CN115622013A - 一种消能装置及其投入控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于消能装置技术领域，具体涉及一种消能装置及其投入控制方法。在消能装置投入允许且接收的消能装置投入指令有效时，向消能装置中各相控制开关均下发合闸命令，使控制开关执行合闸动作；其中，消能装置投入允许是指消能装置满足可投入条件；在要求的时间内接收到所有相控制开关反馈的合位状态时，判定所有相控制开关合闸成功，完成消能装置的投入。整个方法逻辑简单但实用性较强，有助于消能装置的工程实施，有效解决交流母线过电压问题，提升直流线路功率输送能力。

Description

一种消能装置及其投入控制方法

技术领域

本发明属于消能装置技术领域，具体涉及一种消能装置及其投入控制方法。

背景技术

近年来，特高压直流输电技术发展迅速，国内已经建设并投运多个特高压直流输电工程，极大地解决了国内用电紧缺的问题。高压电网的枢纽作用更加凸显，将在我国能源领域实现“碳达峰、碳中和”中发挥更为积极的作用。

直流输电线路输送功率往往达不到设计值，主要限制因素为送端换流母线的暂态过电压和受端特高压的静稳极限。在大功率方式下发生双极直流故障(双极换相失败、双极闭锁、双极线路重启动)，直流功率中断期间交流系统和交流滤波器发出大量过剩无功，在换流站造成超过系统控制水平的暂态过电压，是约束直流功率的主要问题。

为了解决上述系统过电压问题，可在换流站站交流母线加装消能装置。消能装置包括三相一次设备，每一相的一次设备包括设置于进线端和接地端之间的多条避雷器支路，每条避雷器支路上设置一个避雷器固定元件和一个避雷器受控元件，所有的避雷器固定元件均并联，所有的避雷器受控元件均并联，控制开关与所有的避雷器受控元件均并联。其工作方式为，在系统出现故障时，极控系统给消能装置下发投入指令，消能装置接收到投入指令后，下发控制开关合闸命令，控制开关导通后，避雷器受控元件被短接，降低避雷器整体保护水平，深度抑制系统过电压。现有技术中基本遵从该基本的工作方式对消能装置进行投入，但该工作方式存在一些问题，比如，消能装置有可能已吸收能量已达到其能量越限自锁定值，在接收到极控系统柜下发的投入指令后不考虑消能装置状态直接控制其投入，消能装置投入无意义，还是无法解决系统过电压的问题，又比如，控制开关异常导致其合闸时间非常久，在下发控制开关合闸命令后不考虑这些因素直接判定控制开关一定会合闸成功，这也将导致消能装置投入无意义，无法解决系统过电压的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消能装置及其投入控制方法，用以解决现有技术中的方法导致消能装置投入无意义，无法解决系统过电压的问题。

为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案以及技术方案所产生的有益效果如下：

本发明的一种消能装置投入控制方法，包括如下步骤：1)在消能装置投入允许且接收的消能装置投入指令有效时，向消能装置中各相控制开关均下发合闸命令，使控制开关执行合闸动作；其中，消能装置投入允许是指消能装置满足可投入条件；2)在要求的时间内接收到所有相控制开关反馈的合位状态时，判定所有相控制开关合闸成功，完成消能装置的投入。

其有益效果为：本发明在消能装置投入允许且判定消能装置投入指令有效的情况下才下发控制开关合闸的指令，保证了消能装置的有效投入，并在要求的时间内接收到所有相控制开关反馈的合位状态才判定控制开关合闸成功，以完成消能装置的投入，从而准确获取消能装置的投入状态，整个方法逻辑简单但实用性较强，有助于消能装置的工程实施，有效解决交流母线过电压问题，提升直流线路功率输送能力。

进一步地，满足所述消能装置投入允许的条件包括：各相控制开关均合闸允许、各相避雷器均合闸允许、位于各相交流母线进线位置处的断路器均处于合位状态、以及控制装置正常；其中，所述控制装置用于接收消能装置投入指令并向各相控制开关下发合闸命令，满足所述控制装置正常的条件包括：控制装置自检正常、以及控制装置与消能装置中除其上行通讯设备外其他设备均能正常通讯。

其有益效果为：对控制开关、避雷器、断路器和控制装置进行全方面的检测与判断，在每个器件均无故障的情况下才判定消能装置满足可投入条件，保证了消能装置投入的有效性。

进一步地，满足各相控制开关均合闸允许的条件包括：各相控制开关中的触发开关均合闸允许和各相控制开关中的旁路开关均合闸允许；满足触发开关合闸允许的条件包括：触发开关控制器与消能装置中其下行通讯设备均能正常通讯、触发开关中电容电压均正常、以及触发开关位置正常；满足旁路开关合闸允许的条件包括：旁路开关合闸油压正常、六氟化硫压力正常、以及旁路开关自锁信号无效。

其有益效果为：对控制开关中的旁路开关和触发开关进行全方面的检测与判断，在旁路开关和触发开关均无故障的情况下才判定控制开关满足合闸允许，保证了消能装置投入的有效性。

进一步地，满足某相避雷器均合闸允许的条件包括：该相消能装置已吸收能量小于或者等于该相避雷器能量越限自锁定值。

其有益效果为：通过检测消能装置已吸收能量来判断避雷器自锁信号是否有效，可以准确且实时地判断避雷器是否合闸允许。

进一步地，若在t₀+Δt₀时间内接收到某一相控制开关中的触发开关反馈的合位状态，或者在t₁+Δt₁时间内接收到该相控制开关中的旁路开关反馈的合位状态，则表明接收到该相控制开关反馈的合位状态；其中，t₀表示触发开关合闸动作时间的最大值，Δt₀表示设置的触发开关裕量时间，t₁表示旁路开关合闸动作时间的最大值，Δt₁表示设置的旁路开关裕量时间。

其有益效果为：考虑通讯延迟、以及旁路开关中的中间继电器的动作时间等因素，控制开关对应的要求时间包含有设置的裕量时间，以防止要求时间设置的过短造成误判断的情况出现。

进一步地，消能装置投入指令有效是指，与消能装置通讯的多极极控系统中的任一极控系统的值班极控指令为消能装置投入指令。

本发明的一种消能装置，包括控制保护装置和三相一次设备；控制保护装置包括控制装置，所述控制装置用于与极控系统通讯；每一相的一次设备均包括设置于进线端和接地端之间的多条避雷器支路，每条避雷器支路上设置有避雷器固定元件和避雷器受控元件，所有的避雷器固定元件均并联，所有的避雷器受控元件均并联，控制开关与所有的避雷器受控元件均并联，所述控制装置用于在需要投入消能装置时：在消能装置投入允许且接收的消能装置投入指令有效时，向消能装置中各相控制开关均下发合闸命令，使控制开关执行合闸动作；其中，消能装置投入允许是指消能装置满足可投入条件；在要求的时间内接收到所有相控制开关反馈的合位状态时，判定控制开关合闸成功，完成消能装置的投入。

其有益效果为：本发明的消能装置包括控制装置，控制装置在判断控制消能装置投入允许且判定消能装置投入指令有效的情况下才下发控制开关合闸的指令，保证了消能装置的有效投入，并在要求的时间内接收到所有相控制开关反馈的合位状态才判定控制开关合闸成功，以完成消能装置的投入，从而准确获取消能装置的投入状态，整个方法逻辑简单但实用性较强，有助于消能装置的工程实施，有效解决交流母线过电压问题，提升直流线路功率输送能力。

进一步地，满足所述消能装置投入允许的条件包括：各相控制开关均合闸允许、各相避雷器均合闸允许、位于各相交流母线进线位置处的断路器均处于合位状态、以及控制装置正常；其中，所述控制装置用于接收极控系统下发的消能装置投入指令并向各相控制开关下发合闸命令；满足所述控制装置正常的条件包括：控制装置自检正常，以及控制装置与消能装置中的触发开关控制器、控制保护装置所包括的保护装置和测控装置均能正常通讯；满足各相控制开关均合闸允许的条件包括：各相控制开关中的触发开关均合闸允许和各相控制开关中的旁路开关均合闸允许；满足触发开关合闸允许的条件包括：触发开关控制器与消能装置中其下行通讯设备均能正常通讯、触发开关中电容电压均正常、以及触发开关位置正常；满足旁路开关合闸允许的条件包括：旁路开关合闸油压正常、六氟化硫压力正常、以及旁路开关自锁信号无效。

其有益效果为：对控制开关、避雷器、断路器和控制装置进行全方面的检测与判断，在每个器件均无故障的情况下才判定消能装置满足可投入条件，保证了消能装置投入的有效性。而且，对控制开关中的旁路开关和触发开关进行全方面的检测与判断，在旁路开关和触发开关均无故障的情况下才判定控制开关满足合闸允许，保证了消能装置投入的有效性。

进一步地，若在t₀+Δt₀时间内接收到某一相控制开关中的触发开关反馈的合位状态，或者在t₁+Δt₁时间内接收到该相控制开关中的旁路开关反馈的合位状态，则判定该相控制开关合闸成功；其中，t₀表示触发开关合闸动作时间的最大值，Δt₀表示设置的裕量时间，t₁表示旁路开关合闸动作时间的最大值，Δt₁表示设置的裕量时间。

其有益效果为：考虑通讯延迟、以及旁路开关中的中间继电器的动作时间等因素，控制开关对应的要求时间包含有设置的裕量时间，以防止要求时间设置的过短造成误判断的情况出现。

进一步地，消能装置投入指令有效是指，与消能装置通讯的多极极控系统中的任一极控系统的值班极控指令为消能装置投入指令。

附图说明

图1是本发明的单相消能装置的示意图；

图2是本发明的消能装置中的控制装置与极控系统连接示意图；

图3是本发明的消能装置投入控制方法的流程图；

图4是本发明的单相消能装置投入控制流程图。

具体实施方式

本发明对消能装置的投入条件进行细化，在接收的消能装置投入指令有效以及消能装置投入允许的情况下才向控制开关下发合闸命令，并在要求的时间内接收到所有相控制开关反馈的合位状态才判定消能装置投入成功，保证消能装置投入是有意义的，为消能装置的控制逻辑工程化设计提供参考。

为了使上述介绍的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

消能装置实施例：

本发明的一种消能装置实施例，是一种交流可控自恢复消能装置，安装于换流站交流母线引出线上，其单相(以A相为例)消能装置原理图如图1所示。整个消能装置包括三相一次设备、三相测量系统和控制保护装置。

如图1所示，每一相的一次设备均包括设置于进线端和接地端之间的多条避雷器支路，每条避雷器支路上设置一个避雷器固定元件和一个避雷器受控元件，且所有的避雷器固定元件均并联，所有的避雷器受控元件也均并联。控制开关包括触发开关CATS和旁路开关CABS，触发开关CATS与所有的避雷器受控元件均并联，旁路开关CABS也与所有的避雷器受控元件均并联。每一相的交流母线进线端上均设置有进线断路器DL。每相触发开关配置两个冗余触发开关控制器，每个触发开关控制器可单独完成触发开关的信号采集和控制功能。需说明的是，触发开关控制器属于一次设备，与触发开关一地设置。

每一相的测量系统包括用于检测避雷器固定元件所在线路电流的电流互感器BCT、用于检测接地端电流的电流互感器CT以及用于检测避雷器受控元件电压的电压互感器PT，所有的电流互感器BCT均与数据采集单元连接，以将电流互感器BCT采集的电信号变成光信号进行传输。

控制保护装置包括两个冗余设置的控制装置、三个冗余设置的保护装置和两个冗余设置的测控装置。控制装置和保护装置冗余配置均有可靠性的考虑，同时保护装置三冗余配置考虑的是满足保护“三取二”要求。控制保护装置的功能包括：交流母线进线断路器位置信号采集、接收集控下发的消能装置投入指令、三相触发开关CATS和旁路开关CABS的状态信号采集、三相触发开关CATS和旁路开关CABS的合闸控制、三相触发开关CATS和旁路开关CABS的合闸动作结果判定、控制保护装置内部通讯状态监视、控制保护装置与测量系统中传感器采集单元的通讯状态监视、以及消能装置投入后避雷器固定元件吸收的能量计算。控制装置与极控系统、触发开关、保护装置和测控装置均交叉冗余通讯。本实施例中，极控系统为双极极控系统，同样的，极控系统冗余配置是出于可靠性的考虑。

当系统出现过电压故障时，如图3和图4所示，双极极控系统下发消能装置投入指令给消能装置，进而消能装置采用如下方法(即本发明的一种消能装置投入控制方法)进行投入：

1)控制装置对消能装置投入指令是否有效进行判断。控制装置对极控系统下发的消能装置投入指令冗余处理，如图2所示，控制装置与双极极控系统交叉冗余通讯，即，两个冗余设置的控制装置分别为控制装置主机A和控制装置主机B，双极控系统分别为直流系统极控 1和直流系统极控系统2，每一极极控系统均包括2个冗余设置的极控系统，分别为直流系统极控1(或者直流系统极控2)主机A和直流系统极控1(或者直流系统极控2)主机B，每一个控制装置与每一个极控系统均通讯连接。对于某一个控制装置而言，接收双极极控指令，仅响应值班极控指令，任一极极控系统的值班极控指令为消能装置投入指令，则表明消能装置投入指令有效。需说明的是，由于任一极过压故障时，均需消能装置投入，以降低系统过压水平，所以任一极极控系统的值班极控指令为消能装置投入指令，便执行合闸操作。

2)控制装置对消能装置投入允许与否进行判断。若某一相的触发开关、旁路开关和避雷器均合闸允许，则表明单相投入允许，若三相均为投入允许、三相进线断路器均处于合位状态且控制装置正常，则表明消能装置投入允许，否则表明消能装置投入允许无效。具体的：

若满足触发开关控制器与其任一下行通讯设备均能正常通讯、触发开关电容电压正常和触发开关位置无异常，则表明触发开关合闸允许。

若满足旁路开关合闸油压正常、SF₆压力正常和旁路开关自锁信号无效，则表明旁路开关合闸允许。

保护装置根据电流互感器CT采集的电流计算消能装置每次投入时吸收的能量，在吸收的能量大于避雷器能量越限自锁定值时，表明避雷器自锁信号有效，即避雷器合闸允许无效，否则表明避雷器合闸允许有效。

若满足控制装置自检正常、控制装置与任一保护装置均能正常通讯、控制装置与触发开关的任一路上行设备均能正常通讯、控制装置与任一测控装置均能正常通讯，则表明控制装置正常。而且，单相触发开关的冗余控制器与控制装置交叉冗余通讯，每相触发开关的任一上行链路均与控制装置通讯正常及即满足条件。

3)在步骤1)的判断结果为消能装置投入指令有效且步骤2)的判断结果为消能装置投入允许的情况下，控制装置同时下发各相控制开关合闸命令，各相的触发开关和旁路开关执行合闸动作。

4)触发开关和旁路开关向控制装置反馈开关状态，控制装置根据开关的动作特性判断动作结果：如果在要求的时间内，控制装置接收到反馈的开关合位状态，则判定控制开关合闸成功，否则判定控制开关合闸失败。单相触发开关合闸失败且旁路开关合闸失败，则该相合闸失败；任一相合闸失败，则消能装置投入失败。

其中，根据触发开关动作特性，其合闸动作时间小于t₀ms，考虑到通讯延时和一定裕量设置裕量时间Δt₀(本实施例中Δt₀＝5ms)，如果控制装置(t₀+5)ms内收到某一相触发开关合位状态反馈，则判定该相触发开关合闸成功，否则判定该相触发开关合闸失败；根据旁路开关动作特性，其合闸动作时间小于t₁ms，旁路开关合闸控制回路和合位反馈回路均为电信号，考虑到中间继电器动作时间和一定裕量设置裕量时间Δt₁(本实施例中Δt₁＝60ms)，如果控制装置(t₁+60)ms内收到某一相旁路开关合位状态反馈，则判定该相旁路开关合闸成功，否则判定该相旁路开关合闸失败。

5)控制装置向极控系统反馈消能装置状态，包括投入成功状态和投入失败状态(即故障状态)。

需说明的是，本实施例中的消能装置中的两个控制装置均执行合闸控制方法，任一控制装置正常即可完成控制功能。

综上，上述方法实现极控投入指令处理、消能装置的投入条件判断、触发开关和旁路开关的自动合闸和消能装置投入状态判断等功能，有助于消能装置的工程实施，有效解决交流母线过电压问题，提升直流线路功率输送能力。

消能装置投入控制方法实施例：

本发明的一种消能装置投入控制方法，该方法实现极控投入指令处理、消能装置的投入条件判断、触发开关和旁路开关的自动合闸和消能装置投入状态判断等功能，具体包括：

1)在消能装置投入允许(各相控制开关均合闸允许、各相避雷器均合闸允许、位于各相交流母线进线位置处的断路器均处于合位状态、以及控制装置正常)且接收的消能装置投入指令有效(与消能装置通讯的多极极控系统中的任一极控系统的值班极控指令为消能装置投入指令)时，向消能装置中各相控制开关均下发合闸命令，使控制开关执行合闸动作；

2)在t0+Δt0时间内接收到某一相控制开关中的触发开关反馈的合位状态，或者在t1+Δt1 时间内接收到该相控制开关中的旁路开关反馈的合位状态，表明接收到该相控制开关反馈的合位状态；若接收到所有相控制开关反馈的合位状态，判定所有相控制开关合闸成功，完成消能装置的投入。

关于该方法的具体实施过程已在消能装置实施例中做了详细介绍，本消能装置投入控制方法实施例不再赘述。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种消能装置投入控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在消能装置投入允许且接收的消能装置投入指令有效时，向消能装置中各相控制开关均下发合闸命令，使控制开关执行合闸动作；其中，消能装置投入允许是指消能装置满足可投入条件；

2)在要求的时间内接收到所有相控制开关反馈的合位状态时，判定所有相控制开关合闸成功，完成消能装置的投入。

2.根据权利要求1所述的消能装置投入控制方法，其特征在于，满足所述消能装置投入允许的条件包括：各相控制开关均合闸允许、各相避雷器均合闸允许、位于各相交流母线进线位置处的断路器均处于合位状态、以及控制装置正常；其中，所述控制装置用于接收消能装置投入指令并向各相控制开关下发合闸命令，满足所述控制装置正常的条件包括：控制装置自检正常、以及控制装置与消能装置中除其上行通讯设备外其他设备均能正常通讯。

3.根据权利要求2所述的消能装置投入控制方法，其特征在于，满足各相控制开关均合闸允许的条件包括：各相控制开关中的触发开关均合闸允许和各相控制开关中的旁路开关均合闸允许；满足触发开关合闸允许的条件包括：触发开关控制器与消能装置中其下行通讯设备均能正常通讯、触发开关中电容电压均正常、以及触发开关位置正常；满足旁路开关合闸允许的条件包括：旁路开关合闸油压正常、六氟化硫压力正常、以及旁路开关自锁信号无效。

4.根据权利要求2所述的消能装置投入控制方法，其特征在于，满足某相避雷器均合闸允许的条件包括：该相消能装置已吸收能量小于或者等于该相避雷器能量越限自锁定值。

5.根据权利要求1所述的消能装置投入控制方法，其特征在于，若在t₀+Δt₀时间内接收到某一相控制开关中的触发开关反馈的合位状态，或者在t₁+Δt₁时间内接收到该相控制开关中的旁路开关反馈的合位状态，则表明接收到该相控制开关反馈的合位状态；其中，t₀表示触发开关合闸动作时间的最大值，Δt₀表示设置的触发开关裕量时间，t₁表示旁路开关合闸动作时间的最大值，Δt₁表示设置的旁路开关裕量时间。

6.根据权利要求1～5任一项所述的消能装置投入控制方法，其特征在于，消能装置投入指令有效是指，与消能装置通讯的多极极控系统中的任一极控系统的值班极控指令为消能装置投入指令。

7.一种消能装置，包括控制保护装置和三相一次设备；控制保护装置包括控制装置，所述控制装置用于与极控系统通讯；每一相的一次设备均包括设置于进线端和接地端之间的多条避雷器支路，每条避雷器支路上设置有避雷器固定元件和避雷器受控元件，所有的避雷器固定元件均并联，所有的避雷器受控元件均并联，控制开关与所有的避雷器受控元件均并联，其特征在于，所述控制装置用于在需要投入消能装置时：

在消能装置投入允许且接收的消能装置投入指令有效时，向消能装置中各相控制开关均下发合闸命令，使控制开关执行合闸动作；其中，消能装置投入允许是指消能装置满足可投入条件；在要求的时间内接收到所有相控制开关反馈的合位状态时，判定控制开关合闸成功，完成消能装置的投入。

8.根据权利要求7所述的消能装置，其特征在于，满足所述消能装置投入允许的条件包括：各相控制开关均合闸允许、各相避雷器均合闸允许、位于各相交流母线进线位置处的断路器均处于合位状态、以及控制装置正常；其中，所述控制装置用于接收极控系统下发的消能装置投入指令并向各相控制开关下发合闸命令；满足所述控制装置正常的条件包括：控制装置自检正常，以及控制装置与消能装置中的触发开关控制器、控制保护装置所包括的保护装置和测控装置均能正常通讯；

满足各相控制开关均合闸允许的条件包括：各相控制开关中的触发开关均合闸允许和各相控制开关中的旁路开关均合闸允许；满足触发开关合闸允许的条件包括：触发开关控制器与消能装置中其下行通讯设备均能正常通讯、触发开关中电容电压均正常、以及触发开关位置正常；满足旁路开关合闸允许的条件包括：旁路开关合闸油压正常、六氟化硫压力正常、以及旁路开关自锁信号无效。

9.根据权利要求7所述的消能装置，其特征在于，若在t₀+Δt₀时间内接收到某一相控制开关中的触发开关反馈的合位状态，或者在t₁+Δt₁时间内接收到该相控制开关中的旁路开关反馈的合位状态，则判定该相控制开关合闸成功；其中，t₀表示触发开关合闸动作时间的最大值，Δt₀表示设置的裕量时间，t₁表示旁路开关合闸动作时间的最大值，Δt₁表示设置的裕量时间。

10.根据权利要求7～9任一项所述的消能装置，其特征在于，消能装置投入指令有效是指，与消能装置通讯的多极极控系统中的任一极控系统的值班极控指令为消能装置投入指令。

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