CN109888742B - 一种三端口直流断路器控保系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三端口直流断路器控保系统，所述控保系统的输入端用于与上层直流控保系统连接，输出端用于与所述三端口直流断路器连接；所述控保系统包括：控制主机、控制子机、开关控制模块、电流互感器以及过流保护模块；其中，所述控制主机分别与所述控制子机、过流保护模块连接，用于监视、控制和保护所述三端口直流断路器；所述控制子机与所述开关控制模块连接，用于监视所述开关控制模块状态或向所述开关控制模块下发控制指令；所述过流保护模块与所述电流互感器连接，用于采集所述三端口直流断路器的电流并进行过流判断。所述控保系统具备三端口直流断路器本体的保护功能，确保在极端故障情况下三端口直流断路器本体的安全。

Description

一种三端口直流断路器控保系统

技术领域

本发明属于电力系统领域，特别涉及一种三端口直流断路器控保系统。

背景技术

控制保护系统是在测量系统和预警系统的基础上实现设备保护、系统保护和系统的其他自动控制功能。控制保护系统的功能主要是根据数据在线分析稳定性,确定实时输电能力,分析相继故障风险,以及优化控制决策，既确保事故停堆，又可避免因仪器故障引起的误动作。

如图1所示，现有的三端口直流断路器通过三个端口分别接入输配电三条线路，且三个端口相连构成的三角环形闭合电路网，三端口直流断路器通过三个端口分别接入输配电三条线路，且三个端口相连构成的三角环形闭合电路网，所述三角形电路网的第一边由第一隔离开关DS1，第一两端口断路器，第二隔离开关DS2串联；所述两端口断路器为混合断路器，由快速机械开关DCCB1、固态开关支路、避雷器R1并联构成；所述固态开关支路由固态开关U1和一个耦合负压电路串联构成；三角形电路网的第二边由第五隔离开关DS5，第二两端口断路器，第六隔离开关DS6串联；所述两端口断路器为混合断路器，由快速机械开关DCCB3、固态开关支路、避雷器R2并联构成；所述固态开关支路由固态开关U2和一个耦合负压电路串联构成；三角形电路网的第三边由第三隔离开关DS3，快速机械开关DCCB2，第四隔离开关DS4串联；所述三角形电路网上还包括两条隔离支路：其中第一隔离支路的一端连接在所述第一边的第一断路器与第一隔离开关DS1之间，另一端连接在所述第三边的快速机械开关和第四隔离开关DS4之间；该隔离支路上装有第二投切开关DS8；第二隔离支路的一端连接在所述第二边的第二断路器与第六隔离开关DS6之间，另一端连接在所述第三边的快速机械开关和第三隔离开关DS3之间；该隔离支路上装有第一投切开关DS7。上述三端口直流断路器结构复杂，从而三端口直流断路器在运行过程中，急需采用一套成熟的控保系统，实现对三端口电路器中的各个支路电流、各个开关进行控制，并在故障情况下保障三端口直流断路器的安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供了一种三端口直流断路器控保系统，满足对快速机械开关、固态开关、耦合负压电路的控制需求，同时具备三端口直流断路器本体的保护功能。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三端口直流断路器控保系统，采用以下技术方案：

一种三端口直流断路器控保系统，所述控保系统的输入端用于与上层直流控保系统连接，所述控保系统的输出端用于与所述三端口直流断路器连接；

所述控保系统包括：控制主机、控制子机、开关控制模块、电流互感器以及过流保护模块；其中，

所述控制主机分别与所述控制子机、过流保护模块连接，用于监视、控制和保护所述三端口直流断路器；

所述控制子机与所述开关控制模块连接，用于监视所述开关控制模块状态或向所述开关控制模块下发控制指令；

所述过流保护模块与所述电流互感器连接，用于采集所述三端口直流断路器的电流并进行过流判断。

进一步，所述控制主机与开关控制模块均采用双重化配置。

进一步，所述开关控制模块包括一个或多个第一开关控制模块、一个或多个第二开关控制模块以及一个或多个第三开关控制模块，其中，

所述第一开关控制模块，用于监视和/或控制三端口直流断路器的固态开关；

所述第二开关控制模块，用于监视和/或控制三端口直流断路器的快速机械开关；

所述第三开关控制模块，用于监视和/或控制三端口直流断路器的耦合负压电路。

进一步，所述控制子机包括第一控制子机和第二控制子机，所述第一控制子机与第二控制主机均包括双重化配置的控制子系统，其中，

所述第一控制子机的控制子系统均与所述一个或多个第一开关控制模块连接；

所述第二控制子机的控制子系统均与所述一个或多个第二开关控制模块、第三开关控制模块连接。

进一步，所述电流互感器在三端口直流断路器中的第一断路器、第二断路器以及第三断路器的正负极均有设置，以采集所述每个断路器所在支路的电流。

进一步，所述过流保护模块包括第一过流保护模块、第二过流保护模块以及第三过流保护模块；其中，

所述第一过流保护模块与所述第一断路器正负极上设置的电流互感器连接；

所述第二过流保护模块与所述第二断路器正负极上设置的电流互感器连接；

所述第三过流保护模块与所述第三断路器正负极上设置的电流互感器连接。

进一步，所述控制主机通过接口与上层直流控保系统连接，其中，

所述控制主机与所述上层直流控保系统采用双冗余交叉光纤点对点的通信方式进行通信，且通信协议采用标准的IEC60044-8协议。

进一步，所述控制主机还连接有监控系统模块、系统控制模块、系统保护模块，其中，

所述监控系统模块、系统控制模块以及系统保护模块采用双重化配置。

进一步，所述控保系统还包括智能联锁装置，用于控制所述三端口直流断路器中隔离刀闸与接地刀闸的联锁或闭锁。

进一步，所述控保系统还包括组网交换机，用于所述控保系统与所述上层直流控保系统进行信息传输。

本发明中的三端口直流断路器的控保系统目标在于满足对快速机械开关、固态开关、耦合负压电路的控制需求，同时具备三端口直流断路器本体的保护功能，确保在极端故障情况下三端口直流断路器本体的安全；进一步，考虑到断路器检修，每一个断路器配置一个过流保护模块，实现对三端口直流断路器的过流保护，且所述控保系统自上到下完全采用双重化配置，大大提高了整个系统的可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术的一种三端口直流断路器结构示意图；

图2示出了本发明实施例中的一种三端口直流断路器控保系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中介绍了一种三端口直流断路器控保系统，所述控保系统的输入端与上层直流控保系统连接，所述控保系统的输出端与所述三端口直流断路器连接；所述控保系统包括控制主机、控制子机、开关控制模块、电流互感器以及过流保护模块；其中，所述控制主机分别与所述控制子机、过流保护模块连接，用于监视、控制和保护所述三端口直流断路器；所述控制子机与所述开关控制模块连接，用于监视所述开关控制模块状态或向所述开关控制模块下发控制指令；所述过流保护模块与所述电流互感器连接，用于采集所述三端口直流断路器的电流并进行过流判断。

具体的，如图2所示，所述控保系统的输出端与所述三端口直流断路器连接；图2中，所述三端口直流断路器中A、B、C分别为三个端口，QE1、QE2、QE3、QE11、QE12、QE21、QE22、QE31、QE32均为接地开关，QS11、QS12、QS21、QS22、QS31、QS32均为隔离开关，QB1为投切开关，QF11、QF31、QF21分别为第一断路器、第二断路器、第三断路器，QV11、QV31分别为第一断路器、第二断路器中的固态开关，Path1、Path2、Path3分别为第一断路器、第三断路器、第二断路器所在的支路，其中第三断路器较所述第一断路器，第二断路器相对简单，仅采用快速机械开关；所述每个支路可接入10KV的正向直流电(DC)。进一步，图2中，所述控保系统自上而下采用双重化配置，其中，控制主机包括互为冗余的直流断路器控制主机BCU-A套与直流断路器控制主机BCU-B套，进一步，所述直流断路器控制主机BCU-A套与直流断路器控制主机BCU-B套之间还能够进行冗余通信，从而保障两套主机在运行过程中的可靠性。

进一步，上述开关控制模块为所述三端口直流断路器的控制和/或驱动子模块，且包括所述第一开关控制模块、第二开关控制模块以及第三开关控制模块。其中，所述第一开关控制模块为电子开关控制模块ICU、第二开关控制模块为机械开关控制模块SCU以及第三开关控制模块为负压耦合控制模块NCU。所述电子开关控制模块ICU用于控制三端口直流断路器中的固态开关，所述机械开关控制模块SCU用于控制三端口直流断路器中的快速机械开关，所述负压耦合控制模块NCU用于控制所述三端口直流断路器中的耦合负压电路。图2中，所述电子开关控制模块ICU1-6用于控制所述三端口直流断路器的中第一断路器中的固态开关；所述电子开关控制模块ICU7-12用于控制所述三端口直流断路器中第二断路器中的固态开关；所述固态开关中包括6个电力电子器件，从而每个断路器需要6个电子开关控制模块ICU。进一步，所述机械开关控制模块SCU1用于控制第一断路器中的快速机械开关，所述机械开关控制模块SCU2用于控制第二断路器中的快速机械开关，所述机械开关控制模块SCU3用于控制第三断路器中的快速机械开关；所述负压耦合控制模块NCU1用于控制第一断路器中的耦合负压电路，所述负压耦合控制模块NCU2用于控制第二断路器中的耦合负压电路。图2中，所显示开关控制模块仅为系统的一部分，任一开关控制模块均采用双重化配置。

所述控制子机包括直流断路器控制子机FEU1与直流断路器控制子机FEU2，其中，所述直流断路器控制子机FEU1与直流断路器控制子机FEU2均包括互为双重化配置的控制子系统，从而实现对上述开关控制模块的双冗余通信。进一步的，所述直流断路器控制子机FEU1用于控制所述电子开关控制模块ICU1-12，所述直流断路器控制子机FEU2用于控制所述机械开关控制模块SCU1-3与负压耦合控制模块NCU1-2。

所述直流断路器控制子机FEU1与直流断路器控制子机FEU2分别与所述直流断路器控制主机BCU-A套与直流断路器控制主机BCU-B套连接，从而直流断路器控制主机BCU-A套与直流断路器控制主机BCU-B套和所述电子开关控制模块ICU、机械开关控制模块SCU以及负压耦合控制模块NCU之间分别通过直流断路器控制子机FEU1与直流断路器控制子机FEU2来实现双冗余通信。所述控制子机接收到所述控制主机的控制命令后，会将所述控制命令转发给相应的开关控制模块，实现对所述三端口直流断路器的控制和保护功能。进一步具体的，所述开关控制模块会对所述三端口直流断路器的快速机械开关、固态开关和耦合负压电路进行监视，并将所述快速机械开关、固态开关和耦合负压电路的状态实时发送给所述控制子机。所述控制子机根据接收到的状态信息，产生相应的断路器异常告警或闭锁信号，并提取关键的信号上传给所述控制主机，最终实现对所述三端口直流断路器的监视功能。

具体的，所述电流互感器为电子式电流互感器ECT，所述控保系统包括6个电子式电流互感器ECT，其中，在所述三端口直流断路器中的每个断路器的正负极均配置有1个所述电子式电流互感器ECT，用于采集所述三端口直流断路器中每个断路器所在支路中的电流，图2中示出了(未全部展示)ECT1、ECT2、ECT3分别用于采集第一断路器、第二断路器以及第三断路器所在支路的电流。进一步，所述过流保护模块包括本体保护合并单元一体化设备1、本体保护合并单元一体化设备2以及本体保护合并单元一体化设备3，其中，所述第一断路器正负极上的电子式电流互感器ECT均连接至所述本体保护合并单元一体化设备1，所述第二断路器正负极上的电子式电流互感器ECT均连接至所述本体保护合并单元一体化设备2，所述第三断路器正负极上的电子式电流互感器ECT均连接至所述本体保护合并单元一体化设备3，从而能够获取每个断路器所在支路电流并快速进行过流判断。所述本体保护合并单元一体化设备1、本体保护合并单元一体化设备2以及本体保护合并单元一体化设备3分别与所述直流断路器控制主机BCU-A套与直流断路器控制主机BCU-B套通过光纤连接，从而所述任一本体保护合并单元一体化设备能够将电流采集值和过流保护结果通过光纤发送给所述控制主机，用于实现对所述三端口直流断路器的保护。

所述控保系统还包括双重化配置的监控系统模块、系统控制模块、系统保护模块，其中，所述双重化配置的监控系统模块为监控系统A与监控系统B，所述双重化配置的系统控制模块为控制系统A与控制系统B，所述双重化配置的系统保护模块为保护系统A与保护系统B，且每个所述监控系统、控制系统以及保护系统均与所述BCU-A套与BCU-B套冗余连接，用于监视、控制以及保护所述三端口直流断路器。

具体的，所述控制主机还通过接口与上层直流控保系统(未画出)连接，以实现所述三端口直流断路器控保系统与所述上层直流控保系统进行通信，所述通信内容主要包括状态量与命令量，其中，所述状态量包括能够体现所述三端口直流断路器运行状态的参数；所述命令量包括所述上层直流控保系统发送给断路器的执行指令。进一步，所述控制主机与所述上层直流控保系统采用双冗余交叉光纤点对点通信方式进行通信，且通信协议采用标准的IEC60044-8协议。

具体的，所述控保系统还包括智能联锁装置与MMS组网交换机，其中，所述智能联锁装置用于完成所述三端口直流断路器中所有隔离刀闸和接地刀闸的联锁或闭锁，所述MMS组网交换机用于所述三端口直流断路器控保系统与上层直流控保系统进行信息传输。

所述三端口直流断路器控保系统既能够采集每个断路器所在支路的电流、实现对断路器是否过流进行判断，并能够对所述机械开关、固态开关和耦合负压电路进行监视或下发命令控制，且所述控保系统自上到下完全采用双重化配置，大大提高了整个系统的可靠性。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种三端口直流断路器控保系统，其特征在于，所述控保系统的输入端用于与上层直流控保系统连接，所述控保系统的输出端用于与所述三端口直流断路器连接；

所述控保系统包括：控制主机、控制子机、开关控制模块、电流互感器以及过流保护模块；其中，

所述控制主机采用双重化配置，所述控制子机包括第一控制子机和第二控制子机，所述第一控制子机与第二控制子机均包括双重化配置的控制子系统；

所述控制主机分别与所述控制子机、过流保护模块连接，用于监视、控制和保护所述三端口直流断路器；

所述控制子机与所述开关控制模块连接，用于监视所述开关控制模块状态或向所述开关控制模块下发控制指令；

所述开关控制模块包括一个或多个第一开关控制模块、一个或多个第二开关控制模块以及一个或多个第三开关控制模块，其中，所述第一开关控制模块为电子开关控制模块、第二开关控制模块为机械开关控制模块以及第三开关控制模块为负压耦合控制模块；

所述过流保护模块与所述电流互感器连接，用于采集所述三端口直流断路器的电流并进行过流判断；

所述电流互感器在三端口直流断路器中的第一断路器、第二断路器以及第三断路器的正负极均有设置，以采集每个断路器所在支路的电流。

2.根据权利要求1所述的控保系统，其特征在于，所述开关控制模块采用双重化配置。

3.根据权利要求2所述的控保系统，其特征在于，

所述第一开关控制模块，用于监视和/或控制三端口直流断路器的固态开关；

所述第二开关控制模块，用于监视和/或控制三端口直流断路器的快速机械开关；

所述第三开关控制模块，用于监视和/或控制三端口直流断路器的耦合负压电路。

4.根据权利要求2所述的控保系统，其特征在于，

所述第一控制子机的控制子系统均与所述一个或多个第一开关控制模块连接；

所述第二控制子机的控制子系统均与所述一个或多个第二开关控制模块、第三开关控制模块连接。

5.根据权利要求1所述的控保系统，其特征在于，所述过流保护模块包括第一过流保护模块、第二过流保护模块以及第三过流保护模块；其中，

所述第一过流保护模块与所述第一断路器正负极上设置的电流互感器连接；

所述第二过流保护模块与所述第二断路器正负极上设置的电流互感器连接；

所述第三过流保护模块与所述第三断路器正负极上设置的电流互感器连接。

6.根据权利要求2所述的控保系统，其特征在于，所述控制主机通过接口与上层直流控保系统连接，其中，

所述控制主机与所述上层直流控保系统采用双冗余交叉光纤点对点的通信方式进行通信，且通信协议采用标准的IEC60044-8协议。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的控保系统，其特征在于，所述控制主机还连接有监控系统模块、系统控制模块、系统保护模块，其中，

所述监控系统模块、系统控制模块以及系统保护模块采用双重化配置。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的控保系统，其特征在于，还包括智能联锁装置，用于控制所述三端口直流断路器中隔离刀闸与接地刀闸的联锁或闭锁。

9.根据权利要求8所述的控保系统，其特征在于，所述控保系统还包括组网交换机，用于所述控保系统与所述上层直流控保系统进行信息传输。

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