防止直流连续换相失败的交流线路重合闸方法及系统与流程

本发明涉及电力系统工程技术领域，尤其涉及一种防止直流连续换相失败的交流线路重合闸方法和系统。

背景技术：

当前，我国特高压交直流混联电网“强直弱交”特征突出。具体表现为，换流器件承受故障冲击的能力较差且自身不具备关断能力，使得单个交流系统的简单故障或者单个换流站的异常动态过程均可能诱发多换流站同时换相失败、直流系统单极双极闭锁、交流线路过负荷跳闸等连锁故障的发生，表现出特高压交直流混联电网的复杂耦合特性，导致瞬时性的直流传输功率中断，导致关键断面的潮流恶化，对交直流混联电网的暂态稳定产生巨大的威胁。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种防止直流连续换相失败的交流线路重合闸方法及系统，以解决目前特高压交直流混联电网中在交流线路发生故障时导致直流连续换相失败的问题。

第一方面，本发明提供一种防止直流连续换相失败的交流线路重合闸方法，用于特高压交直流混联电网内的直流近区交流线路；

所述直流近区交流线路的两侧分别设置有交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置；

所述方法包括：

在所述交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置之间通信有效时，

在所述交流线路发生单相或多相故障时，控制交流侧对应的断路器跳开，及控制直流侧对应的断路器跳开；

经过预先设定的延时后，控制交流侧对应的断路器重合闸；

在交流侧对应的断路器重合闸成功之后，控制直流侧对应的断路器重合闸；

在交流侧对应的断路器重合闸失败之后，控制交流侧的三相断路器跳开及控制直流侧的三相断路器跳开。

进一步地，所述方法还包括：

在所述交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置之间通信无效时，

闭锁所述交流侧重合闸装置；

闭锁所述直流侧重合闸装置；

在所述交流线路发生单相或多相故障时，控制交流侧的三相断路器跳开及控制直流侧的三相断路器跳开。

进一步地，所述直流侧对应的断路器为以下四项中的任一项：

直流侧a相断路器、直流侧b相断路器、直流侧c相断路器、及直流侧a相断路器与直流侧b相断路器与直流侧c相断路器的组合；

所述交流侧对应的断路器为以下四项中的任一项：

交流侧a相断路器、交流侧b相断路器、交流侧c相断路器、及交流侧a相断路器与交流侧b相断路器与交流侧c相断路器的组合。

进一步地，所述直流近区交流线路包括直流换流站第一级交流输电线路。

进一步地，所述直流近区交流线路包括110kv以上电压等级输电线路。

第二方面，本发明提供一种防止直流连续换相失败的交流线路重合闸系统，用于特高压交直流混联电网内的直流近区交流线路；

所述系统包括：

分别设置在所述直流近区交流线路两侧的交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置；

分别设置在所述直流近区交流线路两侧的交流侧保护装置与直流侧保护装置；

所述交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置通信连接；

在所述交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置之间通信有效时，

所述交流侧保护装置用于在检测到所述交流线路发生单相或多相故障时，控制交流侧对应的断路器跳开；

所述直流侧保护装置用于在检测到所述交流线路发生单相或多相故障时，控制直流侧对应的断路器跳开；

所述交流侧重合闸装置用于在检测到交流侧对应的断路器跳开之后，控制交流侧对应的断路器重合闸；及在检测到交流侧对应的断路器重合闸成功之后，生成重合闸允许信号并发送至直流侧重合闸装置；

相应地，

所述直流侧重合闸装置用于在直流侧对应的断路器跳开之后，根据接收到的所述重合闸允许信号，控制直流侧对应的断路器重合闸。

进一步地，在所述交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置之间通信有效时，

所述交流侧重合闸装置还用于在检测到交流侧对应的断路器重合闸失败之后，生成重合闸闭锁信号并发送至直流侧重合闸装置；

相应地，

所述直流侧重合闸装置还用于在直流侧对应的断路器跳开之后，根据接收到的所述重合闸闭锁信号，所述直流侧重合闸装置闭锁；

所述交流侧线路保护装置还用于在检测到交流侧对应的断路器重合闸失败之后，控制交流侧的三相断路器跳开；

所述直流侧线路保护装置还用于在检测到交流侧对应的断路器重合闸失败之后，控制直流侧的三相断路器跳开。

进一步地，在所述交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置之间通信无效时，

所述交流侧重合闸装置闭锁；

所述直流侧重合闸装置闭锁；

所述交流侧线路保护装置还用于在检测到所述交流线路发生单相或多相故障时，控制交流侧的三相断路器跳开；

所述直流侧线路保护装置还用于在检测到所述交流线路发生单相或多相故障时，控制直流侧的三相断路器跳开。

进一步地，所述直流侧对应的断路器为以下四项中的任一项：

直流侧a相断路器、直流侧b相断路器、直流侧c相断路器、及直流侧a相断路器与直流侧b相断路器与直流侧c相断路器的组合；

所述交流侧对应的断路器为以下四项中的任一项：

交流侧a相断路器、交流侧b相断路器、交流侧c相断路器、及交流侧a相断路器与交流侧b相断路器与交流侧c相断路器的组合。

进一步地，所述直流近区交流线路包括直流换流站第一级交流输电线路；或

所述直流近区交流线路包括110kv以上电压等级输电线路。

本发明提供的防止直流连续换相失败的交流线路重合闸方法及系统，通过控制线路直流侧与交流侧的重合闸顺序，使得线路直流侧与交流侧断路器的合闸和跳开的动作协调配合，防止了线路直流侧断路器重合于永久性故障对直流系统的二次冲击，有效地防止了直流系统连续换相失败的发生，及由此导致的直流闭锁事故的发生，提高了系统运行稳定性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明优选实施方式的方法的流程示意图；

图2是本发明优选实施方式的系统的组成示意图。

图3为本发明优选实施方式的特高压交直流混联电网的线路组成示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

目前，自动重合闸技术在110kv以上电压等级输电线路上获得了普遍应用。如，对瞬时性接地故障，自动重合闸技术能够自动恢复线路供电。但是对永久性接地故障，实施重合闸将会对电力系统产生二次冲击，影响系统的稳定性。

特别是对于特高压直流换流站近区交流输电线路的永久性故障，重合闸于永久性故障，将带来对换流站的二次冲击，极易引发连续换相失败，甚至换流站双极闭锁的恶性事故。

应该理解为，这里的“直流换流站近区交流输电线路”包括直流换流站第一级交流输电线路。

目前，交流输电线路两侧的重合闸策略为：

1)线路发生单相故障时，跳开线路两侧的故障相断路器；经固定延时后，重合线路两侧已跳开的故障相断路器；当重合于永久性故障时，再次跳开线路两侧故障相断路器。

2)当线路发生多相故障时，跳开线路两侧的三相断路器；经固定延时后，重合线路两侧已跳开的三相断路器；当重合于永久性故障时，再次跳开线路两侧的三相断路器。

这种跳开-重合-再跳开的重合闸策略，将导致在线路直流侧重合于永久性故障时，对直流系统产生二次冲击，引发连续换相失败，导致直流系统闭锁的恶性事故。

因此，为解决目前重合闸技术的缺陷，本发明实施例提供一种新的重合闸方法，通过控制线路直流侧与交流侧的重合闸顺序，使得线路直流侧与交流侧断路器的合闸和跳开的动作协调配合，防止了线路直流侧断路器重合于永久性故障对直流系统的二次冲击，有效地防止了直流系统连续换相失败发生，及由此导致的直流闭锁事故的发生，提高了系统运行稳定性。

应该理解为，特高压交直流混联电网在受端的直流近区交流线路的长度大致有数百公里。通常，直流近区交流线路在直流侧和交流侧分别设置重合闸装置和保护装置。

如图1所示，本发明实施例的防止直流连续换相失败的交流线路重合闸方法，包括：

步骤s100：在所述交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置之间通信有效时，

在所述交流线路发生单相或多相故障时，控制交流侧对应的断路器跳开，及控制直流侧对应的断路器跳开；

步骤s200：经过预先设定的延时后，控制交流侧对应的断路器重合闸；

步骤s300：在交流侧对应的断路器重合闸成功之后，控制直流侧对应的断路器重合闸；

步骤s400：在交流侧对应的断路器重合闸失败之后，控制交流侧的三相断路器跳开及控制直流侧的三相断路器跳开。

在交流侧对应的断路器重合闸成功之后，及直流侧对应的断路器重合闸成功之后，线路连接恢复，该短时故障消除。

而在交流侧对应的断路器重合闸失败之后，交流侧的三相断路器跳开及直流侧的三相断路器跳开，线路连接断开，进入永久性故障待处理状态。

应该理解为，以上方法中，断路器分别与保护装置和重合闸装置通信连接；断路器跳开指令由保护装置生成并发送至断路器执行；断路器重合闸指令由重合闸装置生成并发送至断路器执行；断路器跳开或合闸的动作由断路器执行。

进一步地，在所述交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置之间通信无效时，

闭锁所述交流侧重合闸装置；

闭锁所述直流侧重合闸装置；

在所述交流线路发生单相或多相故障时，控制交流侧的三相断路器跳开及控制直流侧的三相断路器跳开。

应该理解为，“闭锁所述交流侧重合闸装置”是指交流侧重合闸装置不再针对交流侧跳开的断路器生成重合闸指令，也不再发送重合闸指令至跳开的断路器。

应该理解为，“闭锁所述直流侧重合闸装置”是指直流侧重合闸装置不再针对直流侧跳开的断路器生成重合闸指令，也不再发送重合闸指令至跳开的断路器。

进一步地，所述直流侧对应的断路器为以下四项中的任一项：

直流侧a相断路器、直流侧b相断路器、直流侧c相断路器、及直流侧a相断路器与直流侧b相断路器与直流侧c相断路器的组合；

所述交流侧对应的断路器为以下四项中的任一项：

交流侧a相断路器、交流侧b相断路器、交流侧c相断路器、及交流侧a相断路器与交流侧b相断路器与交流侧c相断路器的组合。

本发明实施例的重合闸方法，对直流近区交流线路两侧的重合闸动作设置执行顺序，并控制直流侧执行的重合闸动作与交流侧执行的重合闸动作协调配合；直流侧在执行重合闸动作之前，需要收到交流侧发送的重合闸闭锁或重合闸允许信号。这种跳开-有条件地重合闸的重合闸策略，防止了重合于永久性故障时直流侧断路器的再跳开，有效地防止了直流系统连续换相失败发生，及由此导致的直流闭锁事故的发生，提高了系统运行稳定性。

以上重合闸动作序列基于线路两侧重合闸装置之间的可靠通信。若检测到线路两侧重合闸装置之间的通信中断，则闭锁线路两侧的重合闸装置；在检测到线路发生单相或多相故障后，线路保护控制线路两侧的三相断路器跳开。因这时线路两侧重合闸装置均已闭锁，因此，线路两侧的三相断路器在跳开之后，均不再执行重合闸动作。

也即，当直流侧与交流侧通信中断时，则执行跳开-闭锁重合闸的控制策略，因此，也能够防止重合于永久性故障时直流侧断路器的再跳开，有效地防止了直流系统连续换相失败发生，及由此导致的直流闭锁事故的发生，提高了系统运行稳定性。

应该理解为，这里的故障不限于线路接地故障；线路上发生的其他会导致断路器跳开的故障均适用于该重合闸方法。

应该理解为，各单相断路器(具体地，包括abc三相上分别设置的三个单相断路器)受控于线路保护而跳开，即，线路保护在检测到线路故障后，生成跳开指令，并控制对应的断路器执行跳开动作；

另一方面，各单相断路器受控于重合闸装置而闭合；即重合闸装置生成合闸指令，并控制对应的断路器执行合闸动作。

而重合闸装置闭锁，则是指重合闸装置不再生成重合闸指令，以及不再控制对应的断路器执行合闸动作。

另外，三相断路器可以是分别设置在abc这三个单相线路上的三个断路器，用于分别断开abc这三个单相线路；也可以是分别设置在abc这三个单相线路上的一个集成的三相断路器，用于同步地断开abc这三个单相线路。

如图2所示，本发明实施例的防止直流连续换相失败的交流线路重合闸控制系统，包括：

分别设置在所述直流近区交流线路两侧的交流侧重合闸装置20与直流侧重合闸装置10；

分别设置在所述直流近区交流线路两侧的交流侧保护装置60与直流侧保护装置50；

所述交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置通信连接；

在所述交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置之间通信有效时，

所述交流侧保护装置用于在检测到所述交流线路发生单相或多相故障时，控制交流侧对应的断路器40跳开；

所述直流侧保护装置用于在检测到所述交流线路发生单相或多相故障时，控制直流侧对应的断路器30跳开；

所述交流侧重合闸装置用于在检测到交流侧对应的断路器跳开之后，控制交流侧对应的断路器重合闸；及在检测到交流侧对应的断路器重合闸成功之后，生成重合闸允许信号并发送至直流侧重合闸装置；

相应地，

所述直流侧重合闸装置用于在直流侧对应的断路器跳开之后，根据接收到的所述重合闸允许信号，控制直流侧对应的断路器重合闸。

进一步地，在所述交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置之间通信有效时，

所述交流侧重合闸装置还用于在检测到交流侧对应的断路器重合闸失败之后，生成重合闸闭锁信号并发送至直流侧重合闸装置；

相应地，

所述直流侧重合闸装置还用于在直流侧对应的断路器跳开之后，根据接收到的所述重合闸闭锁信号，所述直流侧重合闸装置闭锁；

所述交流侧线路保护装置还用于在检测到交流侧对应的断路器重合闸失败之后，控制交流侧的三相断路器跳开；

所述直流侧线路保护装置还用于在检测到交流侧对应的断路器重合闸失败之后，控制直流侧的三相断路器跳开。

进一步地，在所述交流侧重合闸装置与直流侧重合闸装置之间通信无效时，

所述交流侧重合闸装置闭锁；

所述直流侧重合闸装置闭锁；

所述交流侧线路保护装置还用于在检测到所述交流线路发生单相或多相故障时，控制交流侧的三相断路器跳开；

所述直流侧线路保护装置还用于在检测到所述交流线路发生单相或多相故障时，控制直流侧的三相断路器跳开。

该防止直流连续换相失败的交流线路重合闸控制系统中的交流侧重合闸装置、直流侧重合闸装置、交流侧线路保护装置、直流侧线路保护装置分别执行如图1所述的步骤，与防止直流连续换相失败的交流线路重合闸方法具有相同的技术效果，这里不再赘述。

以下以图3中所示的线路发生故障为例，具体说明本发明实施例的重合闸方法的执行过程：

1.1)、交流线路发生单相故障时，线路保护动作，跳开线路两侧故障相断路器：

1.2)、在检测到故障相断路器跳开且延时至预先设定的时间后，重合闸线路交流侧跳开的故障相断路器；

若重合闸后，再次检测到线路发生单相故障(也即，重合于故障)，则向线路直流侧发送重合闸闭锁信号，同时跳开交流侧三相断路器；

若重合闸后，交流线路单相故障消除(也即重合闸成功)，则向线路直流侧发送重合闸允许信号，以使得直流侧执行重合闸动作。

1.3)、线路直流侧等待交流侧发送重合闸指示信号；

在收到线路交流侧发送的重合闸闭锁信号后，跳开直流侧三相断路器；

在收到线路交流侧发送的重合闸允许信号后，重合闸线路直流侧跳开的故障相断路器。

应该理解为，以上步骤1.1)-1.3)按照顺序依次执行，这三者的先后顺序唯一，不具有其他的排列方式。

2.1)、交流线路发生多相故障时，线路保护动作，跳开线路两侧三相断路器；

2.2)、在检测到三相断路器跳开且延时至预先设定的时间后，重合闸线路交流侧跳开的三相断路器；

若重合闸后，再次检测到线路发生多相故障(也即，重合于故障)，则向线路直流侧发送重合闸闭锁信号，同时跳开交流侧三相断路器；

若重合闸后，交流线路多相故障消除(也即重合闸成功)，向线路直流侧发送重合闸允许信号，以使得直流侧执行重合闸动作。

2.3)、线路直流侧等待交流侧发送重合闸指示信号；

在收到线路交流侧发送的重合闸闭锁信号后，跳开直流侧三相断路器；

在收到线路交流侧发送的重合闸允许信号后，重合闸线路直流侧跳开的三相断路器。

应该理解为，以上步骤2.1)-2.3)按照顺序依次执行，这三者的先后顺序唯一，不具有其他的排列方式。

应该理解为，延时时间，也即预先设定的时间，根据线路中多种故障的特征统计分析后确定，如，如0.5s，0.8s或者0.6s。

也即，若线路发生的是单相或多相瞬时性故障，则可以通过依次在交流侧和直流侧执行重合闸操作使得线路恢复供电；

若线路发生的是单相或多相永久性故障，则在交流侧执行三相断路器跳开，及在直流侧执行三相断路器跳开，从而防止线路直流侧断路器重合于永久性故障对直流系统的二次冲击。

而瞬时性故障或永久性故障，则根据交流侧重合闸是否成功来判定。

需要说明的是，线路交流侧向线路直流侧发送重合闸允许信号或重合闸闭锁信号这些重合闸指示信号；线路直流侧从线路交流侧接收重合闸允许信号或重合闸闭锁信号这些重合闸指示信号，均需要线路直流侧与线路交流侧之间保持可靠的通信连接。

若线路直流侧与线路交流侧之间的通信中断，则线路两侧的重合闸操作均闭锁；在检测到线路单相或多相故障后，跳开线路两侧的三相断路器。因这时线路两侧重合闸操作均已闭锁，因此，线路两侧的三相断路器在跳开之后，均不再执行重合闸动作。

该重合闸方法对直流近区交流线路两侧重合闸设置动作级别，直流侧重合闸动作需要与交流侧重合闸配合，且直流侧重合闸动作需要收到交流侧重合闸闭锁或允许信号。具体地，

1)交流线路发生单相故障时，线路保护动作，跳开线路两侧故障相断路器；

线路交流侧断路器先单相重合闸，

若重合于故障，向线路直流侧发重合闸闭锁信号，同时跳开本侧三相断路器；

若重合成功，向线路直流侧重合闸装置发重合闸允许信号。

2)交流线路发生单相故障时，线路保护动作，跳开线路两侧故障相断路器；

线路直流侧重合闸装置等待交流侧重合闸信号；

若收到重合闸闭锁信号，跳开本侧三相断路器；

若收到重合闸允许信号，重合本侧跳开的断路器。

3)交流线路发生多相故障时，线路保护动作，跳开线路两侧三相断路器；

线路交流侧断路器先三相重合闸，

若重合于故障，向线路直流侧发重合闸闭锁信号，同时再次跳开本侧三相断路器；

若重合成功，向线路直流侧重合闸装置发重合闸允许信号。

4)交流线路发生多相故障时，线路保护动作，跳开线路两侧三相断路器；

线路直流侧重合闸装置等待交流侧重合闸信号；

若收到重合闸闭锁信号，闭锁本侧重合闸；

若收到重合闸允许信号，重合本侧三相断路器。

5)若线路两侧重合闸装置通信中断，线路两侧重合闸装置闭锁，

线路故障后直接跳开三相断路器，且不重合闸。

综上，利用本发明提供的直流系统近区交流线路的重合闸方法，可以大幅减少重合于永久性故障对直流系统的冲击这一现象，防止了直流系统发生连续换相失败现象发生，以及由此导致的直流闭锁事故的发生，提高了系统运行稳定性。

以上已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。