CN114389244B - Upfc线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置及方法 - Google Patents

Abstract

UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置及其方法，在UPFC接入侧已配置快速接地开关的基础上，在接入线路对侧配置一套快速接地开关构成UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置。在UPFC接入线路发生单相接地故障，故障相断路器跳开后，首先将线路两侧快速接地开关短接，其与故障点形成并联回路，故障点潜供电流分流，实现快速熄弧。其次，经过固定延时之后，断开接入线路对侧快速接地开关，然后通过判断故障点与UPFC侧快速接地开关能否形成通路，判别接入线路故障性质，进而实现单相自适应重合闸。该方法充分利用UPFC原来配置，可节省部分设备投资，实现主动熄弧，其受外界因素影响小，可靠性更高；并且所提自适应重合闸方法可实现故障性质的判别，加快UPFC接入线路单相接地故障恢复速度，为电力系统的安全运行提供保障。

Description

UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置及方法

技术领域

本发明涉及交流线路保护领域，特别是涉及UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置及其方法。

背景技术

统一潮流控制器(UPFC)作为新一代的FACTS装置，可灵活控制线路潮流，实现并补、串补、移相、调压等功能，同时可为交流母线提供动态无功支撑，提高电力系统稳定性，因此统一潮流控制器具有广阔的发展前景，并已在高电压、大容量输电场合的实现了工程应用。交流线路采用的单相重合闸由于故障相与健全相存在电磁耦合，故障点存在潜供电流，熄弧时间长，影响单相重合闸的快速操作，并且传统的自动重合闸无法判别故障性质，若重合于永久性故障，则会对电力系统造成二次冲击，威胁电力系统的安全运行。我国500kV及以上电压等级的输电线路，通常采用线路并联电抗器中性点附加小电抗的方法来抑制潜供电流，目前已有较多文献提出了该场景下不同的自适应重合闸技术方案。而对于长度较短的超高压线路，由于其基本都为不换位的运行方式，相间参数不平衡程度高，采用小电抗补偿效果不理想；线路电容效应不显著，不需要装设并联电抗器，因此也无法采用小电抗抑制潜供电流的方案。发表于2010年7月《高电压技术》第36卷、第7期题目为“高速接地开关抑制超、特高压输电线路潜供电流的研究”的文章研究了通过在输电线路两侧合快速接地开关抑制潜供电流的方案，而此场景下如何实现自适应重合闸并未提及。并且UPFC线路结构特殊，因此需要结合UPFC接入线路故障的特殊场景，研究适用于UPFC接入线路的潜供电流抑制及自适应重合闸方法。

此外，诸如公开号：CN101359822A，公开一种基于故障点电压的输电线路单相自适应重合闸实现方法，通过电压和电流值故障测距，并计算实际的故障点电压，将故障点电压与整定电压作比较，判别故障性质，但其并未提及在此场景下的潜供电流抑制问题；公开号：CN1588729A公开一种适用于同杆并架双回线的重合闸方案；公开号：CN110416980A公开一种基于组合式直流断路器的直流输电线路单极短路故障自适应重合闸方法；尤其是本申请人的专利申请：公开号：CN113567808A，涉及一种统一潮流控制器接入线路故障定位方法及系统，其通过串联侧换流器向输电线路注入电压信号实现故障定位，但并未研究单相重合闸的潜供电流问题。公开号：CN106300330A，公开一种统一潮流控制器故障态穿越方法，以保证统一潮流控制器安全运行，但其并未研究线路故障后的自适应重合闸方法。此外，再如公开号：CN101860000A公开一种输电线路单相重合闸前的永久性故障快速识别方法；公开号：CN109613422A，公开一种用于抑制潜供电流的断路器跳闸时刻控制方法；公开号：CN202856347U，公开一种抑制超/特高压输电线路潜供电弧用RC阻尼装置；公开号：CN106207996A，公开一种统一潮流控制器串联变压器充电启动试验保护配置方法；公开号：CN107204607A，公开一种静止同步串联补偿器的保护方法，其集中与静止同步串联补偿器本体保护的研究，并未涉及线路重合闸问题。然而，上述现有技术虽然都与自适应重合闸控制方法相关，但是，由于上述现有技术集中在传统交流线路、或者直流线路场景，并未研究UPFC接入线路故障场景下自适应重合闸问题，并且在单相自适应重合闸的潜供电流抑制问题鲜有研究。因此，上述现有技术无法应用于UPFC接入线路场景实现UPFC单相重合闸快速熄弧以及故障性质判别。

发明内容

为了解决背景技术中存在的缺陷，通过抑制UPFC接入线路潜供电流，同时实现单相自适应重合闸，本发明提出了一种UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置、方法及应用，其技术方案如下：

UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置，该装置是在UPFC接入侧已配置快速接地开关的基础上，在接入线路对侧配置一套快速接地开关；其特征为：在UPFC接入线路发生单相接地故障，故障相断路器跳开后，首先将线路两侧接地开关短接，其与故障点形成并联回路，故障点潜供电流分流，实现快速熄弧；其次，经过固定延时之后，断开接入线路对侧快速接地开关，通过判断故障点与UPFC侧快速接地开关能否形成通路，判别接入线路故障性质，进而实现单相自适应重合闸。

本发明还公开一种UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸方法，其特征为：包括如下步骤：

步骤1：UPFC接入线路故障隔离；

步骤2：UPFC接入线路闭合快速接入开关抑制潜供电流；

步骤3：UPFC接入线路断开对侧快速接地开关判别故障性质。

本发明还公开一种将UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸方法应用于高电压、大容量的UPFC接入线路输电场景。

有益效果

该装置充分利用UPFC原来配置，可节省部分设备投资，实现主动熄弧，其受外界因素影响小，可靠性更高；并且所提自适应重合闸方法可实现故障性质的判别，加快UPFC接入线路单相接地故障恢复速度，为电力系统的安全运行提供保障。

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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为UPFC接入线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置示意图；

图2为UPFC接入线路潜供电流抑制及自适应重合闸方法示意图；

图3为接入线路单相接地故障潜供电流抑制波形；

图4为接入线路单相接地故障性质判别UPFC侧快速接地开关QE1电流对比波形。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明的具体的结构和方法实施方式做出详细说明。以下公开详细的示范实施例仅仅是出于描述示范实施例的目的，然而，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而能够覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。

本发明的目的是提供一种UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置及其控制方法，以加快UPFC接入线路单相重合闸操作速度，保障电力系统的安全运行。

实施例1

如图1所示的UPFC接入线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置示意图，其主要包括串、并联变压器，串、并联侧换流器、断路器、隔离开关、快速接地开关。并联变压器直接与交流母线相连，并联变压器、并联侧换流器、串联侧换流器以及串联变压器依次连接；接入线路两侧配置的交流断路器QF11和QF21与两侧母线相连；串联变压器网侧输出端通过隔离开关QS1、QS2与QF11、接入线路相连，同时网侧并联断路器QF2、隔离开关QS3，隔离开关QS1、QS2一侧均连接接地开关，即QE1、QE2，接地开关另一端与公共地连接。接入线路对侧配置一对快速接地开关QE21，其位于断路器QF21与接入线路之间。

线路两侧断路器QF11与QF21在接入线路正常运行时闭合，线路故障期间断开；串联变压器网侧并联的断路器QF2与隔离开关QS3在UPFC串联侧投运时断开，在线路正常运行且UPFC串联侧停运时闭合；串联变压器网侧隔离开关隔离开关QS1与QS2在UPFC串联侧投运时闭合，停运时断开；快速接地开关QE1、QE2一般只在串联变压器停运检修时闭合；本方案中QE1与接入线路对侧快速接地开关QE21投切实现潜供电流抑制及故障性质判别。

实施例2

UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸方法，包括如下步骤：

步骤1：UPFC接入线路故障隔离：当UPFC接入线路发生单相接地故障后，线路保护动作，同时UPFC串联侧换流器退出运行，线路两侧断路器开关QF11、QF21断开，实现故障隔离。

步骤2：UPFC接入线路闭合快速接入开关抑制潜供电流：

如图2所示，UPFC接入线路故障相断路器跳开后，潜供电流由静电感应电流与电磁感应电流两部分组成；健全相与故障相之间的相间电容C产生静电感应电流，健全相在故障相感应出电动势E_M1、E_M2通过故障相线路C₀在故障点产生电磁感应电流。

通过线路两侧快速接地开关QE1、QE21合闸，对于静态感应电流，由于通过故障点的相间电容电流被分流，而且接地开关阻抗较小，单相接地故障一般为非金属性故障，过渡电阻越大，潜供电流的抑制效果越明显。对于电磁感应电流，故障相与快速接地开关回路产生平衡电桥，故障发生在线路不同位置时，平衡电桥均可将流入故障点的电磁感应电流疏导至快速接地开关回路中，故障点可快速熄弧。

如图3给出了长度为40km的UPFC接入线路中点发生经50Ω过渡电阻的单相接地故障时，故障点潜供电流抑制效果波形图；由于故障相与健全相存在耦合，线路两侧断路器断开后，不采取抑制措施时，故障点存在幅值为8A左右的潜供电流。当采用所提潜供电流抑制方法时，1.3s两侧接入开关合闸，潜供电流的大小由8A立刻下降到0A左右，潜供电流抑制效果明显。

经过200ms的固定时延，UPFC接入线路潜供电流抑制结束，如图2所示，线路对侧快速接地开关QE21断开，进行自适应重合闸单相故障性质的判别。图4给出了不同故障性质下，UPFC侧快速接地开关QE1电流波形，可以看出，1.5s对侧接地开关QE21断开后，瞬时性故障下电流几乎减小到零，而永久性故障仍存在幅值为数十安的交流电流，因此通过判断此电流的大小可正确判别故障性质。

步骤3：UPFC接入线路断开对侧快速接地开关判别故障性质：

经过固定延时，UPFC接入线路潜供电流抑制结束，进行故障性质的判别，通过判断UPFC侧快速接地开关电流的幅值大小，便可判别接入线路发生了永久性故障还是瞬时性故障，进而实现单相自适应重合闸；

当断开接入线路对侧快速接地开关QE21，此时流过UPFC接入侧快速接地开关QE1的电流与交流系统中性点电流成正比；

若为瞬时性故障，则UPFC接入侧快速接地开关QE1仅与故障相线路的接地电容形成回路，由于分布电容容抗较大，近似于开路，因此流过该接地开关的电流可以忽略不计；

若为永久性故障，由于相对于分布电容而言，故障点过渡电阻阻值小得多，故UPFC接入侧快速接地开关QE1将与故障点形成通路，流过该接地开关的电流较为明显。

实施例3

本发明还公开一种将上述UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸方法应用于高电压、大容量的UPFC接入线路输电场景。

本发明提供了一种UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置、方法及应用。在UPFC接入侧已配置快速接地开关的基础上，在接入线路对侧配置一套快速接地开关构成UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置。在UPFC接入线路发生单相接地故障，故障相断路器跳开后，首先将线路两侧快速接地开关短接，其与故障点形成并联回路，故障点潜供电流分流，实现快速熄弧。其次，经过固定延时之后，断开接入线路对侧快速接地开关，然后通过判断故障点与UPFC侧快速接地开关能否形成通路，判别接入线路故障性质，进而实现单相自适应重合闸。该方法充分利用UPFC原来配置，可节省部分设备投资，实现主动熄弧，其受外界因素影响小，可靠性更高；并且所提自适应重合闸方法可实现故障性质的判别，加快UPFC接入线路单相接地故障恢复速度，为电力系统的安全运行提供保障。

本说明书中等效实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，等效实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本发明中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

Claims (7)

1.UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置，该装置是在UPFC接入线路侧已配置快速接地开关QE1的基础上，在UPFC接入线路对侧配置一套快速接地开关QE21；其特征为：当UPFC接入线路侧发生单相接地故障，交流断路器QF11、交流断路器QF21跳开后，首先，将线路两侧快速接地开关QE1、QE21短接,其与故障点形成并联回路，从而使故障点潜供电流分流实现快速熄弧；其次，经过固定延时之后，断开接入线路对侧快速接地开关QE21，通过判断故障点与UPFC接入侧快速接地开关QE1能否形成通路，判别接入线路故障性质，进而实现单相自适应重合闸；UPFC线路包括串、并联变压器，串、并联侧换流器、断路器、隔离开关、快速接地开关；所述并联变压器直接与交流母线相连，并联变压器、并联侧换流器、串联侧换流器以及串联变压器依次连接；接入线路两侧配置的交流断路器QF11和交流断路器QF21分别与两侧母线相连；串联变压器网侧输出端通过隔离开关QS1、QS2与QF11、接入线路相连，同时网侧并联断路器QF2、隔离开关QS3并联连接，串联变压器网侧两个输出端分别通过隔离开关QS1、QS2连接至断路器QF2的两端，隔离开关QS1与串联变压器网侧一侧输出端之间的公共连接点连接快速接地开关QE1一端，隔离开关QS2与串联变压器网侧另一侧输出端之间的公共连接点连接快速接地开关QE2一端，快速接地开关QE1、QE2另一端与公共地连接；接入线路对侧配置一套快速接地开关QE21，快速接地开关QE21的一端连接至断路器QF21与接入线路的公共连接点，快速接地开关QE21的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置，其特征为：线路两侧断路器QF11与QF21在接入线路正常运行时闭合，线路故障期间断开；串联变压器网侧并联的断路器QF2与隔离开关QS3在UPFC串联侧投运时断开，在线路正常运行且UPFC串联侧停运时闭合；串联变压器网侧隔离开关QS1与QS2在UPFC串联侧投运时闭合，停运时断开；快速接地开关QE1、QE2只在串联变压器停运检修时闭合；快速接地开关QE1与接入线路对侧快速接地开关QE21投切实现潜供电流抑制及故障性质判别。

3.UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸方法，包括权利要求1-2任一所述的UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸装置，其特征为：包括如下步骤：

步骤1：UPFC接入线路故障隔离；

步骤2：UPFC接入线路闭合快速接入开关抑制潜供电流；

步骤3：UPFC接入线路断开对侧快速接地开关判别故障性质。

4.根据权利要求3所述的UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸方法，其特征在于：所述步骤1进一步包括如下内容：

当UPFC接入线路发生单相接地故障后，线路保护动作，同时UPFC串联侧换流器退出运行，线路两侧断路器开关QF11、QF21断开，实现故障隔离。

5.根据权利要求3所述的UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸方法，其特征在于：所述步骤2进一步包括如下内容：

由于单相重合闸产生的潜供电流由静电感应电流与电磁感应电流两部分组成；所述静电感应电流为健全相线路电压通过相间电容C向故障点f馈入的电容电流，而电磁感应电流为健全相线路电流通过线路耦合，经故障相线路对地电容向故障点提供的互感电流；

对于静态感应电流，通过UPFC接入线路两侧的快速接地开关合闸，通过故障点f的相间电容电流被分流，而且接地开关阻抗较小，单相接地故障一般为非金属性故障，过渡电阻越大，潜供电流的抑制 效果越明显；

对于电磁感应电流，UPFC接入线路两侧的快速接入开关合闸后，将在故障相与接入回路产生平衡电桥，故障发生在线路不同位置时，平衡电桥均可将流入故障点的电磁感应电流疏导至快速接地开关回路中，故障点可快速熄弧；

当UPFC接入线路故障隔离后，线路两侧快速接地快关QE1、QE21合闸，实现故障点潜供电流快速主动熄弧。

6.根据权利要求3所述的UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸方法，其特征在于：经过固定延时，UPFC接入线路潜供电流抑制结束，进行故障性质的判别，通过判断UPFC侧快速接地开关电流的幅值大小，便可判别接入线路发生了永久性故障还是瞬时性故障，进而实现单相自适应重合闸。

7.根据权利要求6所述的UPFC线路潜供电流抑制及自适应重合闸方法，其特征在于：当断开接入线路对侧快速接地开关QE21后，此时流过UPFC接入侧快速接地开关QE1的电流与交流系统中性点电流成正比；

若为瞬时性故障，则UPFC接入侧快速接地开关QE1仅与故障相线路的接地电容形成回路，由于分布电容容抗较大，近似于开路，因此流过该接地开关QE1的电流忽略不计；

若为永久性故障，由于相对于分布电容而言，故障点过渡电阻阻值小得多，故UPFC接入侧快速接地开关QE1将与故障点形成通路，流过该接地开关的电流较为明显。

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