CN108448534A - 一种可控避雷器的控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种可控避雷器的控制方法，所述可控避雷器由可控部分和固定部分两部分串联组成；可控部分通过并接于其两端的控制开关进行投切，控制开关合闸时可控部分退出，控制开关分闸时可控部分投入；所述控制方法为：进行线路带电检测，根据检测结果控制可控部分并接控制开关的分合闸，使可控部分的投退自动配合线路开关的分合操作；同时实时监测可控部分并接控制开关的运行状态，控制开关出现异常时，对线路开关进行联动操作。本发明还相应提出了一种可控避雷器的控制系统。本发明可以解耦可控避雷器可控部分的控制系统与线路开关的控制系统，同时提高可控部分投入闭锁线路开关合闸的逻辑可靠性，减少运行人员的介入。

Description

一种可控避雷器的控制方法和系统
技术领域
本发明属于高压、特高压输电领域，特别涉及一种可控避雷器的控制方法和系统。
背景技术
可控避雷器为一种自适应运行条件变化的操作过电压柔性限制设备，避雷器本体由可控部分和固定部分两部分串联组成，可控部分两端并接控制开关，控制开关可采用电力电子开关、旁路断路器实现，控制开关合闸可控部分退出，控制开关分闸可控部分投入。该方法结合在线路中部安装常规避雷器的方法，可深度降低操作过电压，取消断路器合闸电阻。
可控避雷器为分相配置，单相的固定部分和可控部分可整体设计、生产、安装，可靠性、经济性高。
如图1所示，A站、B站采用3/2接线方式的特高压主接线图。以A站为例，可控避雷器由固定部分M11和可控部分M12构成，可控部分两端并接控制开关K1。3/2主接线的线路出线端装设可控避雷器，特高压输电线路两端分别装设可控避雷器，每侧配置一套避雷器控制系统。可控避雷器控制系统主要操作避雷器可控部分并联控制开关K1，控制开关K1合闸时可控部分M12退出，控制开关K1分闸时可控部分M12投入。
陈秀娟，陈维江，沈海滨，李国富，张翠霞，车文俊，宋继军发表于2007年《高电压技术》上的《特高压输电系统操作过电压柔性限制方法》一文中提及了此种设备。避雷器可控部分的投切方法是此柔性限制方法控制系统设计的难点。可控避雷器现有控制方法为：设计顺控逻辑，首先切除可控部分，再经过继电器的延时后，合线路开关，达到合线路开关前先切除可控部分的目的，合线路开关合闸命令发出后再经过继电器延时投入可控部分。
此顺控逻辑的方法的缺点在于:
1)控制系统与原有站内线路开关设备的控制保护系统存在较多联系，在电力系统领域会降低线路运行工况切换的可靠性。
2)切除可控部分的操作与线路开关的合闸操作之间的延时未能优化设计。
3)切除可控部分的操作出现异常失败时，闭锁线路开关合闸的控制策略未能设计。
4)可控部分的控制需要运行人员介入，降低了操作的可靠性。
为解耦可控部分控制系统与线路开关的控制系统，同时提高可控部分投入闭锁线路开关合闸的逻辑可靠性，并减少运行人员的介入，提出本发明。
发明内容
本发明的目的是，提出一种可控避雷器的控制方法和系统，解耦可控避雷器可控部分的控制系统与线路开关的控制系统，同时提高可控部分投入闭锁线路开关合闸的逻辑可靠性，减少运行人员的介入。
本发明的技术方案为：
一种可控避雷器的控制方法，所述可控避雷器由可控部分和固定部分两部分串联组成；可控部分通过并接于其两端的控制开关进行投切，控制开关合闸时可控部分退出，控制开关分闸时可控部分投入；所述控制方法为：进行线路带电检测，根据检测结果控制可控部分并接控制开关的分合闸，使可控部分的投退自动配合线路开关的分合操作；同时实时监测可控部分并接控制开关的运行状态，控制开关出现异常时，对线路开关进行联动操作。
进一步地，所述控制方法包括具体以下两种控制流程：
(1)线路开关分闸过程包括如下步骤：
SA1、线路开关收到线路开关控制系统的线路开关分闸指令；
SA2、若线路开关处于合闸位置，且未收到“控制开关分闸失败，跳两侧线路开关”的信号，则线路开关分闸，线路停电；
SA3、对线路电压及线路电流进行采样，计算电压及电流的有效值，判断线路电压有效值是否小于电压设定值且线路电流是否小于电流设定值，若均是，即得到线路停电、线路开关分闸的判别结果，否则得到线路带电、线路开关合闸的判别结果；
SA4、监测控制开关状态，开关处于分位、且未出现本体状态异常，当SA3中得到线路开关分闸的判别结果时，则自动发出控制开关合闸的命令；
SA5、监测控制开关状态，SA4中控制开关合闸成功，则允许下一步线路开关合闸；SA4中控制开关合闸失败，则闭锁下一步线路开关合闸；
(2)线路开关合闸过程包括如下步骤：
SB1、线路开关收到线路开关控制系统的线路开关合闸指令，
SB2、若线路开关处于分闸位置，且控制开关合闸成功，则线路开关合闸，线路带电；
SB3、对线路电压及线路电流进行采样，计算电压及电流的有效值，判断线路电压有效值是否小于电压设定值且线路电流是否小于电流设定值，若均是，即得到线路停电、线路开关分闸的判别结果，否则得到线路带电、线路开关合闸的判别结果；
SB4、监测控制开关状态，控制开关处于合位、未出现本体状态异常，且当SB3得到线路开关合闸的判别结果时，则自动发出控制开关分闸的命令；
SB5、监测控制开关状态，SB4中控制开关分闸成功，则线路开关合闸操作完成，线路带电可以继续后续带功率操作；SB4中控制开关分闸失败，则跳开两侧线路开关。
进一步地，线路带电检测通过对线路电压及线路电流与相应设定值的比较判定，或通过检测两侧线路开关的位置判定，或通过检测线路开关测控装置、保护装置的分合闸命令及线路电压来进行复合判定，或通过其他保护装置判定的线路带电输出接点来监视线路带电情况。
本发明还提出一种可控避雷器的控制系统，所述可控避雷器由可控部分和固定部分两部分串联组成；可控部分通过并接于其两端的控制开关进行投切；
所述控制系统由控制装置、可控部分并联控制开关的控制接口单元、线路两侧控制装置光通讯接口设备组成；
所述控制装置通过控制接口单元操作可控部分的并联控制开关，通过光通讯接口设备与对侧控制装置互传信号；
控制装置分相采集控制开关分合闸双位置，采集本侧线路电压及线路电流；控制装置输出控制开关分合闸的控制接点、远跳线路开关的控制接点、闭锁线路开关合闸的控制接点；
所述控制装置还包括模拟量检测模块、自动控制模块、控制开关监测模块，其中：
所述模拟量检测模块，检测线路电压、线路电流，满足线路电压小于电压设定值且线路电流小于电流设定值时，即判定线路开关分闸，否则，判定线路开关合闸；
所述自动控制模块，判定线路开关分闸时，发出控制开关合闸的操作；判定线路开关合闸时，发出线路开关合闸；
所述控制开关监测模块，控制开关合闸成功则允许下一步线路开关合闸；控制开关合闸失败则闭锁下一步线路开关合闸；控制开关分闸失败发跳线路开关信号跳开两侧线路开关。
进一步地，所述的控制开关监测模块中，控制开关合闸成功则发允许线路开关合闸信号至两侧线路开关接口单元，允许下一步线路开关合闸；
控制开关合闸失败则发闭锁线路开关合闸信号至两侧线路开关接口单元，闭锁下一步线路开关合闸。
进一步地，对本侧线路开关的操作通过控制系统发出电信号至线路开关接口单元，完成对线路开关的联动操作；
对对侧线路开关的操作通过控制系统发出光纤信号至通讯接口装置，通过通讯接口装置与对侧控制系统交互信号，所述信号包括：跳线路开关、允许线路开关合闸、闭锁线路开关合闸操作。
进一步地，所述控制装置通过采集就地操作箱的辅助分合闸接点完成对本侧控制开关位置的监测，同时通过光电转换装置将此信号转换为光信号耦合到线路光缆上，最终传送至对侧可控避雷器控制装置，实现对侧控制装置对本侧控制开关的分合闸位置的快速监视。
有益效果：
1)控制方法逻辑原理清晰、算法实现简单可靠；
2)避雷器可控部分的控制系统与线路开关控制系统解耦、自动检测线路运行状态实现可控部分的投切,无需运行人员的操作；
3)该方法在线监测可控部分并接控制开关的状态，实现了并接控制开关异常时对线路开关的联动操作。
4)该方法以柔性的方式控制避雷器可控部分的投切，用于降低特高压输电系统的操作过电压，进而降低输变电设备的制造难度。
附图说明
图1为可控避雷器在输电线路中的安装示意图；
图2为本发明所提出的控制方法示意图；
图3为可控避雷器控制装置与其他装置的组成连接图。
具体实施方式
以下结合实施例详细解释本发明。
图1示意可控避雷器的结构及安装位置，以A站为例，可控避雷器由固定部分M11和可控部分M12构成，可控部分两端并接控制开关K1。3/2主接线的线路出线端装设可控避雷器，特高压输电线路两端分别装设可控避雷器，每侧配置一套避雷器控制系统。可控避雷器控制系统主要操作避雷器可控部分并联控制开关K1，控制开关K1合闸时可控部分M12退出，控制开关K1分闸时可控部分M12投入。
本发明提出了一种自动控制可控部分并接开关和监测开关状态的控制方法，所述控制方法为：进行线路带电检测，根据检测结果控制可控部分并接控制开关的分合闸，使可控部分的投退自动配合线路开关的分合操作；同时实时监测可控部分并接控制开关的运行状态，控制开关出现异常时，对线路开关进行联动操作。所述控制方法包括具体以下两种控制流程：如图2所示，
线路开关分闸过程：
SA1、线路开关收到线路开关控制系统的线路开关分闸指令；
SA2、若线路开关处于合闸位置，且未收到“控制开关分闸失败，跳两侧线路开关”的信号，则线路开关分闸，线路停电；
SA3、对线路电压及线路电流进行采样，计算电压及电流的有效值，判断线路电压有效值是否小于电压设定值且线路电流是否小于电流设定值，若均是，即得到线路停电、线路开关分闸的判别结果，否则得到线路带电、线路开关合闸的判别结果；
SA4、监测控制开关状态，开关处于分位、且未出现本体状态异常，当SA3中得到线路开关分闸的判别结果时，则自动发出控制开关合闸的命令。
SA5、监测控制开关状态，SA4中控制开关合闸成功，则允许下一步线路开关合闸；SA4中控制开关合闸失败，则闭锁下一步线路开关合闸；
线路开关合闸过程：
SB1、线路开关收到线路开关控制系统的线路开关合闸指令，
SB2、若线路开关处于分闸位置，且控制开关合闸成功，则线路开关合闸，线路带电；
SB3、对线路电压及线路电流进行采样，计算电压及电流的有效值，判断线路电压有效值是否小于电压设定值且线路电流是否小于电流设定值，若均是，即得到线路停电、线路开关分闸的判别结果，否则得到线路带电、线路开关合闸的判别结果；
SB4、监测控制开关状态，控制开关处于合位、未出现本体状态异常，且当SB3得到线路开关合闸的判别结果时，则自动发出控制开关分闸的命令。
SB5、监测控制开关状态，SB4中控制开关分闸成功，则线路开关合闸操作完成，线路带电可以继续后续带功率操作；SB4中控制开关分闸失败，则跳开两侧线路开关。
线路带电检测可以通过对线路电压及线路电流与相应设定值的比较判定，或通过检测两侧线路开关的位置判定，或通过检测线路开关测控装置、保护装置的分合闸命令及线路电压来进行复合判定，或通过其他保护装置判定的线路带电输出接点来监视线路带电情况。
经过以上方法，实现线路开关合闸前，可控部分并联开关已合闸的目的，同时无需运行人员对控制开关操作，且此过程实时监测了控制开关的状态，确保了控制开关操作的可靠性。
为实现以上控制方法，设计了一套控制系统。系统考虑独立性、自动操作、控制监测功能集中的设计理念。图3为可控避雷器控制装置与其他装置的组成连接图，标明了信号流的名称及信号交互方向。
控制系统主要由控制装置、可控部分并联控制开关的控制接口单元、线路两侧控制装置光通讯接口设备组成。
控制装置通过控制接口单元操作可控部分的并联控制开关，通过光通讯接口设备与对侧控制装置互传信号。
控制接口如下：
①可控避雷器控制装置接入本侧控制开关、对侧控制开关操作箱的分合闸位置接点。即控制装置分相采集控制开关分合闸双位置。
控制装置通过采集就地操作箱的辅助分合闸接点完成对本侧控制开关位置的监测，同时通过光电转换装置将此信号转换为光信号耦合到线路光缆上，最终传送至对侧可控避雷器控制装置，实现了对侧控制装置可快速的监视本侧控制开关的分合闸位置。
②采集本侧线路电压及线路电流，进行线路带电、线路开关合闸的判定，电压电流的采集可实现分相采集。
③控制装置输出控制开关分合闸的控制接点，至可控部分并接控制开关的控制接口单元，进行对控制开关的分合操作，控制开关的分合可分相操作。
④控制装置输出跳线路开关的控制接点，至本侧线路边开关、中开关操作箱或线路保护设备，进行远跳开关操作。
⑤控制装置输出闭锁线路开关合闸的控制接点，至本侧线路边开关、中开关操作箱，可实现闭锁本侧线路开关合闸的操作。
⑥两侧控制装置通过光纤通道互传可控部分并接控制开关的监视状态，控制开关合闸失败时，发合闸失败信号至对侧控制器，对侧控制器闭锁线路开关合闸，实现了线路开关防止误合闸的操作。
⑥两侧控制装置通过光纤通道互传控制开关分闸失败跳线路开关信号，当本侧控制开关本体异常、控制开关分闸失败时，发线路开关分闸命令至对侧控制器，跳开对侧线路开关；
所述控制装置还包括模拟量检测模块、自动控制模块、控制开关监测模块，其中：
所述模拟量检测模块，检测线路电压、线路电流，满足线路电压小于电压设定值且线路电流小于电流设定值时，即判定线路开关分闸，否则，判定线路开关合闸；
所述自动控制模块，判定线路开关分闸时，发出控制开关合闸的操作；判定线路开关合闸时，发出线路开关合闸；
所述控制开关监测模块，控制开关合闸成功则允许下一步线路开关合闸；控制开关合闸失败则闭锁下一步线路开关合闸；控制开关分闸失败发跳线路开关信号跳开两侧线路开关。
本发明提出的一种可控避雷器的控制系统，所述的控制开关监测模块中，控制开关合闸成功则发允许线路开关合闸信号至两侧线路开关接口单元，允许下一步线路开关合闸；
控制开关合闸失败则发闭锁线路开关合闸信号至两侧线路开关接口单元，闭锁下一步线路开关合闸。
本发明提出的一种可控避雷器的控制系统，对本侧线路开关的操作通过控制系统发出电信号至线路开关接口单元，完成对线路开关的联动操作；
对对侧线路开关的操作通过控制系统发出光纤信号至通讯接口装置，通过通讯接口装置与对侧控制系统交互信号，所述信号包括：跳线路开关、允许线路开关合闸、闭锁线路开关合闸操作。
本发明的控制方法逻辑原理清晰、算法实现简单可靠，能够满足根据线路运行状态柔性投切避雷器可控部分的目的，实现了与线路开关控制系统解耦、自动检测线路运行状态实现可控部分的投切,无需运行人员的操作的优点，同时在线监测可控部分并接控制开关的状态，实现了并接控制开关异常时对线路开关的联动操作。本发明涉及以柔性的方式控制避雷器可控部分的投切，用于降低特高压输电系统的操作过电压，进而降低输变电设备的制造难度。
本发明采用独立的装置控制监视线路运行的电气量，设计了自动投切可控部分的策略，此方法也考虑了可控部分操作可靠性，可控部分操作异常时，能可靠闭锁线路开关合闸或跳开线路开关实现线路停运。
鉴于以上对控制方法的梳理，为不受限于上述控制方法，线路带电检测可采用其他方式实现，可通过检测两侧断路器的位置判定，可通过检测线路开关测控装置、保护装置的分合闸命令及线路电压来进行复合判定，也可通过其他保护装置判定的线路带电输出接点来监视线路带电情况。
为不受限于上述控制方法，考虑嵌入式统一平台处理能力的足够强大，可将可控避雷器的保护功能也集成在控制装置中，也可将控制开关的保护功能集成在控制装置中，可简化屏柜及装置配置，减少电缆的布置。
可控避雷器的保护功能配置：能量保护功能，需考虑避雷器可控部分退出后的避雷器固定部分的保护的重新计算，能量保护复归后允许避雷器可控部分退出；温度保护功能，当避雷器温度保护动作时，发出远跳线路开关的命令。
在集成以上保护功能的基础上，装置还可增设线路电压互感器PT断线监视功能，如线路电压互感器PT断线监视功能。
控制装置预留丰富的输入输出接口，可设计其他功能压板及开入信号的监视等，如可实现闭锁线路停电合闸控制开关的功能，具备基本人机接口功能。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可控避雷器的控制方法，所述可控避雷器由可控部分和固定部分两部分串联组成；可控部分通过并接于其两端的控制开关进行投切，控制开关合闸时可控部分退出，控制开关分闸时可控部分投入；其特征在于，所述控制方法为：进行线路带电检测，根据检测结果控制可控部分并接控制开关的分合闸，使可控部分的投退自动配合线路开关的分合操作；同时实时监测可控部分并接控制开关的运行状态，控制开关出现异常时，对线路开关进行联动操作。
2.如权利要求1所述的一种可控避雷器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括具体以下两种控制流程：
(1)线路开关分闸过程包括如下步骤：
SA1、线路开关收到线路开关控制系统的线路开关分闸指令；
SA2、若线路开关处于合闸位置，且未收到“控制开关分闸失败，跳两侧线路开关”的信号，则线路开关分闸，线路停电；
SA3、对线路电压及线路电流进行采样，计算电压及电流的有效值，判断线路电压有效值是否小于电压设定值且线路电流是否小于电流设定值，若均是，即得到线路停电、线路开关分闸的判别结果，否则得到线路带电、线路开关合闸的判别结果；
SA4、监测控制开关状态，开关处于分位、且未出现本体状态异常，当SA3中得到线路开关分闸的判别结果时，则自动发出控制开关合闸的命令；
SA5、监测控制开关状态，SA4中控制开关合闸成功，则允许下一步线路开关合闸；SA4中控制开关合闸失败，则闭锁下一步线路开关合闸；
(2)线路开关合闸过程包括如下步骤：
SB1、线路开关收到线路开关控制系统的线路开关合闸指令；
SB2、若线路开关处于分闸位置，且控制开关合闸成功，则线路开关合闸，线路带电；
SB3、对线路电压及线路电流进行采样，计算电压及电流的有效值，判断线路电压有效值是否小于电压设定值且线路电流是否小于电流设定值，若均是，即得到线路停电、线路开关分闸的判别结果，否则得到线路带电、线路开关合闸的判别结果；
SB4、监测控制开关状态，控制开关处于合位、未出现本体状态异常，且当SB3得到线路开关合闸的判别结果时，则自动发出控制开关分闸的命令；
SB5、监测控制开关状态，SB4中控制开关分闸成功，则线路开关合闸操作完成，线路带电继续后续带功率操作；SB4中控制开关分闸失败，则跳开两侧线路开关。
3.如权利要求1或2所述的一种可控避雷器的控制方法，其特征在于，线路带电检测通过对线路电压及线路电流与相应设定值的比较判定，或通过检测两侧线路开关的位置判定，或通过检测线路开关测控装置、保护装置的分合闸命令及线路电压来进行复合判定，或通过其他保护装置判定的线路带电输出接点来监视线路带电情况。
4.一种可控避雷器的控制系统，所述可控避雷器由可控部分和固定部分两部分串联组成；可控部分通过并接于其两端的控制开关进行投切；其特征在于：
所述控制系统由控制装置、可控部分并联控制开关的控制接口单元、线路两侧控制装置光通讯接口设备组成；
所述控制装置通过控制接口单元操作可控部分的并联控制开关，通过光通讯接口设备与对侧控制装置互传信号；
控制装置分相采集控制开关分合闸双位置，采集本侧线路电压及线路电流；控制装置输出控制开关分合闸的控制接点、远跳线路开关的控制接点、闭锁线路开关合闸的控制接点；
所述控制装置还包括模拟量检测模块、自动控制模块、控制开关监测模块，其中：
所述模拟量检测模块，检测线路电压、线路电流，满足线路电压小于电压设定值且线路电流小于电流设定值时，即判定线路开关分闸，否则，判定线路开关合闸；
所述自动控制模块，判定线路开关分闸时，发出控制开关合闸的操作；判定线路开关合闸时，发出线路开关合闸；
所述控制开关监测模块，控制开关合闸成功则允许下一步线路开关合闸；控制开关合闸失败则闭锁下一步线路开关合闸；控制开关分闸失败发跳线路开关信号跳开两侧线路开关。
5.如权利要求4所述的一种可控避雷器的控制系统，其特征在于：
所述的控制开关监测模块中，控制开关合闸成功则发允许线路开关合闸信号至两侧线路开关接口单元，允许下一步线路开关合闸；
控制开关合闸失败则发闭锁线路开关合闸信号至两侧线路开关接口单元，闭锁下一步线路开关合闸。
6.如权利要求4或5所述的一种可控避雷器的控制系统，其特征在于：
对本侧线路开关的操作通过控制系统发出电信号至线路开关接口单元，完成对线路开关的联动操作；
对对侧线路开关的操作通过控制系统发出光纤信号至通讯接口装置，通过通讯接口装置与对侧控制系统交互信号，所述信号包括：跳线路开关、允许线路开关合闸、闭锁线路开关合闸操作。
7.如权利要求4或5所述的一种可控避雷器的控制系统，其特征在于：所述控制装置通过采集就地操作箱的辅助分合闸接点完成对本侧控制开关位置的监测，同时通过光电转换装置将此信号转换为光信号耦合到线路光缆上，最终传送至对侧可控避雷器控制装置，实现对侧控制装置对本侧控制开关的分合闸位置的快速监视。
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