CN112054491A - 基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护方法和系统，串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流大于有流定值时，判别线路为有载状态，延时T3秒投入旁路开关无流判据；若串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流小于有流定值时，判断线路为轻载状态，延时T4秒退出旁路开关无流判据，投入旁路开关跳位判据；若两路合闸失灵启动开入均有效且合闸失灵启动开入无异常，线路为轻载状态时旁路开关跳位有效或线路为有载状态时旁路开关无流，判为旁路开关合闸失灵，经合闸失灵延时T5秒后合闸失灵保护动作。解决了旁路开关合闸失灵保护依赖于断路器辅助触点可靠性的问题，提高了隔离UPFC的可靠性。

Description

基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护方法和系统
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护方法和装置。
背景技术
统一潮流控制器(UPFC)作为功能最为全面的新一代混合型柔性交流输电设备，通过对交流输电线路的电压、阻抗和相角等参数进行实时精确控制，既能实现线路潮流的精确控制，优化系统潮流控制方式；又能调节无功功率，提高电压稳定性；同时还可以增强系统阻尼，提高系统稳定性。
如图1所示，UPFC系统通常包括：换流器、与换流器分别连接的并联变压器和串联变压器，并联变压器通过进线开关QF5与电网线路连接，串联变压器设置有旁路开关QF2。
串联变压器是换流器和电网系统交换功率的节点，其网侧绕组直接串联接在线路中，主要功能包括：实现UPFC系统和交流系统的电气隔离；限制系统短路电流，保护换流阀。当串联变压器或UPFC系统发生故障时，需要从输电线路上将UPFC系统隔离出来，合上串联变压器旁路开关QF2，从而不影响线路的正常运行，如果旁路开关合闸不成功，UPFC系统不能从系统中隔离，则会威胁UPFC系统和电网的安全，因此必须考虑串联变压器或UPFC系统故障时旁路开关合闸失灵的情况。
GB/T 14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，如断路器与电流互感器之间发生故障不能由该回路主保护切除形成保护死区，而其他线路或变压器后备保护切除又扩大停电范围，并引起严重后果时(必要时，可为该保护死区增设保护，以快速切除该故障)，需要设置断路器失灵保护功能。从规范定义和电力系统继电保护实际应用情况，断路器失灵保护一般指断路器发生跳闸拒动过程中出现的失灵故障状态的继电保护，分相跳闸开入动作并满足对应相有流条件后瞬时跟跳本断路器对应相，三相跳闸开入动作并满足任意相有流条件后瞬时跟跳本断路器三相，分相跳闸或三相跳闸启动的失灵保护可分别经零序电流、负序电流或相电流等辅助判据，经失灵三跳本断路器时间延时发三相跳闸命令跳本断路器，再经失灵跳相邻断路器时间延时跳开相邻断路器。
对于UPFC系统，内部故障大致可分为串联变压器故障、换流阀故障、直流侧故障等，当换流阀或直流侧故障时，UPFC的控制保护装置动作后停运UPFC系统，同时给旁路开关发合闸命令；当串联变压器本体发生匝间或其它区内故障时，串联变压器的电量保护或非电量保护装置动作，同时给旁路开关发合闸命令。旁路开关合闸失灵保护装置收到合闸命令后，判断旁路开关是否合闸失灵，若旁路开关合闸失灵则发跳令给线路保护，跳开线路开关。
申请号为：201710057894.1的发明专利“一种含串联变压器的统一潮流控制器合闸失灵保护方法”提出的统一潮流控制器合闸失灵保护方法由阀控制保护装置、串联变压器电量保护装置及变压器非电量保护装置、串联变压器旁路开关四类设备构成，串联变压器旁路开关合闸失灵保护由串联变压器电量保护装置实现，串联变压器电量保护接收其他保护装置发出的合闸失灵信号，并采集串联变压器旁路开关跳合闸双位置信息，作为串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作的判据。
串联变压器电量保护装置接收的合闸失灵启动开入信号采用双开入接口，可经大功率重动继电器，提高回路的抗干扰能力，当串联变压器旁路开关位置不在可靠合位时，合闸失灵保护逻辑开始计时，计时达到设定的时间定值时，合闸失灵保护动作，发跳令给本线路的线路开关，将该线路从系统中切除。
该专利合闸失灵保护方法完全依赖于串联变压器旁路开关跳闸位置、合闸位置辅助触点的可靠性，采用开关双位置节点判断开关位置，存在以下四种可能：跳合位均为0；跳合位均为1；跳位为1合位为0；跳位为0合位为1。第1、2种情况属于开关位置异常，需闭锁合闸失灵保护。影响断路器辅助触点可靠性的因素较多，主要有：机构卡涩导致行程未到位；器件老化引起的辅助触点质量问题；户外环境下淋雨、积尘等引起的回路短路、绝缘降低等问题；检修人员专业素质参差不齐导致开关检修工艺差。据统计，断路器辅助触点不可靠问题约占断路器出现问题的80％左右，当断路器辅助触点不可靠时，会闭锁开关合闸失灵保护，如果UPFC系统发生故障，由于合闸回路异常或其它异常，导致旁路开关合闸失灵，同时断路器辅助触点又出现异常，开关合闸失灵保护拒动，则会威胁到UPFC系统的安全，同时影响到线路的运行。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护方法和系统，解决了统一潮流控制器系统中串联变压器的旁路开关中断路器辅助触点不可靠时，开关合闸失灵保护拒动，威胁UPFC系统的安全，同时影响到线路的运行的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，包括步骤：
当合闸失灵启动双开入不一致时延时T1秒，或者任一路合闸失灵启动开入持续时间超过T2秒，报合闸开入异常；
串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流大于有流定值时，判别线路为有载状态，延时T3秒投入旁路开关无流判据，退出旁路开关跳位判据；
若串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流小于有流定值时，判断线路为轻载状态，延时T4秒投入旁路开关跳位判据，退出旁路开关无流判据；
若两路合闸失灵启动开入均有效且合闸开入无异常，线路为轻载状态时旁路开关跳位有效或线路为有载状态时旁路开关无流，判为旁路开关合闸失灵；
判为旁路开关合闸失灵时，经合闸失灵延时T5秒后合闸失灵保护动作。
进一步的，旁路开关无流判据为：旁路开关最大相电流是否小于无流门槛，若小于则表明合闸失灵，若大于，则表明合闸成功；
旁路开关跳位判据为：若旁路开关跳位有效则表明合闸失灵，跳位无效则表明合闸成功。
进一步的，合闸失灵保护动作为：合闸失灵保护装置的出口继电器导通，发跳闸命令给本线路的线路开关，断开线路开关。
进一步的，延时T3时间需要躲过线路故障切除时间和UPFC系统故障切除时间。
进一步的，合闸失灵启动开入信号为从统一潮流控制器控制保护装置、串联变压器电量保护装置和/或串联变压器非电量保护装置中获取的合闸失灵启动信号。
进一步的，判为旁路开关合闸失灵时，不经延时跟合一次旁路开关。
一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护系统，包括：
合闸开入异常判断模块，用于当合闸失灵启动双开入不一致时延时T1秒，或者任一路合闸失灵启动开入持续时间超过T2秒，报合闸开入异常；
判据选择模块，当串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流大于有流定值时，判别线路为有载状态，延时T3秒投入旁路开关无流判据，退出旁路开关跳位判据；若串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流小于有流定值时，判断线路为轻载状态，延时T4秒退出旁路开关无流判据，投入旁路开关跳位判据；
合闸失灵判断模块，若两路合闸失灵启动开入均有效且合闸开入无异常，线路为轻载状态时旁路开关跳位有效或线路为有载状态时旁路开关无流，判为旁路开关合闸失灵；
合闸失灵处理模块，当旁路开关合闸失灵时，经合闸失灵延时T5秒后合闸失灵保护动作。
进一步的，旁路开关无流判据为：旁路开关最大相电流是否小于无流门槛，若小于则表明合闸失灵，若大于，则表明合闸成功；
旁路开关跳位判据为：若旁路开关跳位有效则表明合闸失灵，跳位无效则表明合闸成功。
进一步的，延时T3时间需要躲过线路故障切除时间和UPFC系统故障切除时间。
进一步的，判为旁路开关合闸失灵时，不经延时跟合一次旁路开关。
本发明所达到的有益效果：本发明接收其它保护装置发出的合闸失灵启动信号，采集串联变压器网侧绕组首端或者末端CT电流、旁路开关侧CT电流和旁路开关跳闸位置信息，作为串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作的判据，该方法通过串联变压器网侧绕组首端或者末端CT电流大小判断线路的负荷状态，自适应采用旁路开关侧CT的电量判据或开关跳闸位置接点判据，解决了旁路开关合闸失灵保护完全依赖于断路器辅助触点可靠性的问题，提高了UPFC系统故障时从电网中隔离UPFC的可靠性。
附图说明
图1为UPFC系统示意图；
图2为旁路开关合闸开入异常逻辑图；
图3为旁路开关合闸失灵保护逻辑图；
图2和3中符号说明如下：
Figure BDA0002669121800000051
-表示逻辑与门，即输入条件全部满足时，输出有效；
-表示逻辑或
Figure BDA0002669121800000052
门，即输入条件任一满足时，输出有效；
Figure BDA0002669121800000053
-表逻辑延时元件、延时t动作，瞬时返回。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本实施例中合闸失灵保护方法由断路器合闸失灵保护装置实现，当然，也可以采用背景技术所述专利中的串联变压器电量保护装置实现。
断路器合闸失灵保护装置I/O插件接收其它保护装置(统一潮流控制器控制保护装置、串联变压器电量保护装置和/或串联变压器非电量保护装置)发出的合闸失灵启动信号，为防止直流接地、光耦故障等异常情况，装置采用双开入，为防止外部干扰或串入交流回路导致误开入，可经大功率重动继电器重动；
装置的AC插件采集串联变压器网侧绕组首端电流(即图1中电流互感器CT1测得的电流)或者串联变压器网侧绕组末端电流(即图1中电流互感器CT2测得的电流)、旁路开关侧电流(图1中电流互感器CT5测得的电流)；
装置的I/O插件采集旁路开关跳闸位置信息，上述信息作为串联变压器旁路开关合闸失灵保护动作的判据。
该方法通过串联变压器网侧绕组首端或末端CT电流大小判断线路的负荷状态，自适应采用旁路开关侧CT的电流判据或开关跳闸位置接点判据，解决了旁路开关合闸失灵保护完全依赖于断路器辅助触点可靠性的问题，提高了UPFC系统故障时从电网中隔离UPFC的可靠性。
本发明的方法可用于含串联变压器的统一潮流控制器旁路开关合闸失灵保护，串联变压器网侧绕组串接于线路中，绕组首端、末端和旁路开关侧均配置有CT，CT二次电流、旁路开关跳闸位置接点以及UPFC控制保护装置、串联变压器电量保护装置、串联变压器非电量保护装置等装置的启动合闸失灵开入信号可通过电缆接入旁路开关合闸失灵保护装置。
如图2和3所示，一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护的方法，包括步骤：
(1)合闸失灵启动开入采用双开入，当双开入不一致时延时T1秒，或者任一路合闸失灵启动开入持续时间超过T2秒，报合闸开入异常；T1一般设置为1秒；T2一般设置为10秒；
(2)串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流大于有流定值时，判别线路为有载状态，延时T3秒投入旁路开关无流判据，退出旁路开关跳位判据；延时T3时间应考虑躲过线路故障切除时间和UPFC系统故障切除时间，可内部固定为10秒；
旁路开关无流判据为：旁路开关上若无电流则表明合闸失灵，若有电流则表明合闸成功；即：旁路开关最大相电流(Imax)是否小于无流门槛(Iset)，若小于则表明合闸失灵，若大于，则表明合闸成功；
旁路开关跳位判据为：若旁路开关跳位为“1”，有效，则表明合闸失灵，跳位为“0”，无效，则表明合闸成功；
(3)若串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流小于有流定值时，判断线路为轻载状态，延时T4秒退出旁路开关无流判据，投入旁路开关跳位判据；T4可固定为10秒；
(4)若两路启动合闸失灵开入均为“1”且合闸开入无异常，线路为轻载状态时旁路开关跳位为“1”或线路为有载状态时旁路开关无流，判为旁路开关合闸失灵；
(5)判为旁路开关合闸失灵时，不经延时跟合一次旁路开关QF2；同时，经合闸失灵延时T5秒后动作出口，即旁路开关合闸失灵保护装置的出口继电器导通，发跳闸命令给本线路的线路开关，断开如图1中的QF1,QF3,QF4等线路开关。
当双开入一个为“1”状态、一个为“0”状态时判为开入不一致，延时T1秒报合闸开入异常；当两路合闸失灵启动开入中任一路合闸开入为“1”状态持续时间超过T2秒，报合闸开入异常；合闸开入异常时闭锁旁路开关合闸失灵保护。
UPFC系统投入运行时，串联变压器网侧绕组串入线路，当绕组首端或者末端三相电流中最大相电流大于有流定值时，线路处于有载状态，延时T3秒投入旁路开关无流判据，同时退出旁路开关跳位判据；当绕组首端或者末端三相电流中最大相电流小于有流定值时，线路处于轻载或空载状态，延时T4秒投入旁路开关跳位判据，同时退出旁路开关无流判据。
当UPFC系统故障时，断路器合闸失灵保护装置采集到来自于统一潮流控制器控制保护装置或串联变压器电量保护、非电量保护装置的合闸失灵启动开入，如果线路为轻载状态，装置采集的旁路开关跳位为“1”时判为开关合闸失灵，如果线路为有载状态，装置采集的旁路开关最大相电流(Imax)小于无流门槛时(Iset)，也判为开关合闸失灵。
为保证旁路开关合闸的可靠性，开关合闸失灵时，不经延时跟合一次旁路开关，可防止合闸回路异常等导致的合闸失败。
判为开关合闸失灵后，经合闸失灵延时T5秒后动作出口，跳开线路开关，合闸失灵延时定值T5可按躲过旁路开关合闸时间整定。
实施例2：
一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护系统，包括：
合闸开入异常判断模块，用于当合闸失灵启动双开入不一致时延时T1秒，或者任一路合闸失灵启动开入持续时间超过T2秒，报合闸开入异常；
判据选择模块，当串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流大于有流定值时，判别线路为有载状态，延时T3秒投入旁路开关无流判据，退出旁路开关跳位判据；若串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流小于有流定值时，判断线路为轻载状态，延时T4秒退出旁路开关无流判据，投入旁路开关跳位判据；
合闸失灵判断模块，若两路合闸失灵启动开入均有效且合闸开入无异常，线路为轻载状态时旁路开关跳位有效或线路为有载状态时旁路开关无流，判为旁路开关合闸失灵；
合闸失灵处理模块，当旁路开关合闸失灵时，经合闸失灵延时T5秒后合闸失灵保护动作。
进一步的，旁路开关无流判据为：旁路开关最大相电流是否小于无流门槛，若小于则表明合闸失灵，若大于，则表明合闸成功；
旁路开关跳位判据为：若旁路开关跳位有效则表明合闸失灵，跳位无效则表明合闸成功。
进一步的，延时T3时间需要躲过线路故障切除时间和UPFC系统故障切除时间。
进一步的，判为旁路开关合闸失灵时，不经延时跟合一次旁路开关。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请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、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于，包括步骤：
当合闸失灵启动双开入不一致时延时T1秒，或者任一路合闸失灵启动开入持续时间超过T2秒，报合闸开入异常；
串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流大于有流定值时，判别线路为有载状态，延时T3秒投入旁路开关无流判据，退出旁路开关跳位判据；
若串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流小于有流定值时，判断线路为轻载状态，延时T4秒投入旁路开关跳位判据，退出旁路开关无流判据；
若两路合闸失灵启动开入均有效且合闸开入无异常，线路为轻载状态时旁路开关跳位有效或线路为有载状态时旁路开关无流，判为旁路开关合闸失灵；
判为旁路开关合闸失灵时，经合闸失灵延时T5秒后合闸失灵保护动作。
2.根据权利要求1所述的一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于，旁路开关无流判据为：旁路开关最大相电流是否小于无流门槛，若小于则表明合闸失灵，若大于无流门槛，则表明合闸成功；
旁路开关跳位判据为：若旁路开关跳位有效则表明合闸失灵，跳位无效则表明合闸成功。
3.根据权利要求1所述的一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于，合闸失灵保护动作为：合闸失灵保护装置的出口继电器导通，发跳闸命令给本线路的线路开关，断开线路开关。
4.根据权利要求1所述的一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于，延时T3时间需要躲过线路故障切除时间和UPFC系统故障切除时间。
5.根据权利要求1所述的一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于，合闸失灵启动开入信号为从统一潮流控制器控制保护装置、串联变压器电量保护装置和/或串联变压器非电量保护装置中获取的合闸失灵启动信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护方法，其特征在于，判为旁路开关合闸失灵时，不经延时跟合一次旁路开关。
7.一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护系统，其特征在于，包括：
合闸开入异常判断模块，用于当合闸失灵启动双开入不一致时延时T1秒，或者任一路合闸失灵启动开入持续时间超过T2秒，报合闸开入异常；
判据选择模块，当串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流大于有流定值时，判别线路为有载状态，延时T3秒投入旁路开关无流判据，退出旁路开关跳位判据；若串联变压器网侧绕组首端或末端三相电流中最大相电流小于有流定值时，判断线路为轻载状态，延时T4秒投入旁路开关跳位判据，退出旁路开关无流判据；
合闸失灵判断模块，若两路合闸失灵启动开入均有效且合闸开入无异常，线路为轻载状态时旁路开关跳位有效或线路为有载状态时旁路开关无流，判为旁路开关合闸失灵；
合闸失灵处理模块，当旁路开关合闸失灵时，经合闸失灵延时T5秒后合闸失灵保护动作。
8.根据权利要求7所述的一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护系统，其特征在于，旁路开关无流判据为：旁路开关最大相电流是否小于无流门槛，若小于则表明合闸失灵，若大于，则表明合闸成功；
旁路开关跳位判据为：若旁路开关跳位有效则表明合闸失灵，跳位无效则表明合闸成功。
9.根据权利要求7所述的一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护系统，其特征在于，延时T3时间需要躲过线路故障切除时间和UPFC系统故障切除时间。
10.根据权利要求7所述的一种基于电流判别的统一潮流控制器合闸失灵保护系统，其特征在于，判为旁路开关合闸失灵时，不经延时跟合一次旁路开关。
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