SE505746C2 - Skyddsutrustning vid en bipolär strömriktarstation - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 505 746 1 nu på jordpotential. De uttag hos strömriktarna som är vända från hopkopplingspunkten är anslutna till likströmslinjens båda ledare, vilka ligger på positiv respektive negativ potential relativt jord. En anläggning av detta slag kallas bipolär. Vid vissa fel eller vid underhållsarbete kan de till överföringens ena likströmledare anslutna strömriktarna tas ur drift och anläggningen drivas i monopolär drift, var- vid returströmmen leds via jord eller via den nyssnämna ledaren.

En strömriktarstation vid en anläggning av detta slag har två poldelar, som är sinsemellan lika och som var och en består av en av strömriktarna och vissa till denna anslutna filterkretsar, mätorgan och kopplingsorgan. Anläggningen har dessutom en bipolär del, vilken innefattar för strömriktarna gemensamma organ, såsom elektrodlinjen, en stationsjord, samt vissa skenor och kopplingsorgan för hopkoppling av strömriktarnas mot jord vända uttag och för anslutning av dessa till elektrodlinjen, till stationsjord eller till en av likströmlinjens ledare för användning av denna ledare som àterledare.

Det är känt att förse en station av detta slag med en skyddsutrustning för varje pol. En sådan utrustning avkänner ett flertal storheter, främst strömmar och spänningar, som är relaterade till poldelens driftstillstànd. Med ledning av förutbestämda algoritmer eller kriterier detekterar skydds- utrustningen onormala driftstillstànd hos poldelen och akti- verar ett antal lämpliga skyddsåtgärder för undvikande av bestående fel hos anläggningen. Exempel pà sådana onormala driftstillstånd är överström, inre kortslutning, jordfel, avbrott, underspänning, överspänning. Exempel på skyddsåt- gärder är utlösning av brytare på strömriktarens växel- strömssida, blockering av strömriktaren, isolering av ström- riktaren genom öppnande av de kopplingsorgan som ansluter strömriktaren till linjen och till stationens neutralskena, nedstyrning av strömriktaren till full växelriktardrift. Som regel verkställes blockering av strömriktaren vid ett detek- terat fel, och under alla omständigheter medför ett fel i 10 15 20 25 30 35 se s _5115 7 allmänhet att den aktuella polens drift avbryts för kortare eller längre tid. Detta innebär dock ingen allvarlig nack- del, polen. Eftersom en anläggning av detta slag kan överbelastas eftersom driften kan fortsättas med den återstående under begränsad tid blir bortfallet i anläggningens effekt- överföring begränsat.

Beträffande den bipolära delen är emellertid förhållandena annorlunda. Normalt är strömmar och spänningar låga i den bipolära delen, vilket reducerar risken för fel i denna del.

Vid vissa anläggningar har därför denna del lämnats oskyd- dad, vilket dock kan få negativa följder. Eftersom den bipolära delen är gemensam för båda polerna, och eftersom driften av stationen inte kan upprätthàllas vid fel i den bipolära delen, har existerande skydd för den bipolära delen vid ett detekterat fel i den bipolära delen gett utlösnings- signal till båda polerna, varvid stationens båda strömrik- tare blockerats och anläggningens effektöverföring helt upp- hört. Eftersom den överförda effekten hos en anläggning av aktuellt slag i allmänhet utgör en väsentlig del av effek- kommer ett totalt bortfall av den överförda effekten ofta att ge all- varliga driftstörningar i dessa växelströmsnät. För att öka driftsäkerheten har på känt sätt bipolskyddet utförts med terna i de båda växelströmsnät den förbinder, två av varandra oberoende delar. Dessa har försetts med mät- signaler från skilda mätkanaler hos utrustningens mätorgan.

Utlösningssignalerna från bipolskyddets båda delar har till- förts de båda polernas styrutrustningar parallellt. Det har visat sig att, även om redundans på detta sätt införs hos skyddsutrustningen för den bipolära delen, kommer onödiga totala driftstopp med dess allvarliga konsekvenser att utlö- sas av den bipolära skyddsutrustningen på grund av t ex fel- aktiga mätsignaler, kvarglömda jordningar vid underhålls- arbete pà en pol, eller av testsignaler vid underhållsarbete på en pol under monopolär drift. Vidare kunde aldrig någon del av den redundanta bipolära skyddsutrustningen tas ur drift, t ex för underhållsarbete, eftersom då den för full- god driftsäkerhet nödvändiga redundansen försvann. 10 15 20 25 30 35 sos väe 4 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGBN Uppfinningen avser att åstadkomma en skyddsutrustning av inledningsvis angivet slag, - vilken ger ett förbättrat skydd av stationens bipolära del, - vilken kraftigt reducerar risken för bortfall av båda polerna och därmed tillförsäkrar ett maximal tillgänglighet och tillförlitlighet hos anläggningen, - vilken eliminerar risken för att felaktiga mätsignaler skall orsaka bortfall av båda polerna, - vilken erbjuder möjlighet för underhàllsarbete på endera polen under monopolär drift, eller pá den bipolära delen, med minimal risk för obefogade utlösningar av den i drift varande polen.

Vad som kännetecknar en anläggning enligt uppfinningen fram- går av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-8. Figur l visar huvud- kretsarna pà likströmssidan hos en typisk strömriktarsta- tion. Figur 2 visar principen för skyddskretsarnas utform- ning enligt uppfinningen vid en strömriktarstation av det i figur 1 visade slaget. Figur 3 åskådliggör hur signalerna från stationens mätorgan tillförs de olika delarna av skyddsutrustningen. Figur 4 visar hur mätsignaler kan anord- nas att påverkas av relevanta fránskiljares status för möj- liggörande av säker provning av bipoldelens mätorgan. Figur 5 visar hur för uppnàende av redundans ett mätvärde för en ström kan bildas med ledning av mätvärden på andra strömmar.

Figur 6 visar hur stationens bipolskydd kan utformas för förhindrande av obefogade utlösningar vid monopolär drift.

Figur 7 visar hur stationens bipolskydd kan utformas för undvikande av utlösning vid bipolär drift. Figur 8 visar hur stationens bipolskydd kan utformas för upprätthållande av 10 15 20 25 30 35 f, 5 :S05 746 monopolär drift vid felaktig indikation om överspänning pà neutralskenan.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar huvudkretsarna på likströmssidan hos en typisk bipolär strömriktarstation vid en HVDC-anläggning. Stationen har två högeffektströmriktare, SRI och SR2, anordnade att omvandla effekt mellan ett icke visat växelströmskraftnät och stationens likströmssida. Stationen är förbunden med en icke visad strömriktarstation via likströmsledningarna L1 och L2.

Stationens huvudkretsar på likströmssidan består, vilket visas med streckade linjer i figuren, av tvâ lika delar P1 och P2 (i det följande kallade poldelar) varandra och tillordnade var sin pol hos stationen, som är skilda från samt en för de båda polerna gemensam del BIP (i det följande kallad den bipolära delen).

De båda poldelarna är i princip oberoende av varandra, och stationens drift kan upprätthállas - om än med reducerad effekt - om en av poldelarna tas ur drift och kopplas bort.

Den gemensamma bipolära delen är däremot nödvändig för sta- tionens drift, och ett fel i den bipolära delen och en bortkoppling av denna medför bortfall av hela stationen.

Poldelen Pl innefattar strömriktaren SR1, vars i figuren övre likströmsuttag kan förbindas med linjen L1 med hjälp av en frånskiljare Ql31. Strömriktarens nedre likströmsuttag är via polens neutralskena NBI, i vilken en brytare NBS1 är förbunden med fránskiljarna Qlll och Ql2l, med vars hjälp strömriktaren kan anslutas till den bipolära anordnad, delen. Parallellt med strömriktaren är ett övertonsfilter Fl anordnat för filtrering av övertonerna med ordningstalen 12 och 24.

Poldelen Pl är försedd med mättransduktorer Pl-Tl och P1-T2 för mätning av strömmarna IDLl och IDNl på strömriktarens 10 15 20 25 30 35 sos väe 6 båda sidor. Varje mättransduktor är försedd med två separata mätkanaler och avger två redundanta mätsignaler, vilka betecknas med IDLIA och IDL1B respektive IDNlA och IDNIB.

Poldelen Pl har vidare två mätspänningsdelare Pl-V1 och P1- V2. Dessa har enkla huvudkretsar men redundanta mätförstär- kare, vilka avger mätsignalerna UDNIA, UDNIB respektive UDLlA och UDLlB som motsvarar likspänningarna på strömrikta- rens båda sidor. Vidare finns mättransformatorer P1-MIA och Pl-MIB samt P1-M2A och Pl-M2B, vilkas utsignaler IFl2lA, IFl2lB respektive IF24IA, övertonsströmmarna med ordningstalen l2 och 24 i filtret Fl.

IF24lB används för mätning av Poldelen P2 är uppbyggd på samma sätt och beteckningarna för dess komponenter och signaler överensstämmer med motsvarande beteckningar i poldelen Pl med skillnaden att en siffra "l" i beteckningarna är utbytt mot "Z".

Den bipolära delen BIP innefattar skenor och kopplingsorgan för alternativ anslutning av var och en av polernas neutral- skenor NBl och NB2 till en elektrodlinje EL med två paral- lella grenar ELa och BLb, till en stationsjord SG eller till den andra polens likströmslinje. Polernas neutralskenor kan med hjälp av frånskiljarna Qlll respektive Qll2 anslutas till en kopplingspunkt CA och därifrån antingen via en frànskiljare QI4 och en brytare NBGS till stationsjorden SG eller via en frànskiljare Q18, en brytare GRTB och från- skiljarna Ql5 eller Ql6 till endera av linjerna Ll och L2.

Neutralskenorna kan vidare mad hjälp av frånskiljarna Ql2l respektive Ql22 anslutas till en kopplingspunkt CB och därifrån via en brytare MRTB till elektrodlinjen. För att möjliggöra underhåll av brytaren MRTB utan att elektrod- linjen tas ur drift kan brytaren förbikopplas med en fràn- skiljare Q17 och bortkopplas med frånskiljarna Q19 och Q3l.

Den bipolära delen BIP har en mättransduktor BIP-Tl för mät- ning av strömmen IDSG till stationsjorden SG. En andra mättransduktor BIP-T2 mäter strömmen IDLM genom den gren som innehåller brytaren GRTB. Två mättransduktorer BIP-T3a och BIP-T3b mäter strömmarna IDEa och IDEb i de båda elektrod- 10 15 20 25 30 35 < 7 -sus 746 linjegrenarna ELa och ELb. Var och en av mättransduktorerna är pá samma sätt som poldelarnas mättransduktorer försedd med två parallella mätkanaler för avgivande av två redun- danta mätsignaler. Mätsignalerna betecknas med IDSGA och IDSGB, IDLMA och IDLMB, IDEaA och IDEaB, samt IDEbA och IDEbB.

Vid normal bipolär drift är fránskiljarna Qlll, Q112, Q121, Ql22 slutna och polernas neutralskenor därmed förbundna med kopplingspunkterna CA och CB. Fránskiljarna Ql5 och Ql6 samt brytarna NBGS och GRTB är öppna, dvs kopplingspunkten CA är varken förbunden med stationsjord eller med någon av lin- jerna Ll, L2. Frànskiljarna Ql9 och Q31 samt brytaren MRTB är slutna (och frånskiljaren Q17 är öppen), dvs polernas neutralskenor är förbundna med elektrodlinjen. Linjerna L1 och L2 för i huvudsak lika stora strömmar och har i huvudsak lika stora spänningar relativt jord, men med motsatta pola- riteter. Strömmen i elektrodlinjen är låg, och den bipolära delen och polernas neutralskenor ligger på låg potential relativt jord.

Stationsjorden SG kan inte föra ström kontinuerligt. Den kan dock användas vid balanserad bipolär drift - strömriktarna styrs därvid så att deras strömmar blir lika - t ex vid underhàllsarbete på elektrodlinjen. Vidare används stations- jorden temporärt vid vissa felfall.

Vid vissa felfall blockeras endera av de båda strömriktarna.

Blockering av en strömriktare, t ex SR2, innebär i princip att strömriktarens likspänning reduceras till noll genom att de ordinarie styrpulserna till strömriktarventilerna bloc- keras. Eventuellt tänds även förbigángsventilpar i ström- riktaren. Eventuellt styrs före blockeringen strömriktaren till växelriktardrift för nedbringande av dess ström. Vidare kan strömriktaren isoleras genom att tillhörande frånskil- jare Qll2, Ql22, Ql32 samt brytaren NBS2 öppnas.

Vid blockering av en strömriktare - i detta antagna fall strömriktaren SR2 - fortsätter den andra strömriktaren (SR1) 10 15 20 25 30 35 sos íße a 8 driften, och dess belastningsström kommer att flyta genom elektrodlinjen. Anläggningen arbetar nu i monopolär drift.

Vid monopolär drift under längre tid kopplas vanligen anläggningen om till drift med metallisk áterledning för att undvika höga kontinuerliga jordströmmar. Härvid slutes fránskiljaren Q16 och brytaren GRTB, varefter brytaren MRTB öppnas och belastningsströmmen kommuterar över från elek- trodlinjen till linjen L2. Återgàng till bipolär drift kan (förutom genom manövrering av tillämpliga frånskiljare) göras genom slutning av brytaren MRTB och öppnande av bry- taren GRTB samt inkoppling och deblockering av den tidigare blockerade strömriktaren.

Figur 2 visar ett exempel på en skyddsutrustning enligt upp- finningen för den i figur 1 visade strömriktarstationen.

Figuren visar schematiskt huvudkretsarnas tre delar P1, P2 och BIP. I bipoldelen är en skena som för strömmen IDC, en brytare DCB och ett mätdon PI-TI symboliskt inritade, och dessa är avsedda att representera de i figur 1 visade elkopplarna (brytarna och frànskiljarna) och strömmätorganen hos bipoldelen. Från mätdonens ena mätkanal erhålles mätsig- nalerna IDCA och från de andra kanalerna mätsignalerna IDCB.

Med stationens skyddsutrustning utväxlas kommando- och sta- tussignalerna BBS, vilka för varje relevant brytare eller frànskiljare består av kommandosignalerna CLC och OPC för slutning respektive öppning av elkopplaren, samt statussig- nalerna CLI och OPI som indikerar slutet respektive öppet läge hos elkopplaren.

Skyddsutrustningen enligt uppfinningen består av tvà lika delar PS1 och PS2, en för varje pol.

Skyddsutrustningens del PS1 har för skydd av poldelen Pl tvâ redundanta polskydd P1Sl och P1S2 av i och för sig känt slag. Varje polskydd mottar mätsignaler, MSlA respektive MSIB, Polskydden utväxlar vidare, via ett apparatinterface PlAI, från poldelen, företrädesvis från redundanta mätorgan. kommando- och statusindikeringssignaler BPSl1, BPSl2 med i poldelen anordnade brytare och frànskiljare. 10 15 20 25 30 35 2 9 3.505 746 Vart och ett av de båda polskydden innehåller ett flertal i och för sig kända skyddsfunktioner för poldel P1, t ex - överströmsskydd - skydd vid kortslutning och kommuteringsfel - jordfelsskydd för polens linje Ll - skydd för de i poldelen ingående brytarna.

De båda polskydden är så utförda att en önskad grad av redundans erhålles beträffande väsentliga funktioner. Detta kan uppnås genom att skydden är sinsemellan lika. Alterna- tivt kan åtminstone vissa av skyddsfunktionerna vara olika hos de båda skydden men vara utförda så att de ger ett över- lappande skydd.

I beroende av mottagna mät- och statussignaler bestämmer polskydden enligt förutbestämda algoritmer de eventuella åtgärder som behöver vidtagas för att skydda anläggningen och avger erforderliga kommandosignaler. Dessa kan ha formen till poldelens P1 styrsystem P1CS för blockering av polens strömriktare av en utlösningssignal, TR1P1 eller TR2Pl, och/eller av kommandosignaler via interfacet PIAI (som är anordnat i samma apparatskàp CP1 som bipolskyddet P1BIP, se nedan) för slutande eller öppnande av något eller några av poldelens kopplingsorgan.

Skyddsutrustningens del PS1 innefattar vidare ett i ett apparatskàp CP1 anordnat bipolskydd som består av två upp- sättningar P1BIPSl och P1BIPS2. De båda uppsättningarna mot- tar mätsignalerna IDCA från mättransduktorns PI-TI ena mät- kanal (och från motsvarande mätkanaler hos bipoldelens övriga icke visade mätorgan). Via ett apparatinterface PIBIPAI utväxlar bipolskyddet de ovan nämnda kommando- och statussignalerna BBSl med bipoldelens kopplingsorgan. Sta- tussignalerna - SSBIPl - vidarebefordras också från apparat- interfacet till polens Pl styrsystem PlCS. Kommande- och statussignalerna BBSl går mellan apparatinterfacet PIBIPAI och kopplingsorganen via en testbrytare PITEST. Testbrytaren är normalt sluten. I öppet läge förhindrar den att ordersig- 10 15 20 25 30 35 sos 746 ,° naler (CLC, OPC) till i bipoldelen från den aktuella delen hos bipolskyddet (t ex MRTB, GRTB, NBGS) orsakar någon manöver hos dessa elkopplare.

(BIP) befintliga elkopplare Detta uppnås exempelvis genom att testbrytaren i öppet läge bryter upp matningsspänningarna till varje apparat.

För uppnàende av största möjliga oberoende av övriga enheter i skyddsutrustningen är bipolskyddet och dess apparatinter- face placerade i ett separat skàp CPl.

Förutom de ovan beskrivna mätsignalerna IDCA från mätorganen i stationens bipoldel mottar bipolskyddet även mätsignaler från vissa i poldelen Pl anordnade mätorgan, vilkas mätsig- naler krävs för skyddet av stationens bipoldel. Ett exempel på ett sådant mätorgan är mättransduktorn Pl-Tl, vars mät- signal krävs bl a för skyddet av neutralskenans bipoldel.

Mätsignalerna fràn detta mätorgan tillförs bipolskyddet för pol P1, och då så att den ena mätsignalen (t ex kanal A) tillförs bipolskyddets ena uppsättning PlBIPSl och den andra mätsignalen (kanal B) tillförs bipolskyddets uppsättning PlBIPS2. Detta visas schematiskt i figur 2 med de streckade linjerna för signalerna MSlA och MSIB. Pà motsvarande sätt tillförs samma signaler även bipolskyddet i skyddsutrust- ningens del PS2, där signalerna dock endast används för larm och för polbalansering. Även denna signalväg är visad med streckad linje i figuren. Motsvarande signalutbyte sker som framgår av figur 2 även frán poldelen P2 till skyddsutrust- ningens övre del Pl.

Bipolskyddets båda uppsättningar PIBIPSI och PlBIPS2 arbetar parallellt med varandra. Varje uppsättning innehåller ett flertal skyddsfunktioner för stationens bipoldel, t ex - differentialskydd för neutralskenans bipoldel - jordfelsskydd för den metalliska àterledningen - skydd för de i bipoldelen ingående brytarna - överströmsskydd för stationsjorden.

De båda uppsättningarna är så utförda att de tillsammans ger redundans för åtminstone de viktigare skyddsfunktionerna hos 10 15 20 25 30 35 11 1505 746 bipolskyddet. Detta uppnås genom att de båda uppsättningarna åtminstone delvis använder skilda mätsignaler och/eller skilda algoritmer, och sä att varje uppsättning för sig ger den önskade graden av skydd för den bipolära delen. Exempel- vis kan överströmskyddet för stationsjorden i den ena upp- sättningen använda sig av den direkta mätsignalen IDSGA från mättransduktorn BIP-T1, medan samma överströmsskydd i den andra uppsättningen bildar ett mätvärde pà strömmen IDSG genom summering av mätvärdena från mätorganen P1-T1, P2-Tl, BIP-T2, BIP-T3a och BIP-T3b. På detta sätt erhålles en hög grad av redundans såväl beträffande bipolskyddets båda upp- sättningar som beträffande de använda mätorganen. Detta àskådliggörs i figur 5 som visar ett summerande organ SD1.

Till detta matas mätsignalerna från de ovan nämnda mätor- ganen, och summatorn bildar ett mätvärde IDSGA' pá strömmen IDSG enligt det av Kirchhoffs lag givna sambandet IDSGA' = IDN2A - IDNlA - IDEaA - IDEbA + IDLM där tecknen bestäms av de i figur 1 angivna polariteterna hos strömmarna. Bipolskyddets uppsättning PlBIPSl tillförs då det ena av de båda mätvärdena för strömmen IDSG, t ex IDSGA frán mätorganet BIP-T1, och den andra uppsättningen PlBIPS2 tillförs det andra mätvärdet, dvs IDSGA' från sum- matorn SD1.

I beroende av mottagna mät- och statussignaler bestämmer bipolskyddet enligt förutbestämda algoritmer de eventuella åtgärder som behöver vidtagas för att skydda anläggningen och avger erforderliga kommandosignaler. Dessa kan ha formen av en utlösningssignal TRBIPP1 till poldelens Pl styrsystem P1CS för blockering av polens strömriktare och/eller av kommandosignaler (via interfacet PIBIPAI) för slutande av något eller nâgra av bipoldelens kopplingsorgan.

Skyddsutrustningens del PS2 är uppbyggd pà samma sätt som delen PS1, beteckningen "1" utbytt mot "2“. och dess enheter har samma beteckningar med pol- Ett undantag härifrån består i att bipolskyddet i delen PS2 tillförs mätsignalerna IDCB från mätorganen i den bipolära delen. Det andra undan- taget består i att både bipolskyddet och polskyddet i denna 10 15 20 25 30 35 505 fße (1 del av stationsskyddet tillförs mätsignaler från poldelen P2 (i stället för från delen P1). Detta medför att de båda delarna PS1 och PS2 av stationens skyddsutrustning tillförs av varandra oberoende mätsignaler.

Figur 3 åskådliggör hur mätsignalerna från stationens olika delar tilförs stationsskyddets olika delar. Tll vänster visas symboliskt mätorganen Pl-TI i poldelen P1 (dvs vid stationen enligt figur 1 t ex mättransduktorerna P1-T1 och P1-T2), mätorganen BIP-TI i bipoldelen (dvs i figur 1 mät- transduktorerna BIP-T1 t o m BIP-3b) samt mätorganen P2-TI i poldelen P2 (t ex mättransduktorerna P2-T1 och P2-T2). Mät- organens båda separata mätkanaler betecknas med A och B.

Till höger i figur 3 visas de båda uppsättningarna hos vart och ett av polskydden och hos bipolskyddet, och enheterna har samma beteckningar som i figur 2. Mätsignalerna från mätkanalerna A i poldelen Pl tillförs uppsättning 1, och mätsignalerna fràn mätkanalerna B tillförs uppsättning 2, hos det polskydd och det bipolskydd som är tillordnade polen P1. På samma sätt tillförs mätsignalerna från mätkanalerna A i poldelen P2 uppsättning 1, och mätsignalerna från mätkana- lerna B tillförs uppsättning 2, hos det polskydd och det bipolskydd som är tillordnade polen P2. Mätsignalerna från mätkanalerna A hos bipoldelens mätorgan tillförs båda upp- sättningarna hos det polen P1 tillordnade bipolskyddet, och mätsignalerna från mätkanalerna B hos bipoldelens mätorgan tillförs båda uppsättningarna hos det polen P2 tillordnade bipolskyddet. De över och under den streckade linjen C-C i figur 3 belägna delarna av utrustningen är som synes obero- ende av varandra. Ett fel i någon del av utrustningen i övre delen av figur 3, t ex ett fel i en mätkanal hos ett mätor- gan, påverkar inte alls skydden i den undre delen, och vice VêISa .

Det enda undantaget från den ovan beskrivna pricipen om obe- roende är de mätsignaler från en poldel, t ex P1 (mätsigna- lerna från mättransduktorn Pl-Tl), som tillförs bipolskyddet (P2BIPS1/S2) hos den del av skyddsutrustningen (PS2) som är tillordnad den andra polen. Som nämnts ovan kan dock dessa 10 15 20 25 30 35 : ß :jßßß 146 signaler i den senare delen av skyddsutrustningen endast orsaka larm och/eller polbalansering, och en felaktig mät- signal kan alltså inte orsaka någon driftstörning.

Bipoldelens kopplingsorgan påverkas som framgår av figur 2 parallellt av de båda bipolskydden. Bipolskydden är dock anslutna till kopplingsorganen via var sin testswitch PITEST Och PZTEST.

Som framgår av ovanstående beskrivning kan ett enkelt mät- fel, dvs ett mätfel i en enda mätkanal åt gången, aldrig orsaka bortfall av mer än en av stationens båda poler, och driften kan då upprätthàllas med den andra polen utan all- varliga konsekvenser.

Vid monopolär drift, t ex vid underhàllsarbete, är den ena polen, t ex Pl, i drift. För den andra polen är såväl huvud- kretsarna - P2 i figur 1 - som skyddskretsarna - PS2 i figur 2 - bortkopplade. Skyddskretsarna för denna pol kan då kopplas bort genom att testswitchen PZTEST öppnas. De bort- kopplade skyddskretsarna ligger då som framgår av figur 2 forfarande anslutna till sina mätkanaler och kan utan risk provas tillsammans med dessa. Genom att testswitchen är öppen kan misstag vid underhàllsarbete och provning aldrig ge uphov till obefogade utlösningssignaler till den bipolära delen.

Som framgår av beskrivningen ovan i anslutning till figur 2 är de båda uppsättningarna P1BIPS1 och PlBIPS2 hos bipol- skyddet för den övre polen så utförda att full redundans upprätthålles även vid monopolär drift och vid underhålls- arbete. Härigenom möjliggörs ett upprätthållande av statio- nens drift med full driftsäkerhet såväl vid en pols bort- koppling vid fel som vid underhàllsarbete var som helst inom stationen.

För att eliminera risken för obefogad utlösning vid provning av ett mätorgan, vars mätsignaler utnyttjas av ett bipol- skydd, tillförs skyddets algoritmer dessa signaler i bero- 10 15 20 25 30 35 sus väe .4 ende av statussignaler från bipoldelens frånskiljare. Om frånskiljarnas statussignaler indikerar att mätorganet är bortkopplat sätts mätsignalerna från mätorganet till noll i skyddet. Detta àskàdliggörs i figur 4, vilken som ett exem- pel visar mätsignalen IDSGA från mätorganet BIP-Tl i figur 1. Signalen tillförs bipolskyddens algoritmer ALG via kopp- lingsorganet ESA1. Det senare styrs i beroende av statussig- nalerna Ql4CLI och Ql4OPI från frànskiljaren Q14 via en bistabil vippa BV, vars SET-ingång är försedd med ett OCH- villkor. Styrningen görs som framgår av figuren på sådant sätt att BSA1 aktiveras när statussignalen Q14CLI indikerar att frànskiljaren Q14 ligger till, varvid mätsignalen IDSGA vidarebefordras tll skyddens algoritmer. När statussignalen indikerar att frànskiljaren Q14 är öppen är däremot ESAl inte aktiverad, varvid en mot strömmen noll svarande signal tillförs algoritmerna. Mätorganet kan pà detta sätt provas utan risk för obefogad utlösning. Den bistabila vippan BV gör att det krävs en aktiv statussignal för att åstadkomma en ändring av läget hos kopplingsorganet ESAl. Härigenom undvikes att ett bortfall av båda statussignalerna, vilket t ex kan inträffa vid hjälpkraftsbortfall, orsakar en änd- ring av kopplingsorganets läge.

Motsvarande funktion finns för mätorganets andra mätsignal IDSGB, och likaså för bipoldelens övriga mätorgan i beroende av statussignalerna från de för dessa mätorgan relevanta frånskiljarna.

Driftsäkerheten vid monopolär drift kan ytterligare höjas genom att utnyttja det faktum att likströmmen genom en strömriktare endast kan ha en bestämd och som positiv defi- nierad riktning. Ett differentialskydd för bipoldelens neut- ralskena utnyttjar det faktum att i felfritt tillstànd sum- man av strömmarna in till (eller ut fràn) neutralskenan är noll. Om summan av de uppmätta strömmarna skiljer sig från noll är detta en felindikation och orsakar en utlösningssig- nal. Vid en föredragen utföringsform av en skyddsutrustning enligt uppfinningen blockeras vid monopolär drift utlös- ningssignalen om den uppmätta summaströmmen har ett sådant 10 15 20 25 30 35 1 .S §5flS 146 tecken att det innebär att strömmen genom den i drift varande strömriktaren är negativ. Ett sådant tecken hos summaströmmen måste nämligen bero på ett mätfel, och genom den nu beskrivna funktionen förhindras att ett mätfel orsa- kar en obefogad utlösning.

Denna funktion àskàdliggörs i figur 6, som visar relevanta delar av stationens huvudkretsar med samma beteckningar som i figur 1. I poldelarna P1 och P2 är de delar av dessa polers bipolskydd inritade, vilka utgör differentialskydden för bipoldelen BIP och som är aktiva i monopolär drift. För pol P1 utgörs detta skydd av en summeringskrets SD21, som summerar strömmarna till och från bipoldelen (med positivt tecken för strömmar ut från bipoldelen) för det fall att pol Pl är i drift och pol P2 bortkopplad. Summasignalen DI21 jämförs med ett lágt referensvärde i en komparator CP21.

Referensvärdet erhålles från en referensvärdesgivare RSS2l.

Om summasignalen överstiger referensvärdet erhålles en "1"- signal till en OCH-krets AG21. Till en andra ingång hos OCH- kretsen matas en signal "ENABLE P1" som aktiverar det nu beskrivna skyddet om pol P1 är i normal monopolär drift, vilket t ex indikeras av att aktuella frànskiljare ligger i sina för detta driftfall korrekta lägen, och av att övervak- ningen av aktuella mätenheter indikerar att deras funktion inte är störd. OCH-kretsens utsignal tillförs en fördröj- ningskrets DM21, som en viss tid t efter mottagen insignal avger en utlösningssignal "TRIP Pl" till polens kontrollsys- tem.

Ett verkligt fel, t ex det symboliskt inritade jordfelet EF vid monopolär drift med polen Pl, medför normalt en minsk- ning av strömmen genom elektrodlinjen och därmed en positiv utsignal DI21 fràn summeringskretsen och en utlösningssignal till polen. I monopolär drift måste utlösningssignal ges för att strömsläckning i ett permanent fel skall kunna ske.

Skyddet reagerar alltså korrekt för verkliga fel.

Vissa mätfel, t ex ett mätfel som medför att en elektrod- linjeström blir för hög, medför emellertid att utsignalen 10 15 20 25 30 35 sus fås .b DI21 från summeringskretsen blir negativ. Detta skulle mot- svara en negativ ström genom polens Pl strömriktare, vilket är en fysisk omöjlighet. I detta fall erhålles därför, tack vare att komparatorn CP21 är teckenkännande, ingen utsignal från komparatorn och därmed ingen utlösning av polen. På detta sätt elimineras alltså en orsak till obefogade utlös- ningar.

Bipolskyddet för polen P2 har motsvarande uppbyggnad och funktion och skiljer sig endast genom att en "l" i beteck- ningarna är utbytt mot "2".

Det är av vikt att monopolär drift betraktas som en driftmod endast när den andra polen är fullständigt isolerad. Signa- lerna "ENABLE Pl/P2" säkerställer att en pols bipolskydd enligt figur 6 aktiveras endast när den andra polens båda neutralfrànskiljare indikerar öppet läge. Vidare ingår ingen strömmätning från en blockerad pol i den andra polens algo- ritm, vilket framgår av figur 6. Detta är en förutsättnng för att säkerställa att inte båda poler trippas för ett enda fel. Exempelvis innebär ett fel på mätningen av strömmen IDNI/2 i neutralskenan i en pol ett ingrepp frán den aktu- ella polens polskydd, vilket tar polen ur drift. Om då även kvarvarande pols bipolskydd skulle använda sig av den bort- kopplade polens felaktiga strömmätning skulle även den polen kopplas ur och därmed ett bortfall av stationens båda poler förorsakats av ett enstaka mätfel. Denna risk elimineras med hjälp av det ovan beskrivna systemet.

Figur 7 visar motsvarande funktion hos bipolskydden vid bipolär drift. Polens Pl bipolskydd har en summeringskrets SD3l, som tillförs strömmätsignalerna från samtliga ström- mätorgan som mäter strömmar till eller från bipoldelen BIP.

Utsignalen DI31 utgör summan, med hänsyn tagen till valda polariteter, av alla strömmar ut från bipoldelen. I felfritt tillstånd är denna summa noll. Utsignalen tillförs en abso- lutvärdesbildare AB3l och jämförs i en komparator CP3l med ett lågt referensvärde som erhålles från en referensvärdes- givare RSS3l. Om signalens DI31 absolutvärde överstiger 10 15 20 25 30 35 v, ¿¿5 oss 746 referensvärdet avges en signal "l" till en OCH-krets AG31.

En andra ingång hos OCH-kretsen tillförs en signal "ENABLE P1" som är "1" om aktuella frånskiljare ligger i sina för detta driftfall korrekta lägen, och av att övervakningen av aktuella mätenheter indikerar att deras funktion inte är störd. En utsignal "1" från OCH-kretsen är en indikation pá ett jordfel i stationens bipoldel och tillförs en första fördröjningskrets DM3l, vars utsignal "POLBAL" beordrar pol- balansering. Detta innebär att den pol som har högst ström beordras att minska sin ström till dess att de båda polerna för samma ström.

Vid ett verkligt fel, t ex det i figuren visade jordfelet EF, släcks effektivt felströmmen genom polbalanseringen.

Driften kan därför utan olägenhet upprätthållas. Efter balanseringen är utsignalen från komparatorn CP31 "0", men polbalanseringen ligger kvar tills den âterställs av opera- tör.

Om en detekterad felström däremot inte släcks beror detta sannolikt på en felaktig mätning i likriktarens kontroll- system. Därför erhålles - om felsignalen inte försvinner inom en viss tid - från en andra fördröjningskrets DM4l en signal CHO(TOS if inv). ling till ett redundant kontrollsystem hos likriktaren, med Denna signal verkställer en omkopp- redundanta mätgivare, varvid felsignalen sannolikt försvin- ner. I det fall att stationen arbetar i växelriktardrift är överföringens andra station strömstyrande, och ordern om polbalansering överförs då till denna station. Skulle över- kopplingen till redundant kontrollsystem (ev till den andra stationen) inte orsaka att felsignalen försvinner (vilket t ex kan inträffa vid fel i växelriktarens ställverk eller vid telekomunikationsfel) kan operatören manuellt justera strömorderna mellan polerna så att balansering uppnås.

Polens P2 bipolskydd är utformat på samma sätt som det ovan beskrivna. 10 15 20 25 30 35 505 f46 (8 Med största sannolikhet är det ett mätgivarfel som aktiverar bipolskydden i bipolär drift, eftersom polerna normalt all- tid är balanserade i denna driftmod och därför ingen ström går genom bipolställverket. Av detta skäl vidtas vid detta driftfall endast sådana skyddsåtgärder som inte innebär utlösning (trip) av någon pol. Skyddsàtgärderna består av polbalansering, av överkoppling till redundant kontrollsys- tem (ev till den andra stationen) och ev av larm till opera- tör.

På det ovan i anslutning till figurerna 6 och 7 beskrivna sättet undviks felaktiga utlösningar av båda polerna i stationen, och vidare uppnås full tillförlitlighet både för monopolär och bipolär drift. Alla fel i huvudkretsen detekteras och minsta möjliga bortkoppling sker.

De båda polernas bipolskydd är försedda med skydd mot hög spänning på neutralskenan. En hög spänning på neutralskenan kan orsakas av en dålig kontakt till jord via elektrodlinjen - symboliskt visat i figur 8 med sicksacklinjen BC. En sådan hög spänning kan bringas att återgå genom att bipoldelens brytare NBGS sluts. Denna brytare är inte avsedd att leda ström normalt utan används temporärt vid speciella felfall med högre strömmar eller kontinuerligt med lág eller ingen ström (t ex vid underhåll på elektrodlinjen).

Polens P1 bipolskydd innehåller som visas i figur 8 en kom- parator CP4l som jämför den uppmätta neutralskenespänningen UDN1 med ett referensvärde från en referensvärdesgivare RSS41. Om den uppmätta spänningen överstiger referensvärdet erhålles från komparatorn en "l"-signal till en OCH-krets AG4l. Denna krets styrs av en signal "P1 DEBL" som är "I" när polens Pl strömriktare är deblockerad och som blir "O" när strömriktaren löses ut och blockeras. OCH-kretsens utsignal tillförs en första fördröjningskrets DM51, som efter ett tidsintervall avger en signal "CLO NBGS" för slutning av brytaren NBGS. Om felsignalen från komparatorn kvarstår under en viss tid efter slutningen av brytaren avger en andra fördröjningskrets DM6l en signal "TRIP Pl STO 10 15 20 25 w :testets 746 NBGS", vilken signal dels ger en utlösning av polen Pl, dvs blockering och isolering av polens strömriktare, och dels - när isoleringen är klar - beordrar öppning av brytaren.

Bipolskyddet hos pol P2 är uppbyggt på sama sätt som det nu beskrivna för polen P1.

Om neutralskenespänningen, t ex på grund av hög resistans i elektrodlinjen, överstiger det tillåtna värdet avges från båda polernas bipolskydd order om slutning av brytaren NBGS.

Vid slutningen av brytaren försvinner den höga spänningen.

Driften av båda polerna kan fortgå ostörd medan felet på elektrodlinjen åtgärdas.

Om däremot en felaktig mätapparat orsakar att ena polens polskydd detekterar hög neutralskenespänning erhålles från detta skydd en order om slutning av brytaren NBGS. Detta påverkar inte den felaktiga mätsignalen, och efter en viss tid avges därför från skyddet signalen “TRIP Pl STO NBGS".

Polen trippas, varvid den kvarvarande polens ström nu till största delen kommer att ledas ned i stationsjorden. Konti- nuerlig ström genom stationsjorden undvikes genom att efter det att den förstnämnda polen trippats (lösts ut) order ges om öppning av brytaren NBGS. Den kvarvarande polens ström kommuterar då över från stationsjorden till elektrodlinjen, och fortsatt monopolär drift av stationen upprätthålles.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 40 505 7f46 lo PATENTKRAV

1. Skyddsutrustning vid en bipolär strömriktarstation hos en anläggning för kraftöverföring med hjälp av högspänd likström, varvid huvudkretsarna pà stationens likströmssida har tvà separata poldelar (Pl, P2), en för var och en av stationens tvà poler, samt en för bada polerna gemensam del, den bipo- lära delen (BIP), stationen har mätorgan (t ex BIP-T1) anordnade att bilda mätsignaler (IDSGA, IDSGB) som motsvarar driftstorhe- ter (IDSG) hos stationen, vilka mätsignaler är anordnade att tillföras skyddsutrustningen, skyddsutrustningen är anordnad att i beroende av mät- signalerna, och enligt förutbestämda algoritmer, genom påverkan av stationens drift selektivt vidta åtgärder för undvikande av bestàende fel, skyddsutrustningen har ett polskydd (t ex PlS1, PlS2) för varje poldel (t ex Pl) och ett bipolskydd (PlBIPSl, PlBIPS2, P2BIPS1, P2BIPS2) för den bipolära delen, bipolskyddet har tvà av varandra oberoende delar (P1BIPSl, PlBIPS2 respektive P2BIPSl, P2BIPS2), mätorganen är anordnade att för var och en av en grupp av driftstorheter hos den bipolära delen alstra tvà redun- danta mätsignaler, vilka är anordnade att tillföras var sin av nämnda oberoende delar hos bipolskyddet, kännetecknad av aü bipolskyddets båda delar är tillordnade var sin av stationens bàda poldelar, och att den av bipolskyddets delar (t ex PIBIPS1 och PlBIPS2) som är tillordnad en viss poldel (Pl) endast påverkar driften av den poldelen och inte driften av den andra poldelen (P2).

2. Skyddsutrustning enligt patentkravet l,1<änJ1e- te<:kr1ad av att var och en av bipolskyddets báda delar är försedd med en testbrytare (P1TEST, P2TEST) anordnad att 10 15 20 25 30 35 m pfgsos 746 förhindra att ordersignaler (CLC, OPC) frán den aktuella delen hos bipolskyddet orsakar manöver hos i bipoldelen (BIP) befintliga elkopplare (t ex MRTB, GRTB, NBGS).

3. Skyddsutrustning enligt patentkravet l eller 2, këin- n e t e c kn a d a v att var och en av bipolskyddets báda delar har tvà parallellt med varandra arbetande uppsätt- ningar (t ex P1BIPSl, PIBIPS2) av åtminstone delvis redun- danta skyddsfunktioner.

4. Skyddsutrustning enligt patentkravet 3,}<änJ1e- te<:kr1ad. av' att den ena uppsättningen (t ex PlBIPSl) är anordnad att motta ett första mätvärde (t ex IDSGA) frán ett mätorgan (BIP-T1) anordnat att mäta strömen (IDSG) i Å en första ledare i bipoldelen (BIP) medan den andra upp- sättningen (PlBIPS2) är anordnad att tillföras mätvärden från mätorgan (P1-Tl, P2-Tl, BIP-T2, BIP-T3a, BIPT3b) anordnade att mäta strömmarna i andra ledare i bipoldelen och att med ledning av dessa mätvärden under utnyttjande av Kirchhoffs lag bilda ett andra mätvärde (IDSGA') motsva- rande strömmen (IDSG) i nämnda första ledare.

5. Skyddsutrustning enligt patentkravet 4, vid en anlägg- ning där bipoldelen har tva parallella elektrodlinor (ELa, ELb), (BIP-T3a, BIP-T3b) är anordnade för mätning av strömen i kännetecknad av att tvâ. separata mätorgan var sin av elektrodlinorna.

6. Skyddsutrustning enligt något av föregående patent- krav, vid vilken ett mätorgan (BIP-T1) är tillordnat elkopplare (Ql4) för bortkoppling av mätorganet,}<änJ1e- tecknad av att en mätsignal (t ex IDSGA) frán mät- organet är anordnad att tillföras bipolskyddet via kopp- i beroende av status- vid bort- lingsorgan (BV, ESAl) anordnade att, signaler (Ql4CLI, Ql4OPI) fràn elkopplarna (QI4), kopplat mätorgan tillföra bipolskyddet en signal som mot- svarar mätvärdet noll. 10 15 20 25 30 35 sus i46 i 21 i;

7. . Skyddsutrustning enligt: patentkravet 6 , k ä n n e - t e c k n a d a v att kopplingsorganen innefattar organ (BV) anordnade att förhindra en ändring av kopplingsorganets (ESAI) (Q14CLI, Ql4OPI) status vid bortfall av statussignalerna från elkopplarna (Ql4) .

8. Skyddsutrustning enligt nagot av föregående patent- krav, innefattande strömmätande organ (BIP-T1, BIP-TZ, BIP- T3a, BIP-T3b, Pl-Tl) anordnade att avkänna strömmar på ett flertal ställen i anläggningen samt organ (SD2l) anordnade att med ledning av de avkända strömmarna bilda en indike- ringssignal (DI2l) som i felfritt tillstànd är noll, samt organ (AG2l, DM2l) anordnade att utlösa en skyddsåtgärd (TRIP P1) om indikeringssignalen avviker från noll, kän- netecknad av att den innefattar organ (CP21) anord- nade att vid monopolär drift blockera nämnda skyddsåtgärd om indikeringssignalen indikerar en negativ ström genom den i drift varande strömriktaren.

9. Skyddsutrustning enligt något av föregående patent- krav, kännetecknad av att bipolskyddet är anordnat att vid bipolär drift endast vidta sådana skyddsåtgärder som inte innebär utlösning av någon av de båda polernas strömriktare.

10. Skyddsutrustning enligt något av föregående patent- krav, vid vilken bipoldelen (BIP) har en brytare (NBGS) för anslutning av bipoldelens neutralskena till en stationsjord kännetecknad av att vart och ett av polskydden har organ (CP4l, RSS4l, AG41, DM51) anordnade att beordra slut- ning av brytaren vid överspänning på neutralskenan samt att, vid kvarstående indikering om överspänning, beordra utlösning av den pol, till vilken det aktuella polskyddet hör, samt att därefter beordra öppning av brytaren.