專(zhuān)利名稱：一種高壓直流輸電接地極線路保護(hù)系統(tǒng)及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓直流輸電系統(tǒng)，具體涉及電流差起反應(yīng)的接地保護(hù)，特別 是涉及直流輸電系統(tǒng)接地極線路接地保護(hù)的方法和電路。
背景技術(shù)：
高壓直流換流站接地極是直流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，在直流輸電系統(tǒng) 運(yùn)行中，起到不可替代的作用。接地極不同于普通交流接地網(wǎng)，它可以持續(xù)工 作在有大電流通過(guò)的狀態(tài)，其作用如下(l)在建設(shè)初期，利用先建成的一極, 可以采用單極大地返回方式運(yùn)行；(2)當(dāng)一極線路(例行)檢修時(shí)，另一極可 采用單極大地返回方式運(yùn)行；(3)當(dāng)一極出現(xiàn)故障時(shí)，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，要 求另一健全極能繼續(xù)運(yùn)行；(4)在直流輸電系統(tǒng)雙極運(yùn)行時(shí)，鉗制換流站兩極 換流橋直流側(cè)中性點(diǎn)電位，使之為"0"電位。由此可見(jiàn)，流過(guò)接地極的最大 工作電流就是直流系統(tǒng)中的額定工作電流。為了確保接地極線路的可靠性，在 高壓直流輸電工程中，通常采用如圖l所示的接地保護(hù)方案，即兩條接地極線 路并聯(lián)后經(jīng)一直流高壓斷路器MRTB與直流側(cè)的中性點(diǎn)連接(而該高壓直流斷 路器MRTB的主要功能是用于單極大地方式向單極金屬方式轉(zhuǎn)換)。圖1所示的 接地保護(hù)方案在輸電系統(tǒng)采用雙極和單極大地方式運(yùn)行的控制方法如下所述-(1)當(dāng)輸電系統(tǒng)采用雙極運(yùn)行方式時(shí)，如果并聯(lián)的兩條接地極線路中的某一 條發(fā)生接地故障， 一旦二者的電流的差值超過(guò)保護(hù)整定值A(chǔ)Ilset，即由控制裝 置KZ(圖l虛線框所示)將所采集的兩條接地極線路的線電流信號(hào)經(jīng)放大、A/D 轉(zhuǎn)換產(chǎn)生占空比不同的觸發(fā)脈沖，進(jìn)而調(diào)節(jié)正極和負(fù)極換流器可控硅閥的導(dǎo)通 角，使流過(guò)兩條接地極線路總電流的幅值減小到接近于O，使接地極線路故障點(diǎn)的直流電弧自然熄滅，從而實(shí)現(xiàn)接地極線路的保護(hù)；(2)當(dāng)輸電系統(tǒng)采用單 極大地方式運(yùn)行時(shí)，如果并聯(lián)的兩條接地極線路線中的一條發(fā)生接地故障，一 旦二者的電流的差值超過(guò)允許的范圍AIlset，則由控制裝置直接切斷運(yùn)行中的 可控硅閥的觸發(fā)脈沖，使運(yùn)行中的一極閉鎖而實(shí)現(xiàn)接地極線路的保護(hù)。由上述 分析可見(jiàn)，無(wú)論輸電系統(tǒng)采用哪一種方式運(yùn)行， 一旦出現(xiàn)一條接地極線路上某 一點(diǎn)因雷擊等原因?qū)е碌慕拥囟搪饭收?，該接地極線路電流在短時(shí)間內(nèi)突然增 大都會(huì)使整個(gè)直流輸電系統(tǒng)癱瘓。此外，在直流輸電系統(tǒng)雙極運(yùn)行情況下，如 果因某一極故障而實(shí)施單極故障閉鎖重起而不成功，而且一條接地極線路同時(shí) 出現(xiàn)接地故障(比如接地極線路與直流輸電線路同桿并架區(qū)域發(fā)生雷擊導(dǎo)致某 一極直流輸電線路時(shí)，接地極線路會(huì)由于感應(yīng)過(guò)電壓或反擊過(guò)電壓同時(shí)產(chǎn)生接 地故障)，則必然會(huì)發(fā)生雙極閉鎖，給電網(wǎng)帶來(lái)巨大的沖擊，影響電網(wǎng)的安全； 在輸電系統(tǒng)采用單極大地方式運(yùn)行情況下，接地極線路對(duì)地短路故障點(diǎn)的短路 電流即等于正常運(yùn)行的單極輸電線路電流，約為數(shù)千安培。如該故障電流長(zhǎng)期 存在，會(huì)造成如下后果(1)使絕緣子破裂，導(dǎo)致接地極線路掉串；(2)接地 極線路長(zhǎng)期接地短路后導(dǎo)致桿塔接地網(wǎng)腐蝕加快；(3)接地桿塔的跨步電壓可 能造成人畜傷害。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是進(jìn)一步提升高 壓直流輸電接地極線路保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)性能，以確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。 本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是-
一種高壓直流輸電接地極線路保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括接地保護(hù)電路和控制 程序，其特征是，
所述的接地極線路保護(hù)電路包括高壓直流斷路器和不平衡電流保護(hù)裝置，其中，高壓直流斷路器為兩臺(tái)，二者一端并接于換流站雙極換流閥的直流側(cè)中 性點(diǎn)上，另一端分別與一條接地極線路串接后與大地連接；不平衡電流保護(hù)裝 置由以單片機(jī)(CPU)為核心配以外圍元件構(gòu)成主控單元、輸出端分別與主控 單元中單片機(jī)的I/O口連接的兩只電流傳感器和輸入端分別與主控單元中單片 機(jī)的I/O 口連接的兩個(gè)控制高壓直流斷路器跳閘或合閘的驅(qū)動(dòng)單元連接構(gòu)成， 其中，電流傳感器分別設(shè)在兩條接地極線路上，驅(qū)動(dòng)單元的保護(hù)控制信號(hào)輸出 端分別與一高壓直流斷路器的分閘激磁線圈和合閘激磁線圈串聯(lián)連接；
所述的不平衡電流保護(hù)裝置上電后，首先設(shè)置兩條地線的線電流差值的允 許范圍(AIlset)和兩條地線的線電流之和減去兩條地線的線電流之差 (AI2set)的允許范圍，再執(zhí)行控制程序，該控制程序包括以下步驟
(1) 讀取兩條地線的線電流；
(2) 比較判斷兩條地線的線電流之差的絕對(duì)值是否大于兩條地線的線電流 差值的允許范圍，若否，便返回步驟(1);若是，貝U
(3) 再判斷兩條地線的線電流之和減去兩條地線的線電流之差是否小于等 于允許范圍，若是，便返回步驟(1);若否，則使串聯(lián)在線電流較大的那條地 線(即故障線路)中的高壓直流斷路器跳閘并終止程序。
本發(fā)明上述控制程序還包括故障類(lèi)型判斷的步驟，該步驟的組成如下 當(dāng)串聯(lián)在線電流較大的那條地線中高壓直流斷路器跳閘后便延時(shí)150
250ms，待非永久性故障自行解除(如線路上所產(chǎn)生的電弧熄滅)后重合閘，然 后立即返回，依次執(zhí)行步驟(1)、步驟(2)和步驟(3);此時(shí)，如果兩條地線 的線電流之和減去兩條地線的線電流之差仍小于等于允許范圍，即返回步驟 (1)，循環(huán)執(zhí)行步驟(1)和(2)，使線電流較大的那條地線中高壓直流斷路器 保持在合閘狀態(tài)；否則，將串聯(lián)在線電流較大的那條地線中的高壓直流斷路器再次跳閘后終止程序。
為了進(jìn)一步確保輸電安全，上述接地極線路保護(hù)電路中每臺(tái)高壓直流斷路 器的分閘激磁線圈交叉串聯(lián)另一臺(tái)直流斷路器的一組合閘位置輔助觸頭后，再 與所述不平衡電流保護(hù)裝置中驅(qū)動(dòng)單元的保護(hù)控制信號(hào)輸出端串聯(lián)連接，構(gòu)成 兩高壓直流斷路器的分閘位置互鎖電路。
本發(fā)明所述的不平衡電流保護(hù)裝置中，所述的電流傳感為高壓直流輸電領(lǐng) 域常用的電流傳感器，即由串聯(lián)在地線中采樣電阻和與采樣電阻并聯(lián)的濾波電 容構(gòu)成；所述的驅(qū)動(dòng)單元分別為一常用的電子開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)可以是大功率晶體 管開(kāi)關(guān)，也可以是由一只小功率電子開(kāi)關(guān)串聯(lián)一繼電器構(gòu)成。 本發(fā)明所述保護(hù)系統(tǒng)具有下列顯著效果
(1) 利用所述的不平衡電流保護(hù)裝置采集兩條接地極線的線電流進(jìn)行簡(jiǎn) 單的加減運(yùn)算后與預(yù)設(shè)的允許值比較判斷出當(dāng)前的故障線路，并在另一條接地 極線路健全的情況下輸出控制信號(hào)使故障線路中的高壓直流斷路器跳閘，從而 避免了現(xiàn)有保護(hù)裝置中因兩條接地極線的線電流不平衡而閉鎖高壓換流閥。
(2) 高壓直流輸電系統(tǒng)中的接地極線故障通常有兩類(lèi)， 一類(lèi)是永久性故 障(如金屬性接地故障)，另一類(lèi)是非永久性故障(如雷擊導(dǎo)致的接地極線路 弧光接地)。上述非永久性故障如果不即時(shí)斷電熄弧便可能轉(zhuǎn)變?yōu)橛谰眯怨收稀?為了解決這一技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)方案是在基本方案的基 礎(chǔ)上增加故障線路中的高壓直流斷路器跳閘后延時(shí)重合閘的步驟，從而可判斷 出地線故障的類(lèi)型。當(dāng)為非永久性故障時(shí)，利用故障線路中的高壓直流斷路器 跳閘一延時(shí)一重合閘的動(dòng)作過(guò)程可自動(dòng)熄滅電??；當(dāng)為永久性故障時(shí)，在延時(shí) 重合閘后再次經(jīng)過(guò)循環(huán)比較兩條接地極線路的電流差值，并加速使故障線路中 的高壓直流斷路器跳閘后即終止程序。這樣既可排除線路的非永久性故障，使電網(wǎng)繼續(xù)安全運(yùn)行，又可避免故障的進(jìn)一步惡化。


圖1為設(shè)有現(xiàn)有接地極線路保護(hù)系統(tǒng)的高壓直流輸電系統(tǒng)的電原理圖。
圖2為設(shè)有本發(fā)明電接地極線路保護(hù)系統(tǒng)的高壓直流輸電系統(tǒng)的一個(gè)具
體實(shí)施例的電原理圖。
圖3為本發(fā)明所述不平衡電流保護(hù)裝置的一個(gè)具體實(shí)施例的電路框圖，圖
中虛線部分表示不平衡電流保護(hù)裝置與外部電路的連接關(guān)系。
圖4為本發(fā)明所述接地保護(hù)電路的一個(gè)具體實(shí)施方案的電原理圖。 圖5為本發(fā)明所述接地保護(hù)電路的另一具體實(shí)施方案的電原理圖。 圖6為本發(fā)明所述保護(hù)系統(tǒng)的控制程序的基本方案的流程圖。 圖7為本發(fā)明所述保護(hù)系統(tǒng)的控制程序的一個(gè)改進(jìn)方案的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本具體實(shí)施方式
是實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，本發(fā)明不受具體實(shí)施例 電路的限制。
參見(jiàn)圖2 5，本發(fā)明所述接地極線路保護(hù)電路的一個(gè)具體實(shí)施例如下所
述
參見(jiàn)圖2,兩臺(tái)高壓直流斷路器MRTB1和MRTB2的一端并接于整流側(cè) 換流站雙極換流閥的直流側(cè)中性點(diǎn)上，另一端分別與一條接地極線路DL1、 DL2 串接后與接地極連接；不平衡電流保護(hù)裝置HB中的兩電流感應(yīng)端分別與兩條 接地極線路DL1和DL2連接，不平衡電流保護(hù)裝置HB(圖2虛線框所示)的保護(hù) 控制信號(hào)的兩輸出端分別與一高壓直流斷路器MRTB1、 MRTB2的分閘激磁線圈 Llf、 L2f和合閘激磁線圈Llh、 L2h串聯(lián)連接(參見(jiàn)圖4)。
上述不平衡電流保護(hù)裝置HB和高壓直流斷路器MRTB1、 MRTB2三者也可采用如圖5所示的聯(lián)接，即，高壓直流斷路器MRTB1的分閘激磁線圈Llf串聯(lián)直 流斷路器MRTB2的一組合閘位置輔助觸頭后再與不平衡電流保護(hù)裝置HB的驅(qū) 動(dòng)單元A的保護(hù)控制信號(hào)輸出端串聯(lián)連接；高壓直流斷路器MRTB2的分閘激磁 線圈L2f串聯(lián)直流斷路器MRTB1的一組合閘位置輔助觸頭后再與不平衡電流保 護(hù)裝置HB的驅(qū)動(dòng)單元B的保護(hù)控制信號(hào)輸出端串聯(lián)連接，構(gòu)成兩高壓直流斷 路器MRTB1、 MRTB2的分閘位置互鎖電路，以保證當(dāng)串聯(lián)在故障接地線路中高 壓直流斷路器跳閘過(guò)程中及跳閘后，串聯(lián)在健全接地線路中的高壓直流斷路器 處于合閘狀態(tài)，確保直流側(cè)的中性點(diǎn)可靠接地。
參見(jiàn)圖3，上述不平衡電流保護(hù)裝置HB由主控單元、電流傳感器A和B、 和驅(qū)動(dòng)單元A和B組成，其中，所述的主控單元以單片機(jī)(CPU)為核心配以 外圍元件構(gòu)成；所述的電流傳感器A和B輸出端分別與主控單元中的單片機(jī)的 一 I/O 口連接；所述的驅(qū)動(dòng)單元A和B的控制端分別與所述單片機(jī)的一 I/O 口 連接。
以下結(jié)合圖6和7對(duì)本發(fā)明所述接地極線路保護(hù)系統(tǒng)的控制程序進(jìn)行詳細(xì) 描述。
為了描述的方便，先對(duì)描述過(guò)程中出現(xiàn)的代號(hào)進(jìn)行如下定義Idnl和Idn2 分別為接地極線路DL1和DL2的線電流；AIlset為接地極線路DL1與接地極 線路DL2的線電流差值的允許范圍；A12set為接地極線路DL1與接地極線路 DL2的線電流之和減去接地極線路DL1與接地極線路DL2的線電流之差的允許 范圍。
從所周知，在高壓直流輸電系統(tǒng)中，兩條接地極線路是在雙極方式運(yùn)行和 單極大地方式運(yùn)行時(shí)發(fā)揮保護(hù)作用的，而當(dāng)輸電系統(tǒng)運(yùn)行方式的不同時(shí)上述的 AIlset和AI2set的物理含義是不同的，因此AIlset和AI2set的具體數(shù)值范圍要視輸電系統(tǒng)運(yùn)行方式根據(jù)行業(yè)規(guī)范來(lái)確定，通常AIlset^ (10% 20%) X (Idnl + Idn2)， A12set二 (5% 腦)X (Idnl + Idn2)。
參見(jiàn)圖6，電流傳感器A和B分別不斷讀取接地極線路DLl和DL2的線電流Idnl 和lcln2,由主控単元的單片機(jī)的I/0口送入主控單元反復(fù)比較二者值的大小，即 反復(fù)判斷I Idnl-Idn2 |是否大于AIlset。如果| Idn卜Idn2 |《AIlset，說(shuō)明 兩條接地極線路均健全，即返回上一步驟。否則，當(dāng)ldnl-Idn2〉A(chǔ)Ilset時(shí)，則 說(shuō)明接地極線路DL1有故障，此時(shí)欲斷開(kāi)故障線路DL1就得要檢査接地極線路DL2 是否開(kāi)路，即是否滿足(Idnl+Idn2) — (Idnl-Idn2)《A 12set的條件，如果否， 即說(shuō)明接地極線路DL2未開(kāi)路，不平衡電流保護(hù)裝置HB的驅(qū)動(dòng)單元A便使高壓直 流斷路器MRTB1跳閘后終止程序，斷開(kāi)接地極線路DL1，若是，則說(shuō)明說(shuō)明接地 極線路DL2可能開(kāi)路，便返回讀取線電流Idnl和Idn2的步驟。同理，當(dāng) Idn2-Idnl〉A(chǔ)Ilset時(shí)，則說(shuō)明接地極線路DL2有故障，此時(shí)欲斷開(kāi)故障線路DL2 就得要檢查接地極線路DL1是否開(kāi)路，即是否滿足(Idnl+Idn2) -(Idn2-Idnl) 《AI2set的條件，如果否，即說(shuō)明接地極線路DL1未開(kāi)路，不平衡電流保護(hù)裝 置HB的驅(qū)動(dòng)單元B便使高壓直流斷路器MRTB2跳閘后終止程序，斷開(kāi)接地極線路 DL2，若是，則說(shuō)明說(shuō)明接地極線路DL1可能開(kāi)路，便返回讀取線電流Idnl和Idn2 的步驟。
圖7所示控制流程是在圖6所示控制流程的基礎(chǔ)上增設(shè)故障類(lèi)型判斷的步驟 得到的，為了避免重復(fù)，以下重點(diǎn)描述故障類(lèi)型的判斷流程。參見(jiàn)圖7，當(dāng)MRTB1 或MRTB2跳閘后延時(shí)150 250ms使其重合閘，并返回到線電流讀取和比較Idnl和 Idn2的步驟(見(jiàn)圖7中用虛線表示表示的路徑)。此時(shí)，如果I Idnl-Idn2 | 〉 △Ilset,且為Idnl-Idn2〉A(chǔ)Ilset， (Idnl+Idn2) -(Idnl-Idn2)〉A(chǔ)I2set，則說(shuō) 明接地極線路DL1存在永久性接地故障且接地極線路DL2健全，系統(tǒng)便立即使MRTB1再次跳閘并終止程序(見(jiàn)圖7中用虛線表示表示的路徑)。如果 I Idnl-Idn2 | 〉A(chǔ)Ilset，且為Idn2-Idnl〉A(chǔ)Ilset， (Idnl+Idn2) - (Idn2-Idnl) 〉A(chǔ)I2set，則說(shuō)明接地極線路DL2存在永久性接地故障且接地極線路DL1健全，系 統(tǒng)便立即使MRTB2再次跳閘并終止程序(見(jiàn)圖7中用虛線表示表示的路徑)。反之, 如果I Idnl-Idn2 I《AIlset，則說(shuō)明高壓直流斷路器MRTB1或MRTB2跳閘后延時(shí) 150 250ms后接地故障線路的電弧熄滅且恢復(fù)了正常，系統(tǒng)便返回，繼續(xù)不斷 讀取接地極線路DLl和DL2的線電流Idnl和Idn2，由主控單元的單片機(jī)的I/0口送 入主控單元反復(fù)比較二值的大小，即反復(fù)判斷I Idnl-Idn2 I是否大于AIlset， 使高壓直流斷路器(MRTB1或MRTB2)保持在合間狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種高壓直流輸電接地極線路保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括接地故障保護(hù)電路和控制程序，其特征是，所述的接地極線路保護(hù)電路包括高壓直流斷路器和不平衡電流保護(hù)裝置，其中，高壓直流斷路器為兩臺(tái)，二者一端并接于換流站雙極換流閥的中性點(diǎn)上，另一端分別與一條接地極線路串接后與大地連接；不平衡電流保護(hù)裝置由以單片機(jī)為核心配以外圍元件構(gòu)成主控單元、輸出端分別與主控單元中單片機(jī)的I/O口連接的兩只電流傳感器和輸入端分別與主控單元中單片機(jī)的I/O口連接的兩個(gè)控制高壓直流斷路器跳閘或合閘的驅(qū)動(dòng)單元連接構(gòu)成，其中，電流傳感器分別設(shè)在兩條接地極線路上，驅(qū)動(dòng)單元的保護(hù)控制信號(hào)輸出端分別與一高壓直流斷路器的分閘激磁線圈和合閘激磁線圈串聯(lián)連接；所述的不平衡電流保護(hù)裝置上電后，首先設(shè)置兩條地線的線電流差值的允許范圍(ΔI1set)和兩條地線的線電流之和減去兩條地線的線電流之差(ΔI2set)的允許范圍，再執(zhí)行控制程序，該控制程序包括以下步驟(1)讀取兩條地線的線電流；(2)比較判斷兩條地線的線電流之差的絕對(duì)值是否大于兩條地線的線電流差值的允許范圍，若否，便返回步驟(1)；若是，則(3)再判斷兩條地線的線電流之和減去兩條地線的線電流之差是否小于等于允許范圍，若是，便返回步驟(1)；若否，則使串聯(lián)在線電流較大的那條地線(即故障線路)中的高壓直流斷路器跳閘并終止程序。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的保護(hù)系統(tǒng)，其特征是所述的控制程序還包括故障類(lèi)型判斷的步驟，該步驟為當(dāng)串聯(lián)在線電流較大的那條地線中高壓直流斷路器跳閘后便延時(shí)150 250ms，待非永久性故障自行解除后重合閘，然后立即返回，依次執(zhí)行步驟(l)、步驟(2)和步驟(3);此時(shí)，如果兩條地線的線電流之和減去兩條地線的線電流之差仍小于等于允許范圍，即返回步驟(1)，循環(huán)執(zhí)行步驟(1)和(2)，使線電流較大的那條地線中的高壓直流斷路器保持在合閘狀態(tài)，否則，將串聯(lián)在 線電流較大的那條地線中的高壓直流斷路器跳閘后再終止程序。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的保護(hù)系統(tǒng)，其特征是所述的接地極線路保護(hù)電 路中每臺(tái)高壓直流斷路器的分閘激磁線圈交叉串聯(lián)另一直流斷路器的一組合閘 位置輔助觸頭后，再與所述不平衡電流保護(hù)裝置中驅(qū)動(dòng)單元的保護(hù)控制信號(hào)輸 出端串聯(lián)連接，構(gòu)成兩高壓直流斷路器的分閘位置互鎖電路。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及高壓直流輸電系統(tǒng)的接地極線路接地保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在并聯(lián)的兩條接地極線路中各串一臺(tái)高壓直流斷路器，并設(shè)置兩條地線電流差值的允許范圍和兩條地線的線電流之和減去兩條地線的線電流之差的允許范圍后，依次執(zhí)行以下控制程序(1)讀取兩條地線的電流；(2)判斷比較兩條地線的電流之差絕對(duì)值是否大于其允許范圍，若否，便返回步驟(1)，若是，(3)再判斷兩條地線的線電流之和減去兩條地線的線電流之差是否小于等于允許范圍，若是便反回步驟(1)，若否則使串聯(lián)在線電流較大的那條地線中的高壓直流斷路器跳閘并終止程序。本發(fā)明系統(tǒng)可避免因接地極線路故障導(dǎo)致的接地極線路不平衡保護(hù)導(dǎo)致的直流輸電系統(tǒng)閉鎖。
文檔編號(hào)G05B19/04GK101540501SQ20091003872
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者春 尚, 三 李, 林志波, 樊靈孟, 牛保紅, 遙 肖, 巖 陸 申請(qǐng)人:中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司