CN109659898A - 一种高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统 - Google Patents

一种高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统，包括高压直流干式空心电抗器、光电转换单元以及非电气量保护屏柜，高压直流干式空心电抗器顶部设有三组传感器组，传感器组包括温度传感器、TVOC特征气体传感器以及烟感传感器，三组传感器组均连接至光电转换单元，光电转换单元连接有误动保护电路，并通过误动保护电路与非电气量保护屏柜相连接。本发明不仅提供了温度高、TVOC特征气体含量高及烟雾的告警监测功能，提醒换流站运行人员及时发现并处理故障，还设计相应的直流系统紧急停运出口功能，能够在故障恶化到一定严重程度时，快速紧急停运直流切除故障，并通过光纤信号传输、误动保护电路，有效提高非电气保护系统的可靠性。

Description

一种高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统
技术领域
本发明涉及电路保护技术领域，具体涉及一种高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统。
背景技术
高压直流干式空心电抗器是特高压直流输电工程的主设备之一，能够有效降低换相失败率、限制逆变侧过电流、平滑和滤除直流系统中的纹波和谐波以及保持低功率时直流电流不间断。与油浸式电抗器相比，具有对地绝缘简单、无油、暂态过电压较低等优点。由于大容量干式空心电抗器噪音大的缺点，高压直流干式空心电抗器往往需要安装防雨噪音罩，因此运行人员无法采用外观检查、红外测温等常规运维手段检查电抗器本体。在过去的直流系统中，高压直流油浸式电抗器配置有油温高、绕温高、重瓦斯、压力释放等非电量保护，当检测到油浸式电抗器故障及时停运直流系统。但是在新建的直流输电工程，高压直流干式空心电抗器替换油浸式电抗器的位置后，未配置任何在线监测或保护策略。若电抗器本体出现匝间短路、局部过热等故障，运行人员将无法及时发现并处理。电抗器内部故障导致电抗器烧毁的现象在电网内时有发生，给直流系统的安全稳定运行带来巨大的隐患。目前，国内外已有在干式空心电抗器内部安装温度传感器、特征气体传感器、光纤光栅传感器等在线监测系统的研究与开发，但是非电气量保护系统设计和动作策略的研究仍是空白。因此，需要为高压直流干式空心电抗器设计一种可靠的非电气量保护系统。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统，包括高压直流干式空心电抗器、光电转换单元以及非电气量保护屏柜，所述高压直流干式空心电抗器顶部设有防雨噪音罩，所述防雨噪音罩下方设置有三组传感器组，所述每一组的传感器组均包括温度传感器、TVOC特征气体传感器以及烟感传感器，所述传感器组均连接至光电转换单元，所述光电转换单元连接有误动保护电路，并通过误动保护电路与非电气量保护屏柜相连接。
进一步地，所述每一种的传感器均连接有误动保护电路，所述误动保护电路包括#1传感器输出信号、#2传感器输出信号、#3传感器输出信号以及与门逻辑电路(&11、&12、&13)、或门逻辑电路(OR11)，所述#1传感器输出信号和与门逻辑电路(&11、&12)输入端连接，所述#2传感器输出信号输出信号和与门逻辑电路(&12、&13)输入端连接，所述#3传感器输出信号和与门逻辑电路(&11、&13)输入端连接，所述与门逻辑电路(&11、&12、&13)输出端和或门逻辑电路(OR11)输入端连接，或门逻辑电路(OR11)输出端连接至非电气量保护屏柜。
这样设计误动保护电路，使得传感器组中需要至少两个传感器接收到输出信号才能驱动非电气量保护屏柜运作，从而避免了出现单组传感器组感应异常，导致启动非电气量保护屏柜的情况。
进一步地，所述误动保护电路还包括#1传感器通电信号、#2传感器通电信号、#3传感器通电信号以及与门逻辑电路(&21、&22、&23、&24)、或门逻辑电路(OR21、OR31)，所述#1传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&21、&23)的输入端连接，所述#2传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&21、&22)的输入端连接，所述#3传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&21、&22、&23)的输入端连接，所述#1传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&22)的输入端逻辑非连接，所述#2传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&23)的输入端逻辑非连接，所述#3传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&24)的输入端逻辑非连接，所述与门逻辑电路(&22、&23、&24)的输出端和或门逻辑电路(OR21)的输入端连接，所述与门逻辑电路(&21)的输出端、或门逻辑电路(OR21)的输出端均与或门逻辑电路(OR31)的输入端连接，所述或门逻辑电路(OR31)的输出端和与门逻辑电路(&11、&12、&13)的输入端连接。
如上述设置，加设了各个传感器单元的通信信号的连接电路，使得在同种传感器的三个传感器中，至少需要两个以上传感器单元正常运作才能驱动该组传感器发送信号，进而能进一步避免传感器故障或损坏出现信号异常的情况，为误动保护电路的启动作保障。
进一步地，所述误动保护电路还包括#1传感器通电信号、#2传感器通电信号、#3传感器通电信号以及与门逻辑电路(&25、&26、&27、&28)、或门逻辑电路(OR22、OR32)，所述#1传感器通电信号的输入端和与门逻辑电路(&27)的输入端连接，所述#2传感器通电信号的输入端和与门逻辑电路(&26)的输入端连接，所述#3传感器通电信号的输入端和与门逻辑电路(&25)的输入端连接，所述#1传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&25、&26、&28)的输入端逻辑非连接，所述#2传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&25、&27、&28)的输入端逻辑非连接，所述#3传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&26、&27、&28)的输入端逻辑非连接，所述与门逻辑电路(&25、&26、&27)的输出端和或门逻辑电路(OR22)的输入端连接，所述与门逻辑电路(&28)的输出端、或门逻辑电路(OR22)的输出端均与或门逻辑电路(OR32)的输入端连接，所述或门逻辑电路(OR32)的输出端和与门逻辑电路(&11、&12、&13)的输入端逻辑非连接。
如上述设置，加设了各个传感器单元的通信信号的连接电路，使得在同种传感器的三个传感器中，至少需要两个以上传感器单元正常运作才能驱动该组传感器发送信号，进而能进一步避免传感器故障或损坏出现信号异常的情况，为误动保护电路的启动作保障。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明设计的一种高压直流干式空心电抗器保护，不仅提供了高压直流干式空心电抗器内部温度高、TVOC特征气体含量高及烟雾的告警监测功能，提醒换流站运行人员及时发现并处理故障，还设计相应的直流系统紧急停运出口功能，能够在故障恶化到一定严重程度时，快速紧急停运直流切除故障，并通过光纤信号传输、误动保护电路，有效提高非电气保护系统的可靠性。由于新建直流输电工程的高压直流干式空心电抗器均未配置非电气量保护，本发明填补了该技术领域的空白，为后续新建直流输电工程的保护设计提供了指导。
附图说明
图1为高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统的整体结构示意图；
图2为高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统的传感器组安装位置示意图；
图3为高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统的误动保护电路传感器通电信号部分电路图；
图4为高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统的误动保护电路传感器信号输出部分电路图；
附图标记说明：1、高压直流干式空心电抗器；2、防雨噪音罩；3、传感器组；4、光电转换单元；5、非电气量保护屏柜。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1和图2所示，一种高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统，包括高压直流干式空心电抗器1、光电转换单元4以及非电气量保护屏柜5，所述高压直流干式空心电抗器1顶部设有防雨噪音罩2，所述防雨噪音罩2下方设置有三组传感器组3，所述每一组的传感器组3均包括温度传感器、TVOC特征气体传感器以及烟感传感器，所述传感器组3均连接至光电转换单元4，所述光电转换单元4连接有误动保护电路，并通过误动保护电路与非电气量保护屏柜5相连接。
利用三个温度传感器、三个TVOC特征气体传感器、三个烟感传感器通过光纤将传感器状态信号和动作信号送至光电转换单元4。采用光纤传输数据可有效降低大容量干式空心电抗器强磁场、强电场的影响，提高非电气量传感器的可靠性。光电转换单元4用于将光信号转换未电信号，然后将电信号通过电缆传输到控制保护室的非电气量保护屏柜5，当接收到传感器动作信号后进行保护动作。
如图4所示，所述每一种的传感器均连接有误动保护电路，所述误动保护电路包括#1传感器输出信号、#2传感器输出信号、#3传感器输出信号以及与门逻辑电路(&11、&12、&13)、或门逻辑电路(OR11)，所述#1传感器输出信号和与门逻辑电路(&11、&12)输入端连接，所述#2传感器输出信号输出信号和与门逻辑电路(&12、&13)输入端连接，所述#3传感器输出信号和与门逻辑电路(&11、&13)输入端连接，所述与门逻辑电路(&11、&12、&13)输出端和或门逻辑电路(OR11)输入端连接，或门逻辑电路(OR11)输出端连接至非电气量保护屏柜5。
这样设计误动保护电路，使得传感器组3中需要至少两个传感器接收到输出信号才能驱动非电气量保护屏柜5运作，从而避免了出现单组传感器组3感应异常，导致启动非电气量保护屏柜5的情况。
如图3所示，所述误动保护电路还包括#1传感器通电信号、#2传感器通电信号、#3传感器通电信号以及与门逻辑电路(&21、&22、&23、&24)、或门逻辑电路(OR21、OR31)，所述#1传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&21、&23)的输入端连接，所述#2传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&21、&22)的输入端连接，所述#3传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&21、&22、&23)的输入端连接，所述#1传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&22)的输入端逻辑非连接，所述#2传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&23)的输入端逻辑非连接，所述#3传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&24)的输入端逻辑非连接，所述与门逻辑电路(&22、&23、&24)的输出端和或门逻辑电路(OR21)的输入端连接，所述与门逻辑电路(&21)的输出端、或门逻辑电路(OR21)的输出端均与或门逻辑电路(OR31)的输入端连接，所述或门逻辑电路(OR31)的输出端和与门逻辑电路(&11、&12、&13)的输入端连接。
如上述设置，加设了各个传感器单元的通信信号的连接电路，使得在同种传感器的三个传感器中，至少需要两个以上传感器单元正常运作才能驱动该组传感器发送信号，进而能进一步避免传感器故障或损坏出现信号异常的情况，为误动保护电路的启动作保障。
所述误动保护电路还包括#1传感器通电信号、#2传感器通电信号、#3传感器通电信号以及与门逻辑电路(&25、&26、&27、&28)、或门逻辑电路(OR22、OR32)，所述#1传感器通电信号的输入端和与门逻辑电路(&27)的输入端连接，所述#2传感器通电信号的输入端和与门逻辑电路(&26)的输入端连接，所述#3传感器通电信号的输入端和与门逻辑电路(&25)的输入端连接，所述#1传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&25、&26、&28)的输入端逻辑非连接，所述#2传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&25、&27、&28)的输入端逻辑非连接，所述#3传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&26、&27、&28)的输入端逻辑非连接，所述与门逻辑电路(&25、&26、&27)的输出端和或门逻辑电路(OR22)的输入端连接，所述与门逻辑电路(&28)的输出端、或门逻辑电路(OR22)的输出端均与或门逻辑电路(OR32)的输入端连接，所述或门逻辑电路(OR32)的输出端和与门逻辑电路(&11、&12、&13)的输入端逻辑非连接。
如上述设置，加设了各个传感器单元的通信信号的连接电路，使得在同种传感器的三个传感器中，若出现两个以上传感器单元非正常运作，发送低电位信号，进而能进一步避免传感器故障或损坏出现信号异常的情况，为误动保护电路的启动作第二层保障。
而对不同类型传感器配置不同的保护策略。绕组温度高保护以温度传感器动作信号作为开关量输入，当温度大于95℃时告警接点动作，保护动作后果为告警；当温度大于115℃时跳闸接点动作，保护动作后果为将直流系统相应的极紧急停运。同理，TVOC特征气体传感器也配置二段式保护。经试验测算，干式空心电抗器180℃过热故障2小时产生的TVOC特征气体体积分数为80*10-9，当TVOC特征气体传感器检测到气体体积分数大于该值时告警接点动作，保护动作后果为告警；230℃过热故障2小时产生的TVOC特征气体体积分数为160*10-9，以此为跳闸定值。烟感保护作为电抗器已经着火冒烟的最恶劣情况的保护，当检测到明显烟雾气体时将直流系统相应的极紧急停运。
进而利用上述误动保护电路对异常信号的接收作保护，以绕组温度高保护为例，当3个温度传感器均工作正常时，误动保护电路需至少接收到2个温度传感器输出信号，才会启动非电气量保护屏柜5；当2个温度传感器均工作正常但1个温度传感器故障时，误动保护电路仍需至少接收到2个温度传感器输出信号，才会启动非电气量保护屏柜5；当2个以上温度传感器均故障时，闭锁保护功能，即不允许单一传感器动作紧急停运直流，确保非电气保护不会误动。每种类型传感器均通过误动保护电路连接非电气量保护装置，以此提高非电气量保护系统的可靠性。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统，其特征在于：包括高压直流干式空心电抗器(1)、光电转换单元(4)以及非电气量保护屏柜(5)，所述高压直流干式空心电抗器(1)顶部设有防雨噪音罩(2)，所述防雨噪音罩(2)下方设置有三组传感器组(3)，所述每一组的传感器组(3)均包括温度传感器、TVOC特征气体传感器以及烟感传感器，所述传感器组(3)均连接至光电转换单元(4)，所述光电转换单元(4)连接有误动保护电路，并通过误动保护电路与非电气量保护屏柜(5)相连接。
2.根据权利要求1所述的高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统，其特征在于：所述每一种的传感器均连接有误动保护电路，所述误动保护电路包括#1传感器输出信号、#2传感器输出信号、#3传感器输出信号以及与门逻辑电路(&11、&12、&13)、或门逻辑电路(OR11)，所述#1传感器输出信号和与门逻辑电路(&11、&12)输入端连接，所述#2传感器输出信号输出信号和与门逻辑电路(&12、&13)输入端连接，所述#3传感器输出信号和与门逻辑电路(&11、&13)输入端连接，所述与门逻辑电路(&11、&12、&13)输出端和或门逻辑电路(OR11)输入端连接，或门逻辑电路(OR11)输出端连接至非电气量保护屏柜(5)。
3.根据权利要求2所述的高压直流干式空心电抗器非电气量保护系统，其特征在于：所述误动保护电路还包括#1传感器通电信号、#2传感器通电信号、#3传感器通电信号以及与门逻辑电路(&21、&22、&23、&24)、或门逻辑电路(OR21、OR31)，所述#1传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&21、&23)的输入端连接，所述#2传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&21、&22)的输入端连接，所述#3传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&21、&22、&23)的输入端连接，所述#1传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&22)的输入端逻辑非连接，所述#2传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&23)的输入端逻辑非连接，所述#3传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&24)的输入端逻辑非连接，所述与门逻辑电路(&22、&23、&24)的输出端和或门逻辑电路(OR21)的输入端连接，所述与门逻辑电路(&21)的输出端、或门逻辑电路(OR21)的输出端均与或门逻辑电路(OR31)的输入端连接，所述或门逻辑电路(OR31)的输出端和与门逻辑电路(&11、&12、&13)的输入端连接。
4.根据权利要求2所述的高压直流干式空心电抗器(1)非电气量保护系统，其特征在于：所述误动保护电路还包括#1传感器通电信号、#2传感器通电信号、#3传感器通电信号以及与门逻辑电路(&25、&26、&27、&28)、或门逻辑电路(OR22、OR32)，所述#1传感器通电信号的输入端和与门逻辑电路(&27)的输入端连接，所述#2传感器通电信号的输入端和与门逻辑电路(&26)的输入端连接，所述#3传感器通电信号的输入端和与门逻辑电路(&25)的输入端连接，所述#1传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&25、&26、&28)的输入端逻辑非连接，所述#2传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&25、&27、&28)的输入端逻辑非连接，所述#3传感器通电信号的输出端和与门逻辑电路(&26、&27、&28)的输入端逻辑非连接，所述与门逻辑电路(&25、&26、&27)的输出端和或门逻辑电路(OR22)的输入端连接，所述与门逻辑电路(&28)的输出端、或门逻辑电路(OR22)的输出端均与或门逻辑电路(OR32)的输入端连接，所述或门逻辑电路(OR32)的输出端和与门逻辑电路(&11、&12、&13)的输入端逻辑非连接。
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