一种多端口直流线路交汇处故障处理系统及方法与流程

本申请涉及直流输配电系统电路技术领域，具体涉及一种多端口直流线路交汇处故障处理系统及方法。

背景技术：

随着能源战略结构的不断调整和完善，多端柔性直流输电逐渐成为解决新能源并网的重要技术手段。尽管多端柔性直流输电具有广阔的应用前景，但目前工作主要侧重于其控制保护策略和拓扑结构的研究，在实际工程结构布置等方面还有很多问题丞待解决。

在多端柔性直流系统当中，通常会存在多端口直流线路交汇处的交汇点，同时相邻两端连接线路发生故障时，会迅速波及其他端口甚至整个系统，因此交汇处直流断路器间的连接、布置对整个系统的稳定性至关重要。传统技术中在多端口交汇处一般为t型布置，而且每条线路临近交汇点的位置均设置直流断路器，当其中任意线路发生故障时，将直流断路器切断，进而实现故障线路隔离。

上述的隔离方式虽然可以将发生故障的电路隔离出去，但是一旦线路故障被隔离后，故障线路的两个端口也将无法正常工作，从而可能影响其他电路和端口的运行。

技术实现要素：

本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种多端口直流线路交汇处故障处理系统，包括设置在任意两个直流线路端口之间的直流断路器，每个所述直流线路端口处设置一双极隔离接地开关，每个所述双极隔离接地开关分别与对应的直流线路端口和相邻的两个所述直流断路器电连接。

采用上述实现方式，由于直流断路器设置在相邻直流线路端口之间，然后通过每个直流线路端口处的双极隔离接地开关即可实现任意两端口间连接冗余。当其中任一线路发生故障时，通过对应的直流断路器可以将线路隔离出去，同事配合双极隔离接地开关又保障了交汇处故障线路两端的直流线路端口的正常运行。从而减少了交汇处隔离故障线路给直流线路端口和其他线路带来的影响。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述双极隔离接地开关包括第一隔离开关和第二隔离开关，所述双极隔离接地开关通过所述第一隔离开关和第二隔离开关分别与相邻的两个所述直流断路器电连接。采用两个不同的隔离开关分别连接不同的断路器，可实现任意断路器断开操作时，将对应的隔离开关断开，不影响与双极隔离接地开关连接的另一断路器的工作。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述双极隔离接地开关还包括第一接地开关和第二接地开关，所述第一接地开关和所述第二接地开关用于当所述直流线路端口或线路故障时，将所述直流线路端口或故障线路接地隔离。接地开关的设置，保证了将故障直流电路端口和/或故障线路断开后隔离后的安全性。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述第一隔离开关、第二隔离开关、第一接地开关和第二接地开关相互独立。双极隔离接地开关中的隔离开关和接地开关相互独立，可实现操作任意隔离开关或接地开关时，互不影响。

结合第一方面，在第一方面第四种可能的实现方式中，任一直流线路端口发生故障，剩余直流线路端口和剩余直流线路端口之间的直流线路均可正常运行。

结合第一方面，在第一方面第五种可能的实现方式中，任一直流线路端口之间的直流线路发生故障，所有直流线路端口和剩余直流线路均可正常运行。

结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，当第一直流线路端口和第二直流线路端口之间的直流线路故障时，所述第一直流线路端口和所述第二直流线路端口对应的双极隔离接地开关、第三直流线路端口处的双极隔离接地开关和设置在第一直流线路端口与第三直流线路端口及第二直流线路端口与第三直流线路端口之间的直流断路器实现连接冗余，所述第一直流线路端口、第二直流线路端口和第三直流线路端口为两两相邻的直流线路端口。

结合第一方面，在第一方面第七种可能的实现方式中，多个所述直流断路器和所述双极隔离接地开关间隔均匀分布设置。

结合第一方面，在第一方面第八种可能的实现方式中，所述直流断路器包括机械开关、电子电力开关和吸能装置，所述机械开关用于实现所述断路器的开断，所述电子电力开关用于当所述直流断路器断开时承载瞬时的短路电流，所述吸能装置用于吸能灭弧。

第二方面，本申请实施例提供了一种多端口直流线路交汇处故障处理方法，采用第一方面或第一方面任一实现方式的多端口直流线路交汇处故障处理系统，所述方法包括：确定所述直流线路的故障类型；如果所述故障类型为直流线路端口之间的线路发生故障，则通过对应直流线路端口之间的直流断路器和与所述直流断路器电连接的双极隔离接地开关将故障线路隔离；或者，如果所述故障类型为直流线路端口发生故障，则通过所述直流线路端口对应的双极隔离接地开关和与所述双极隔离接地开关相连接的直流断路器将故障直流端口隔离。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种三端口直流线路故障处理系统的框架示意图；

图2为本申请实施例提供的一种多端口直流线路交汇处故障处理系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种多端口直流线路交汇处故障处理系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种多端口直流线路交汇处故障处理方法的流程示意图；

图1-4中符号表示为：

1-第一直流断路器，2-第二直流断路器，3-第三直流断路器，4-第一双极隔离接地开关，5-第二双极隔离接地开关，6-第三双极隔离接地开关。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

图1为本申请实施例提供的一种多端口直流线路交汇处故障处理系统，参见图1，本实施例中的多端口直流线路交汇处故障处理系统，包括设置在任意两个直流线路端口之间的直流断路器，每个所述直流线路端口处设置一双极隔离接地开关，每个所述双极隔离接地开关分别与对应的直流线路端口和相邻的两个所述直流断路器电连接。

具体地，图1中给出了示意性的三个直流线路端口a、b和c，三端口直流线路故障处理系统包括设置在直流线路端口a和直流线路端口b之间的第一直流断路器1，直流线路端口a和直流线路端口c之间的第二直流断路器2，直流线路端口b和直流线路端口c之间的第三直流断路器3。设置在直流线路端口a处的第一双极隔离接地开关4,直流线路端口b处的第二双极隔离接地开关5和直流线路端口c处的第三双极隔离接地开关6。

所述第一双极隔离接地开关4分别与所述第一直流断路器1和所述第二直流断路器2电连接，所述第二双极隔离接地开关5分别与所述第一直流断路器1和所述第三直流断路器3电连接，所述第三双极隔离接地开关4分别与所述第二直流断路器2和所述第三直流断路器3电连接。

本实施例中每个双极隔离接地开关包括第一隔离开关、第二隔离开关、第一接地开关和第二接地开关。所述双极隔离接地开关通过所述第一隔离开关和第二隔离开关分别与相邻的两个所述直流断路器电连接。所述第一接地开关和所述第二接地开关用于当所述直流线路端口或线路故障时，将所述直流线路端口或故障线路接地隔离。

采用两个不同的隔离开关分别连接不同的断路器，可实现任意断路器断开操作时，将对应的隔离开关断开，不影响与双极隔离接地开关连接的另一断路器的工作。接地开关的设置，保证了将故障直流电路端口和/或故障线路断开后隔离后的安全性。并且所述第一隔离开关、第二隔离开关、第一接地开关和第二接地开关相互独立。双极隔离接地开关中的隔离开关和接地开关相互独立，可实现操作任意隔离开关或接地开关时，互不影响。

进一步参见图1，本实施例中的第一双极隔离接地开关4包括隔离开关qsa1、隔离开关qsc2、接地开关qea1和接地开关qec2；第二双极隔离接地开关5包括隔离开关qsa2、隔离开关qsb1、接地开关qea2和接地开关qeb1；第三双极隔离接地开关5包括隔离开关qsb2、隔离开关qsc1、接地开关qeb2和接地开关qec1。第一直流断路器1分别与隔离开关qsa1和隔离开关qsa2电连接，第二直流断路器2分别与隔离开关qsb1和隔离开关qsb2电连接，第三直流断路器3分别与隔离开关qsc1和隔离开关qsc2电连接。

端口a、b和c通过二双极隔离接地开关和直流断路器两两电连接，具体地，端口a可通过隔离开关qsa1、第一直流断路器1和隔离开关qsa2与端口b连接，也可通过隔离开关qsc2、第三直流断路器3、隔离开关qsc1、隔离开关qsb2、第二直流断路器2、隔离开关qsb1连接，实现连接冗余。

端口b可通过隔离开关qsb1、第二直流断路器2和隔离开关qsb2与端口c连接，也可通过隔离开关qsa2、第一直流断路器1、隔离开关qsa1、隔离开关qsc2、第三直流断路器3、隔离开关qsc1连接，实现连接冗余。

端口c可通过隔离开关qsc1、第三直流断路器3和隔离开关qsc2与端口a连接，也可通过隔离开关qsb2、第二直流断路器2、隔离开关qsb1、隔离开关qsa2、第一直流断路器1、隔离开关qsa1连接，实现连接冗余。

端口a分别接入隔离开关qsa1和隔离开关qsc2；端口b分别接入隔离开关qsa2和隔离开关qsb1；端口c分别接入隔离开关qsc1和隔离开关qsb2；直流线路通过铜排相连，用于承载正常电流。

本实施例提供的多端口直流线路交汇处故障处理系统任一直流线路端口发生故障，剩余直流线路端口和剩余直流线路端口之间的直流线路均可正常运行。

当a端口发生故障或需退出检修时，首先同时断开第一直流断路器1和第三直流断路器3，再断开隔离开关qsa1和隔离开关qsc2，最后合上接地开关qea1和接地开关qec2。当b端口发生故障或需退出检修时，首先同时断开直流断路器第一直流断路器1和第二直流断路器2，再断开隔离开关qsa2和隔离开关qsb1，最后合上接地开关qea2和接地开关qeb1。当c端口发生故障或需退出检修时，首先同时断开第二直流断路器2和第三直流断路器3，再断开隔离开关qsb2和隔离开关qsc1，最后合上接地开关qeb2和接地开关qec1。

本实施例中如果是任一直流线路端口之间的直流线路发生故障，则所有直流线路端口和剩余直流线路均可正常运行。当第一直流线路端口和第二直流线路端口之间的直流线路故障时，所述第一直流线路端口和所述第二直流线路端口对应的双极隔离接地开关、第三直流线路端口处的双极隔离接地开关和设置在第一直流线路端口与第三直流线路端口及第二直流线路端口与第三直流线路端口之间的直流断路器实现连接冗余，所述第一直流线路端口、第二直流线路端口和第三直流线路端口为两两相邻的直流线路端口。

当a、b端口间直流线路发生故障时，第一直流断路器1退出运行，通过断开隔离开关qsa1和隔离开关qsa2将能量转移，然后合上接地开关qea1和接地开关qea2，三端仍可正常运行。当a、c端口间直流线路发生故障时，第三直流断路器3退出运行，通过断开隔离开关qsc1和隔离开关qsc2将能量转移，然后合上接地开关qec1和接地开关qec2三端仍可正常运行。当c、b端口间直流线路发生故障时，第二直流断路器2退出运行，通过断开隔离开关qsb1和隔离开关qsb2将能量转移，然后合上接地开关qeb1和接地开关qeb2，三端仍可正常运行。

如何在上述情况下，还存在直流电路端口出现故障或需退出检修，则还包括以下情况：

当a、b端口间直流线路已发生故障，同时a端口发生故障或需退出检修时，首先断开第三直流断路器3，再断开隔离开关qsc1和隔离开关qsc2，最后合上接地开关qec1和接地开关qec2，c、b端口间仍可正常运行。

当a、b端口间直流线路已发生故障，同时b端口发生故障或需退出检修时，首先同时第二直流断路器2，再断开隔离开关qsb2和隔离开关qsb1，最后合上接地开关qeb2和接地开关qeb1，c、b端口间仍可正常运行。

当a、c端口间直流线路已发生故障，同时a端口发生故障或需退出检修时，首先断开第一直流断路器1，再断开隔开开关qsa1和隔开开关qsa2，最后合上接地开关qea1和接地开关qea2，c、b端口间仍可正常运行。

当a、c端口间直流线路已发生故障，同时c端口发生故障或需退出检修时，首先断开第二直流断路器2，再断开隔开开关qsb2和隔开开关qsb1，最后合上接地开关qeb2和接地开关qeb1，a、b端口间仍可正常运行。

当c、b端口间直流线路已发生故障，同时b端口发生故障或需退出检修时，首先同时断开第二直流断路器2，再断开隔开开关qsb2和隔开开关qsb1，最后合上接地开关qeb2和接地开关qeb1，c、a端口间仍可正常运行。

当c、b端口间直流线路已发生故障，同时c端口发生故障或需退出检修时，首先断开第二直流断路器2，再断开隔开开关qsb2和隔开开关qsb1，最后合上接地开关qeb2和接地开关qeb1，a、b端口间仍可正常运行。

如果三个直流线路端口中任意两个端口同时发生故障或需退出检修时，则全部三个直流线路端口需停运。

本实施例中，多个所述直流断路器和所述双极隔离接地开关间隔均匀分布设置。参见图2和图3，三台直流断路器和三台双极隔离接地开关两排对称布置。一排包括两台直流断路器和一台双极隔离接地开关，另一排包括一台直流断路器和两台双极隔离接地开关，线路和设备之间通过铜排连接。这样设置的目的不仅节省占地面积，还方便后期进行维护。

本实施例中，直流断路器包括机械开关、电子电力开关和吸能装置，所述机械开关用于实现所述断路器的开断，所述电子电力开关用于当所述直流断路器断开时承载瞬时的短路电流，所述吸能装置用于吸能灭弧。

本实施例中需要对直流断路器进行分闸操作时，机械开关在执行分闸操作时，由于机械惯性触头在一定时间后开始运动和分离，触头间距逐渐增加。机械开关的触头分开到一定距离时，期间触发耦合负压装置依次产生正反向电压，后续电流完全换流至转移支路。此时电子电力开关导通电流，机械开关距离继续增加，最后机械开关的触头间隙建立起能够承受开断过电压的绝缘开距，然后电子电力开关关断，该过程中电子电力开关需承受并关断系统可能达到的短路电流。电子电力开关关断后，电流换流至能量吸收装置，直至电流衰减，此过程中机械开关和电子电力开关需要承受被能量吸收装置中避雷器限制的系统过电压。

由上述实施例可知，本实施例提供了一种多端口直流线路交汇处故障处理系统，

由于直流断路器设置在相邻直流线路端口之间，然后通过每个直流线路端口处的双极隔离接地开关即可实现任意两端口间连接冗余。当其中任一线路发生故障时，通过对应的直流断路器可以将线路隔离出去，同事配合双极隔离接地开关又保障了交汇处故障线路两端的直流线路端口的正常运行。从而减少了交汇处隔离故障线路给直流线路端口和其他线路带来的影响。

与上述实施例提供的一种多端口直流线路交汇处故障处理系统相对应，本申请还提供了一种多端口直流线路交汇处故障处理方法的实施例。参见图4，所述方法包括：

s101，确定所述直流线路的故障类型。

本实施例中的故障类型包括直流线路端口之间的线路发生故障和直流线路端口发生故障。

s102，如果所述故障类型为直流线路端口之间的线路发生故障，则通过对应直流线路端口之间的直流断路器和与所述直流断路器电连接的双极隔离接地开关将故障线路隔离；或者，如果所述故障类型为直流线路端口发生故障，则通过所述直流线路端口对应的双极隔离接地开关和与所述双极隔离接地开关相连接的直流断路器将故障直流端口隔离。

本实施例中具体如何通过故障处理系统中的双极隔离接地开关和直流断路器将故障线路和/或故障直流端口隔离，具体参见上述实施例中的描述，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。