CN108134378A - 一种直流保护系统和直流保护实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流保护系统，所述系统包括直流绝缘监测装置，直流故障隔离装置、现场控制中心，绝缘监测装置监测线路电气量，在监测到电气量出现异常时告警，故障隔离装置隔离直流故障，使负载带故障运行。现场控制中心、绝缘监测装置、故障隔离装置之间形成信息互联系统；所述直流保护系统在发生线路故障时的保护步骤如下：1）绝缘监测装置确定直流线路故障位置；2）将故障位置传输给现场控制中心；3）现场控制中心下发命令到直流故障隔离装置、绝缘监测装置和断路器，隔离故障；4）排除故障后重新投入运行；本发明能防止直流系统的误动，拒动等问题，提高了直流输电系统的稳定性，广泛应用在高压直流输电领域。

Description

一种直流保护系统和直流保护实现方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，涉及一种高压直流输电线路的绝缘监测电流保护系统和具体保护方法。

背景技术

近年来，直流输电系统发展迅速，为防止电力系统事故，需要面对许多问题。针对问题，产生了应用直流保护技术的继电保护装置。如今的直流线路中，绝缘监测装置运用直流保护技术实现了交流窜入，直流互串的监测功能，原理是利用某种通信通道将输电线路两端的保护装置纵向连接起来，将各端电气量送到对端进行比较，通过电流量的变化情况以判别故障在线路内还是在线路外，从而确定是否切除故障。

但是随之而来的产生了新的问题，直流系统接地故障发生时，同一直流母线段，当出现同时两点接地，由于直流同一母线两点接地，造成继电保护装置的误动和拒动故障；当现场端子箱交、直流混装失误，现场机构箱内发生交、直流接线出现在同一段或串端子排上，将发生交流窜入直流情况，引起继电保护装置误动。

直流故障隔离装置是一种直流/交流/直流装置，可以有效隔离直流故障，运用高频变压器实现两端直流线路的隔离，本发明运用这个装置与绝缘监测装置结合实现相应的保护系统和保护方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种在直流网络中，根据直流负载所连线路上的绝缘监测装置的直流保护功能和直流故障隔离装置的隔离故障功能，改善绝缘监测装置的误动和拒动现象的直流保护系统和保护方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：直流保护系统，其特征在于：所述直流保护系统包括直流母线、直流负载、断路器、直流绝缘监测装置、直流故障隔离装置以及现场控制中心，直流负载经过断路器和直流母线相连，同时经过故障隔离装置与直流母线相连，直流故障隔离装置和绝缘监测装置通过信息互联系统与现场控制中心连接。所述直流绝缘监测装置监测负载线路电气量，在监测到电气量出现异常时告警，所述直流故障隔离装置输入端接线于直流母线的正负极，输出端接至负载线路断路器和负载之间，所述直流故障隔离装置隔离直流故障，使负载带故障运行，所述现场控制中心、绝缘监测装置、故障隔离装置之间形成信息互联系统。直流故障隔离装置和绝缘监测装置通过信息互联系统将命令传输给现场控制中心。直流负载两侧线路的绝缘监测装置采集的电气量，判断是否满足交流窜入或者直流互串，若满足判据条件，保护出口命令传输至现场控制中心，现场控制中心将相应命令下发，实现直流线路的保护。

作为本发明的一种改进，所述直流故障隔离装置包含故障隔离模块，通信模块以及开关控制模块，

所述故障隔离模块包含逆变桥，交流线路，变压器以及整流桥，直流母线经逆变桥与交流线路上的变压器相连，变压器再经整流桥与负载侧直流线路相连，利用高频变压器隔离故障，所述通信模块接收现场控制中心的命令，将通信信号转换为电信号传输给开关控制模块，将电信号转换为通信信号反馈给现场控制中心；所述开关控制模块接收通信模块的命令进行线路断路器的控制。

作为本发明的一种改进，所述直流绝缘监测装置包括主机、选线装置、直流漏电流传感器。所述主机包括CPU数据处理模块,数据采集模块,平衡桥、不平衡桥电路模块,电源模块,显示模块,报警模块和通信模块;所述数据采集模块包括多路采集电子开关、运算放大器和高精度AD芯片,实时采集直流母线正负对地电压,直流母线电压;所述平衡桥、不平衡桥电路模块包括一组平衡桥电阻和检测桥电阻；所述直流漏电流传感器对母线信号，负载线路信号进行采样，将信号传输至信号采集处理模块，所述数据采集模块对电信号进行采集，CPU数据处理模块计算是否满足保护判据，并将电信号转化为通信信号，将命令传输至通信模块；

所述通信模块接收现场控制中心的命令，将通信信号转换为电信号传输给CPU数据处理模块，并将电信号转换为通信信号反馈给现场控制中心。

作为本发明的一种改进，所述直流绝缘监测装置连接负载，根据容量，多台直流负载支路配置一台直流故障隔离装置。

一种直流保护系统的实现方法，所述方法包括以下步骤：1）直流绝缘监测装置确定直流线路故障位置，直流绝缘监测装置进行短路故障位置识别；

2）将故障位置传输给现场控制中心，直流绝缘监测装置将故障位置及相应电气量传输给现场控制中心处理；

3）现场控制中心下发命令到直流故障隔离装置和断路器，隔离故障：现场控制中心在确认与各装置通信正常后，将合闸信号和跳闸信号传输到直流故障隔离装置和负载线路断路器，先合闸投入直流故障隔离装置，再跳开负载线路断路器，此时故障线路带故障运行；

4）排除故障后重新投入运行：经过故障排查，断路器合闸，断开故障隔离装置，负载重新投入运行。

作为本发明的一种改进，所述步骤1）中直流绝缘监测装置确定直流线路故障位置具体如下，

直流负载两侧线路的绝缘监测装置采集的电气量，判断是否满足交流窜入或者直流互串，绝缘监测装置实时采集并显示交流窜入电压波形，超过报警门限值时自动发出交流窜入告警信息，并能准确判断交流窜入的故障支路及母线极性。

若此时满足判据条件，线路1发生交流窜入或者直流互窜导致此时负载1正负极电流Im1，In1满足保护判据，则将保护出口命令传输至现场控制中心，现场控制中心将相应命令下发，实现直流线路的保护。直流故障隔离装置和绝缘监测装置通过信息互联系统将命令传输给现场控制中心，并由现场控制中心下发命令给二者的通信模块和断路器。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：整个技术方案设计巧妙合理，该方案实现直流输电系统中，防止直流绝缘监测装置在交流窜入或直流互串时绝缘监测装置的拒动和误动情况发生；该方案提高了直流输电系统的稳定性，可以广泛应用在高压直流输电领域。

附图说明

图1为本发明系统的原理图；

图2为本发明方法流程图；

图3为发生直流互串故障时的本发明原理图。

具体实施方式

为了加深对本发明的认识和了解，下面结合附图对本发明进一步的说明和介绍。

实施例1：参见图1，一种直流保护系统，所述直流保护系统包括直流母线、直流负载、断路器、直流绝缘监测装置、直流故障隔离装置以及现场控制中心，直流负载经过断路器和直流母线相连，同时经过故障隔离装置与直流母线相连，直流故障隔离装置和绝缘监测装置通过信息互联系统与现场控制中心连接。所述直流绝缘监测装置监测负载线路电气量，在监测到电气量出现异常时告警，所述直流故障隔离装置输入端接线于直流母线的正负极，输出端接至负载线路断路器和负载之间，所述直流故障隔离装置隔离直流故障，使负载带故障运行，所述现场控制中心、绝缘监测装置、故障隔离装置之间形成信息互联系统。该方案中，直流故障隔离装置和绝缘监测装置通过信息互联系统将命令传输给现场控制中心，直流负载两侧线路的绝缘监测装置采集的电气量，判断是否满足交流窜入或者直流互串，若满足判据条件，保护出口命令传输至现场控制中心，现场控制中心将相应命令下发，实现直流线路的保护，所述直流故障隔离装置包含故障隔离模块，通信模块以及开关控制模块，

所述故障隔离模块包含逆变桥，交流线路，变压器以及整流桥，直流母线经逆变桥与交流线路上的变压器相连，变压器再经整流桥与负载侧直流线路相连，利用高频变压器隔离故障，所述通信模块接收现场控制中心的命令，将通信信号转换为电信号传输给开关控制模块，将电信号转换为通信信号反馈给现场控制中心；

所述开关控制模块接收通信模块的命令进行线路断路器的控制。

进一步地，所述直流绝缘监测装置包括主机、选线装置、直流漏电流传感器。所述主机包括CPU数据处理模块,数据采集模块,平衡桥、不平衡桥电路模块,电源模块,显示模块,报警模块和通信模块;所述数据采集模块包括多路采集电子开关、运算放大器和高精度AD芯片,实时采集直流母线正负对地电压,直流母线电压;所述平衡桥、不平衡桥电路模块包括一组平衡桥电阻和检测桥电阻

所述直流漏电流传感器对母线信号，负载线路信号进行采样，将信号传输至信号采集处理模块，

所述数据采集模块对电信号进行采集，CPU数据处理模块计算是否满足保护判据，并将电信号转化为通信信号，将命令传输至通信模块。绝缘监测装置实时采集线路两极电流值，如线路1的Im1、In1，进行电流保护的计算，判断是否满足判据|Im1-In1|>max（Ir_set，Kres*Ires1），若满足则判断发生区内故障，其中Ir_set为动作电流，Kres为制动系数，制动电流取Ires1=max（Im1，In1）；

所述通信模块接收现场控制中心的命令，将通信信号转换为电信号传输给CPU数据处理模块，并将电信号转换为通信信号反馈给现场控制中心；

进一步地，所述直流绝缘监测装置连接负载，根据容量，多台直流负载支路配置一台直流故障隔离装置。

实施例2：参见图1、图2，一种直流保护系统的实现方法，所述方法包括以下步骤：1）直流绝缘监测装置确定直流线路故障位置，直流绝缘监测装置进行短路故障位置识别；

2）将故障位置传输给现场控制中心，直流绝缘监测装置将故障位置及相应电气量传输给现场控制中心处理；

3）现场控制中心下发命令到直流故障隔离装置、直流绝缘监测装置和断路器，隔离故障：现场控制中心在确认与各装置通信正常后，将合闸信号和跳闸信号传输到直流故障隔离装置和负载线路断路器，先合闸投入直流故障隔离装置，再跳开负载线路断路器，此时故障线路带故障运行；

4）排除故障后重新投入运行：经过故障排查，断路器合闸，断开故障隔离装置，负载重新投入运行。

其中，所述步骤1）中直流绝缘监测装置确定直流线路故障位置具体如下，

直流负载两侧线路的绝缘监测装置采集的电气量，判断是否满足交流窜入或者直流互串，绝缘监测装置实时采集并显示交流窜入电压波形，超过报警门限值时自动发出交流窜入告警信息，并能准确判断交流窜入的故障支路及母线极性。

若此时满足判据条件，线路1发生交流窜入或者直流互窜导致此时负载1正负极电流Im1，In1满足保护判据，则将保护出口命令传输至现场控制中心，现场控制中心将相应命令下发，实现直流线路的保护。直流故障隔离装置和绝缘监测装置通过信息互联系统将命令传输给现场控制中心，并由现场控制中心下发命令给二者的通信模块和断路器。

应用实施例：参见图2、图3，一种直流保护实现方法具体步骤为，

1）绝缘监测装置确定直流线路故障位置：用现有的绝缘监测装置进行短路故障位置识别，第m个线路绝缘监测装置告警，说明线路故障发生在第m个负载所在线路；

2）将故障位置传输给现场控制中心：直流绝缘监测装置将故障位置线路m及线路m的电气量传输给现场控制中心处理；

3）现场控制中心下发命令到直流故障隔离装置、绝缘监测装置和断路器，隔离故障：现场控制中心在确认与各装置通信正常后，将合闸信号传输到线路m所连直流故障隔离装置，先下发命令1合闸投入直流故障隔离装置，再下发命令2将开闸信号传输到线路m所连绝缘监测装置，跳开负载线路m断路器，此时故障线路带故障运行；

4）排除故障后重新投入运行：经过故障排查并解决，现场控制中心下发命令1线路m断路器合闸，然后下发命令2断开故障隔离装置，负载重新投入运行。

如图3为发生异极性直流互串故障时系统保护示例，以此图中负载说明保护系统，图3中S11，S12为负载1所连线路断路器，S21，S22为负载2所连线路断路器，S31，S32为负载1所连线路断路器，S41，S42为故障隔离装置与负载1线路之间的断路器，S51，S52为故障隔离装置与负载2线路之间的线路断路器，S61，S62为故障隔离装置与负载3线路之间的线路断路器。假设短路发生在负载1正极线路和负载2的负极线路，具体保护步骤如下：

1）绝缘监测装置1号和绝缘监测装置2号监测电流满足直流保护判据|Im-In|>max（Ir_set，Kres*Ires），监测到直流互串发生；

2）将故障位置传输给现场控制中心，同时将故障位置线路1、线路2的正负极电气量转化为通信信号传输给现场控制中心；

3）现场控制中心下发命令到直流故障隔离装置、绝缘监测装置和断路器，在确认与各装置通信正常后，先下发命令合闸投入直流故障隔离装置的S41、S42、S51、S52，再下发开闸命令传输到绝缘监测装置1号、2号，跳开负载线路断路器S11、S12、S21、S22，此时故障线路1、线路2带故障运行；

4）经过故障排查确认可以重新接入负载1和负载2后，断路器S11、S12、S21、S22合闸，断开故障隔离装置的S41、S42、S51、S52，负载成功重新投入运行。

在以上步骤中，负载1和负载2线路带故障运行，即使发生误动，故障隔离装置能够有效防止负载断电，提高了电力系统稳定性。若发生短路故障，相比直接切除负载，也能够提高排除故障后的恢复速度，起到保护负载的作用。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述方案的基础上做出的等同替换或者替代，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种直流保护系统，其特征在于：所述直流保护系统包括直流母线、直流负载、断路器、直流绝缘监测装置、直流故障隔离装置以及现场控制中心，直流负载经过断路器和直流母线相连，时经过故障隔离装置与直流母线相连，直流故障隔离装置和绝缘监测装置通过信息互联系统与现场控制中心连接,所述直流绝缘监测装置监测负载线路电气量，在监测到电气量出现异常时告警，所述直流故障隔离装置输入端接线于直流母线的正负极，输出端接至负载线路断路器和负载之间，所述直流故障隔离装置隔离直流故障，使负载带故障运行，所述现场控制中心、绝缘监测装置、故障隔离装置之间形成信息互联系统;直流故障隔离装置和绝缘监测装置通过信息互联系统将命令传输给现场控制中心；直流负载两侧线路的绝缘监测装置采集的电气量，判断是否满足交流窜入或者直流互串，若满足判据条件，保护出口命令传输至现场控制中心，现场控制中心将相应命令下发，实现直流线路的保护。

2.根据权利要求1所述的直流保护系统，其特征在于：

所述直流故障隔离装置包含故障隔离模块，通信模块以及开关控制模块，

所述故障隔离模块包含逆变桥，交流线路，变压器以及整流桥，所述直流母线经逆变桥与交流线路上的变压器相连，变压器再经整流桥与负载侧直流线路相连，利用高频变压器隔离故障，所述通信模块接收现场控制中心的命令，将通信信号转换为电信号传输给开关控制模块，将电信号转换为通信信号反馈给现场控制中心；

所述开关控制模块接收通信模块的命令进行线路断路器的控制。

3.根据权利要求2所述的直流保护系统，其特征在于：所述直流绝缘监测装置包括主机、选线装置、直流漏电流传感器，所述主机包括CPU数据处理模块,数据采集模块,平衡桥、不平衡桥电路模块,电源模块,显示模块,报警模块和通信模块;所述数据采集模块包括多路采集电子开关、运算放大器和高精度AD芯片,实时采集直流母线正负对地电压,直流母线电压;所述平衡桥、不平衡桥电路模块包括一组平衡桥电阻和检测桥电阻，

所述直流漏电流传感器模块对母线信号，负载线路信号进行采样，将信号传输至信号采集处理模块，

所述数据采集模块对电信号进行采集，CPU数据处理模块计算是否满足保护判据，并将电信号转化为通信信号，将命令传输至通信模块；

所述通信模块接收现场控制中心的命令，将通信信号转换为电信号传输给CPU数据处理模块，并将电信号转换为通信信号反馈给现场控制中心。

4.根据权利要求2或3所述的直流保护系统，其特征在于：所述直流绝缘监测装置连接负载，根据容量，多台直流负载配置一台直流故障隔离装置。

5.采用权利要求1-4任意一项直流保护系统的实现方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1）直流绝缘监测装置确定直流线路故障位置，直流绝缘监测装置进行短路故障位置识别；

2）将故障位置传输给现场控制中心，直流绝缘监测装置将故障位置及相应电气量传输给现场控制中心处理；

3）现场控制中心下发命令到直流故障隔离装置、直流绝缘监测装置和断路器，隔离故障：现场控制中心在确认与各装置通信正常后，将合闸信号和跳闸信号传输到直流故障隔离装置和负载线路侧断路器，先合闸投入直流故障隔离装置，再跳开负载线路断路器，此时故障线路带故障运行；

4）排除故障后重新投入运行：经过故障排查，断路器合闸，断开故障隔离装置，负载重新投入运行。

6.根据权利要求5所述的直流保护系统的实现方法，其特征在于：所述步骤1）中直流绝缘监测装置确定直流线路故障位置具体如下，

直流负载两侧线路的绝缘监测装置采集的电气量，判断是否满足交流窜入或者直流互串，绝缘监测装置实时采集并显示交流窜入电压波形，超过报警门限值时自动发出交流窜入告警信息，并能准确判断交流窜入的故障支路及母线极性。