平波电抗器3的输出端31连接远距离输电线路，远距离输电线路之后连接的电路与远距离输电线路之前连接的电路对称，即对称电路4，具体的，远距离输电线路之后连接的为对称电路4中的平波电抗器，在对称电路4中，平波电抗器之后连接过电压保护电路，过电压保护电路之后连接换流电路。需要说明的是，对称电路4中的换流电路，其作用与换流电路2的作用相反，换流电路2是将交流电转换为直流电，而对称电路4中的换流电路是将直流电转换成交流电。

如图2所示，过电压保护电路1还包括：直流母线104，直流母线104连接于直流断路器阀侧端1020与第一避雷器101之间。

需要说明的是，过电压保护电路1由监测控制系统5(图中未示出)控制，监测控制系统5分别与直流断路器102和可控避雷器103连接；

监测控制系统5，用于检测过电压保护电路1与平波电抗器3之间的连线是否发生瞬时性故障，当检测出出现瞬时性故障时，监测控制系统5发送跳闸信号给直流断路器102，并将该跳闸信号无延时发送给可控避雷器103。

需要说明的是，如图2所示，换流电路2包括：交流系统201、电感202、联接变压器203、换流器204，其中，交流系统201与电感202连接，联接变压器203分别与电感202和换流器204连接。

图3为本发明实施例提供的一种直流断路器内部电路结构的示意图。如图2所示，直流断路器102包括：超高速机械隔离开关10211、第一负载转移开关10212、第二负载转移开关10213、第一限流阀10214、第二限流阀10215、第二避雷器10216和二极管1～4。

具体的，如图3所示，直流断路器102包括主电路和支路，主电路包括：超高速机械隔离开关10211、第一负载转移开关10212和第二负载转移开关10213，其中，第一负载转移开关10212分别与超高速机械隔离开关10211和第二负载转移开关10213连接；支路包括：第一限流阀10214、第二限流阀10215、第二避雷器10216和二极管1～4，其中，第一限流阀10214和第二限流阀10215连接后与第二避雷器10216并联，二极管1～4连接到支路的各个端口，第一负载转移开关10212、第二负载转移开关10213、第一限流阀10214，以及第二限流阀10215均与监测控制系统5连接。

需要说明的是，在本发明的实施例中，直流断路器102主电路中并不限定仅仅包括第一负载转移开关10212和第二负载转移开关10213，也可以是多个负载转移开关进行连接，具体的负载转移开关的数目本发明实施例不作限制。同样，直流断路器102支路中并不限定仅仅包括第一限流阀10214和第二限流阀10215，也可以是多个限流阀进行连接，具体的限流阀数目本发明实施例不作限制。

图4为本发明实施例提供的一种可控避雷器内部电路结构的示意图。如图5所示，可控避雷器103包括：固定元件1031、受控元件1032和旁路开关1033，：固定元件1031的输入端与直流断路器102的线路侧端1021连接，固定元件1031的输出端与受控元件1032的输入端连接，受控元件1032的输出端接地，旁路开关1033与受控元件1032并联，旁路开关1032还与监测控制系统5连接。

需要说明的是，第二避雷器10216的预设额定电压小于第一避雷器101的预设额定电压，可控避雷器103的预设额定电压与第一避雷器101的预设额定电压相同，可控避雷器103的预设可控比在10％至30％之间，可控比为受控元件1032的预设额定电压与固定元件1031和受控元件1032预设额定电压之和的比值。

示例性的，以500kV柔性直流电网为例，第一避雷器101的预设额定电压可取628kV，可控避雷器103的预设额定电压取值也为628kV，第二避雷器10216的预设额定电压取值为618kV。优选的，可控比选择为15％可取得较佳的成本和控制效果。依据该比例可计算出受控元件1032的预设额定电压为94.2KV，固定元件1031的额定电压为533.8KV。

下面根据上述电路连接，说明过电压保护电路1的工作流程。

在本发明的实施例中，当监测控制系统5检测出过电压保护电路1与平波电抗器3之间的连线发生瞬时性故障时，向直流断路器102和可控避雷器103同时发送跳闸信号。

需要说明的是，当过电压保护电路1与平波电抗器3之间的连线发生瞬时性故障时，在故障处将会产生过电压。

具体的，直流断路器102，当接收到跳闸信号时，将其内部第一负载转移开关10212和第二负载转移开关10213断开，第一限流阀10214和第二限流阀10215闭合，当过电流流入该支路后，超高速机械隔离开关10211断开，之后第一限流阀10214和第二限流阀10215断开，最后过电流从第二避雷器12016流出。

可控避雷器103，通过旁路开关接收跳闸信号，根据跳闸信号，闭合旁路开关1033，将受控元件1032短路，通过固定元件1031将流经直流断路器线路侧端1021的过电流导向地面。

第一避雷器101，当可控避雷器103通过固定元件1032将流经直流断路器线路侧端1021的过电流导向地面时，将流经直流断路器阀侧端1020的过电流导向地面。

可以理解的是，当电路正常时，直流断路器线路侧端1021的电压由可控避雷器103中的固定元件1031和受控元件1032共同承担，当电路故障，直流断路器102的超高速隔离开关10211断开时，由固定元件1031单独承担直流断路器线路侧端1021的过电压，将直流断路器线路侧端1021的过电流导向地面，从而大幅降低了直流断路器线路侧端1021的过电压。并且，大幅降低直流断路器线路侧端1021的过电压，也就大幅降低了直流断路器的端间过电压。

本发明实施例提供的直流断路器的过电压保护电路，过电压保护电路的输入端与换流电路连接，过电压保护电路的输出端与平波电抗器连接；过电压保护电路包括：第一避雷器、直流断路器和可控避雷器，直流断路器的阀侧端与第一避雷器连接，直流断路器的线路侧端与可控避雷器地线。采用该电路，当直流断路器和平波电抗器之间出现瞬时性故障，直流断路器执行跳闸操作时，能够大幅降低直流断路器线路侧端对地的过电压，保障了直流断路器的安全。

实施例二

本发明实施例提供了一种直流断路器的过电压保护方法，如图5所示，该方法可以包括：

S101、通过可控避雷器接收监测控制系统发送的跳闸信号。

需要说明的是，在本发明的实施例中，过电压保护电路包括：第一避雷器、直流断路器和可控避雷器。其中，直流断路器的阀侧端与第一避雷器连接，直流断路器线路侧端与可控避雷器连接。

需要说明的是，在本发明的实施例中，过电压保护电路中直流断路器和可控避雷器均接收监测控制系统发送的跳闸信号，过电压保护电路再根据跳闸信号，控制直流断路器和可控避雷器进行相应操作。

S102、根据跳闸信号，控制可控避雷器的旁路开关闭合，将可控避雷器的受控元件短路。

在本发明的实施例中，过电压保护电路根据可控避雷器接收的跳闸信号，控制可控避雷器的旁路开关闭合，将可控避雷器的受控元件短路。

需要说明的是，在可控避雷器包括：固定元件、受控元件和旁路开关，固定元件与受控元件串联，受控元件与旁路开关并联，将旁路开关闭合，也就是说，受控元件将不再工作，可控避雷器中由固定元件工作。

进一步的，在步骤S102之后，过电压保护电路通过可控避雷器的固定元件将流经直流断路器线路侧端的过电流导向地面。并且，过电压保护电路在通过可控避雷器的固定元件将流经直流断路器线路侧端的过电流导向地面时，通过第一避雷器将流经直流断路器阀侧端的过电流导向地面。

可以理解的是，当电路正常时，直流断路器线路侧端的电压由可控避雷器中的固定元件和受控元件共同承担，当电路故障，直流断路器的超高速隔离开关断开时，由固定元件单独承担直流断路器线路侧端的过电压，将直流断路器线路侧端的过电电流导向地面，从而大幅降低了直流断路器线路侧端的过电压。并且，大幅降低直流断路器线路侧端的过电压，也就大幅降低了直流断路器的端间过电压。

需要说明的是，在本发明的实施例中，过电压保护电路中的直流断路器和可控避雷器同时接收跳闸信号，过电压保护电路根据直流断路器接收的跳闸信号，控制直流断路器的负载转移开关和限流阀，将直流断路器的超高速隔离开关断开，将过电流通过直流断路器的第二避雷器流出。

需要说明的是，直流断路器包括：超高速机械隔离开关、负载转移开关、限流阀、第二避雷器和二极管。

在本发明的实施例中，过电压保护电路根据直流断路器接收的跳闸信号，控制直流断路器其内部第一负载转移开关和第二负载转移开关断开，第一限流阀和第二限流阀闭合，当过电流流入该支路后，超高速机械隔离开关断开，之后第一限流阀和第二限流阀断开，最后过电流从直流断路器中的第二避雷器流出。

本发明实施例提供的直流断路器的过电压保护方法，过电压保护电路通过可控避雷器接收监测控制系统发送的跳闸信号；根据跳闸信号，控制可控避雷器的旁路开关闭合，将可控避雷器的受控元件短路。采用该方法，当直流断路器和平波电抗器之间出现瞬时性故障，直流断路器执行跳闸操作时，能够大幅降低直流断路器线路侧端对地的过电压，保障了直流断路器的安全。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种直流断路器的过电压保护电路，其特征在于，所述过电压保护电路的输入端与换流电路连接，所述过电压保护电路的输出端与平波电抗器的输入端连接；所述过电压保护电路包括：第一避雷器、直流断路器和可控避雷器，所述直流断路器的阀侧端与所述第一避雷器连接，所述直流断路器的线路侧端与所述可控避雷器连接，所述可控避雷器设置在所述直流断路器与所述平波电抗器的连接节点与接地点之间，所述直流断路器包括第一限流阀、第二限流阀和第二避雷器，所述第一限流阀与所述第二限流阀串联后与所述第二避雷器并联，所述过电压保护电路由监测控制系统控制，所述监测控制系统分别与所述直流断路器和所述可控避雷器连接；

所述监测控制系统，用于检测所述过电压保护电路与所述平波电抗器之间的连线是否发生瞬时性故障，当检测出出现瞬时性故障时，所述监测控制系统发送跳闸信号给所述直流断路器，并将所述跳闸信号无延时发送给所述可控避雷器。

2.根据权利要求1所述的过电压保护电路，其特征在于，

所述可控避雷器包括：固定元件、受控元件和旁路开关，所述固定元件的输入端与所述直流断路器的线路侧端连接，所述固定元件的输出端与所述受控元件的输入端连接，所述受控元件的输出端接地，所述旁路开关与所述受控元件并联，所述旁路开关还与所述检测控制系统连接；其中，

所述可控避雷器的预设额定电压与所述第一避雷器的预设额定电压相同，所述可控避雷器的预设可控比在10％至30％之间，所述可控比为所述受控元件的预设额定电压与所述固定元件和所述受控元件预设额定电压之和的比值。

3.根据权利要求2所述的过电压保护电路，其特征在于，

所述可控避雷器，用于通过所述旁路开关接收所述跳闸信号，根据所述跳闸信号，闭合所述旁路开关，将所述受控元件短路，通过所述固定元件将流经所述直流断路器线路侧端的所述过电流导向地面。

4.根据权利要求3所述的过电压保护电路，其特征在于，

所述第一避雷器，用于当所述可控避雷器通过所述固定元件将流经所述直流断路器线路侧端的所述过电流导向地面时，将流经所述直流断路器阀侧端的所述过电流导向地面。

5.一种直流断路器的过电压保护方法，其特征在于，所述方法包括：

通过可控避雷器和直流断路器接收监测控制系统发送的跳闸信号，所述可控避雷器设置在所述直流断路器与平波电抗器的连接节点与接地点之间；

根据所述跳闸信号，控制所述可控避雷器的旁路开关闭合，将所述可控避雷器的受控元件短路；

根据所述跳闸信号，控制所述直流断路器中的第一限流阀和第二限流阀断开，过电流经过所述直流断路器中的第二避雷器流出。

6.根据权利要求5所述的过电压保护方法，其特征在于，所述将所述可控避雷器的受控元件短路之后，所述方法还包括：

通过所述可控避雷器的固定元件将流经所述直流断路器线路侧端的所述过电流导向地面。

7.根据权利要求6所述的过电压保护方法，其特征在于，所述通过所述可控避雷器的固定元件将流经所述直流断路器线路侧端的所述过电流导向地面时，所述方法还包括：

通过第一避雷器将流经所述直流断路器阀侧端的所述过电流导向地面。

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