2023统一潮流控制器（UPFC）保护配置及整定技术规范.docx

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1、统一潮流控制器(UPFC)保护配置及整定技术规范1范围22规范性引用文件23术语和定义14符号、代号和缩略语25总则36 UPFC系统保护配置37 UPFC保护系统动作结果和配合58 UPFC系统相关保护整定要求7附录A（资料性附录）保护系统配置分区及保护测点位置错误!未定义书签。2编制说明错误!未定义书签。3统一潮流控制器（UPFC）保护配置及整定技术规范1范围本标准规定了统一潮流控制器（UPFC）保护的术语及定义、保护范围、保护测点及功能配置、保护动作结果及保护配合、保护整定计算遵循的原则。本标准适用于220kV及以上电压等级的统一潮流控制器保护系统（以下简称UPFC保护系统），作为产品运

2、行和定值整定的依据，其它电压等级的统一潮流控制器保护设备可参照执行。2规范性引用文件下列文件的引用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T1094.1-2013电力变压器第1部分：总则GB/T13498-2017高压直流输电术语GB/T22390.4-2008高压直流输电系统控制与保护设备GB/T30553-2014基于电压源换流器的高压直流输电GB/T35745-2017柔性直流输电控制与保护设备技术要求DL/T277-2012高压直流输电系统控制保护整定技术规程DL/T559-2007220

3、kV750kV电网继电保护装置运行整定规程DL/T684-2012大型发电机变压器继电保护整定计算导则DL/T1193-2012柔性输电术语DL/T1526-2016柔性直流输电工程系统试验规程DL/T1778-2017柔性直流保护和控制设备技术条件3术语和定义GB/T13498-2017,GB30553-2014,DL/T1193-2012,DUT277-2012标准中的术语和定义以及下列术语和定义适用于本文件。3. 1统一潮流控制器unifiedpowerflowcontroller将两个（或多个）共用直流母线的电压源换流器分别以并联和串联的方式接入输电系统中，可以控制线路阻抗、电压幅值和

4、相角的装置。注：通过控制线路阻抗、电压幅值和相角，改变电网的电压和潮流。3.2换流器converter能实现完整换流功能的电气装置。DL/T11932012,定义3.3.43.3电压源换流器VOltagesourceconverter由可关断器件实现换流功能，直流侧储能元件为电容器的换流器。DL/T11932012,定义3.3.83.4模块化多电平换流器modularmultilevelconverter通过将多个子模块级联的方式叠加输出电压的电压源换流器。3.5桥臂converterarm换流电路的一-个部分，连接在交、直流端子之间，具有单向或双向导电能力。DLT11932012,定义3.3

5、.53.6联结变压器COnneCtiOntransformer在UPFC中，连接于电压源换流器和交流电网之间，在电压源换流器与交流电网间传输电能的变压器，包括并联变压器和串联变压器。3.7并联变压器shunttransformer具有两个或两个以上绕组，并联接入交流电网运行的变压器。3.8串联变压器seriestransformer具有一个与线路串联以改变线路电压值和(或)相位的串联绕组及一个励磁绕组的变压器。GB1094.1-2013,定义3.1.3注：在UPFC中应用时，串联变压器阀侧绕组为励磁绕组，直接与电压源换流器相连。3.9晶闸管旁路断路器thyristorbypassswitch由

6、正反向并联品闸管、限流电抗器及其附属设备构成的电力电子断路器。与被保护设备并联，用来旁路被保护设备，具有快速触发导通、短时承受被保护设备故障电流的能力。3. 10机械旁路断路器mechanicaIbypassswitch一种专用的断路器，要求其具有快速合闸能力，用来旁路串联型补偿设备，是线路串联型补偿设备投入和退出运行的主要操作设备。4. 11故障穿越faultride-through电网发生故障情况下不脱离电网而继续维持运行,直至电网故障清除,系统恢复正常平稳运行状态。3.12闭锁blocking阻止可控阀或换流器继续开通的操作。DLfT1526-2016,定义3.184符号、代号和缩略语下

7、列符号、代号和缩略语适用于本文件。UPFC：统一潮流控制器(UnifiedPoWerFIOWCOmrOner)TBS：晶闸管旁路开关(ThyriStOrByPaSSSWitCh)VSC：电压源换流器(VOltageSOUrCecOnVerter)MMC:模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter)5总则对于统一潮流控制器(UPFC)的保护配置及整定技术规范，应满足以下总体原则：a) UPFC保护系统的体系结构、功能配置和总体性能应与工程的主回路结构和运行方式相适应，保证统一潮流控制器及其接入系统的安全稳定运行。b) UPFC保护系统的配置应采用冗余结构，确保任何的

8、单一元件故障(出口元件除外)不会引起设备的不正确动作。冗余保护的任意一套设备因故障或其他原因退出运行或检修时，不应影响UPFC的正常运行。c) UPFC保护系统的配置与整定应统筹考虑各保护间的配合，满足速动性、灵敏性、可靠性、选择性，兼顾功率模块故障防拒和保护冗余配置防误的要求，保障统一潮流控制器系统的可靠运行。d) UPFC保护功能及整定需要与换流器本体保护、控制类保护相配合。e）交流系统侧故障时，宜保持UPFC系统持续运行或者短时退出，避免交流故障导致UPFC设备永久退出。UPFC系统内部故障时，UPFC保护系统应及时清除故障。f）电压、电流互感器配置、选型、变比应满足保护性能的要求，整定

9、时应考虑互感器精度、饱和等因素的影响。g）UPFC保护功能应自动适用UPFC运行方式的变化。UPFC换流器保护动作定值应能根据UPFC运行方式的变化自动切换，并且在运行方式变化过程中不应出现保护误动。h）保护测点及测量装置的配置应考虑不同运行方式下故障电流的变化。6UPFC保护系统配置6.1 保护范围和功能分区6.1.1 UPFC保护系统的保护范围包括串联变压器、并联变压器、串联变压器与并联变压器之间所有的（交、直流）连接设备和换流器。6.1.2 UPFC的保护功能宜分区配置，包括联结变保护区和换流器保护区。联结变保护区包含并联变压器区域和串联变压器区域，换流器保护区包括换流器区域和直流区域。

10、如附录A所示。6.1.3 当故障区域断电并隔离后，停运设备区的保护设备不应影响其他设备的正常运行。6.2 保护系统冗余6. 2.1换流器保护区宜采用三重化配置、三取二出口方式，包含A/B/C三套保护装置和A/B两套三取二（逻辑处理）装置。7. 2.2并联变压器区域和串联变压器区域的保护，宜独立于换流器区保护装置单独配置、也可集成在换流器区保护的装置中；若联结变区保护独立于换流器区保护装置配置时，宜采用双重化配置，每个变压器保护（并联变压器保护/串联变压器保护）分为A/B两套电量保护和一套非电量保护。8. 2.3多套保护之间应完全独立。任意一套保护因故障、检修或其他原因而完全退出时，应不影响其他

11、各套保护，以及整个UPFC的正常运行。9. 2.4在冗余配置的保护设备的其中一套装置上进行维护工作时，不应影响其他保护装置的运行，不应对UPFC的运行产生扰动。6.3 保护测点和测量位置6. 3.1保护测点配置应确保不存在保护死区，保护测量设备的精度和动态测量范围应与保护功能相匹配。7. 3.2对直流特性电气量和包含部分直流特性电气量的采集，应采用电子式互感器。差动保护两侧宜采用暂态特性相同的电流互感器。UPFC保护系统的保护测点示意如附录A所示，应满足如下要求：a）并联变压器的各连接侧宜配置电压互感器测量各连接处对地电压，220kV及以上的电压互感器、并联变压器与换流器连接侧的电压互感器宜采

12、用电容式电压互感器。b）串联变压器的各连接侧宜配置电压互感器测量各连接处对地电压，串联变压器的平衡绕组宜配置电压互感器，22OkV及以上的电压互感器、串联变压器与换流器连接侧的电压互感器宜采用电容式电压互感器。c）宜在每个换流器的直流连接侧正、负极配置电子式电压互感器，测量换流器的直流侧电压。d）宜在每个换流器的直流连接侧正、负极配置电子式电流互感器，测量换流器的直流侧电流。e）对于采用模块化多电平换流器（MMC）的统一潮流控制器，宜在换流器的每个桥臂上配置单相交流电子式电流互感器，测量流过桥臂的电流。f）宜在换流器的交流连接侧配置三相交流电子式电流互感器和三相电磁式电流互感器,测量换流器交流

13、侧电流。g）宜在串联变压器的各连接侧配置三相电磁式电流互感器,测量串联变压器各连接线和套管的电流。h）宜在串联变压器的平衡绕组回路中配置电磁式电流互感器，测量平衡绕组回路中的电流。i）宜在串联变压器与换流器连接侧的中性线上配置电子式电流互感器，测量零序和直流电流。j）宜在并联变压器的各连接侧配置三相电磁式电流互感器，测量并联变压器各连接线和套管的电流。k）宜在并联变压器与换流器连接侧的中性线上配置电子式电流互感器，测量零序和直流电流。6.4 保护功能配置6.4.1UPFC换流器保护功能配置6.4.1.1对于UPFC换流器区域，宜配置以下保护功能：a）桥臂过电流保护：反映换流器及直流接地短路故障

14、。b）桥臂电抗差动保护：反映电抗器及相连母线接地故障。c）换流器阀差动保护：反映阀组内部接地故障。d）交流连接线差动保护：反映联结变压器到换流器之间的交流连接区的接地故障。e）阀侧中性点过流保护：反映联结变阀侧交流连线的不对称接地故隙、直流母线的单极故隙。f）阀侧零序过压保护：反映联结变阀侧交流连线的不对称接地故障、直流母线的单极故障。g）换流器交流过电压保护：反映单相接地故障等引起的换流器交流电压过压的故障。h）交流连接线过电流保护：反映导致换流器交流侧电流过大的故障。i）超快速过流保护：快速反映导致换流器交流侧电流过大的故障。1.2 .2对于UPFC直流区域，宜配置以下保护功能：a）直流电

15、压不平衡保护：反映直流母线单极接地故障，交流接地故障。b）直流欠压过流保护：反映直流双极短路故障。c）直流低电压保护：反映直流异常电压故障，可作为直流欠压过流保护和交流欠压保护的后备保护。d）直流过电压保护：保护直流设备免受直流过电压的损坏。e）直流过流保护：反映直流母线出现过流的故障。1.3 .1.3对于UPFC所接入的交流系统区域，宜配置以下保护功能：a）交流低电压保护：反映交流系统故障引起交流电压长时间欠压的故障。b）交流过电压保护：反映交流系统故障引起交流电压过压的故隙。6 .4.2并联变压器保护功能配置对于UPFC并联变压器区域，宜选择配置以下保护功能：a）并联变压器差动保护：保护范

16、围应包括并联变压器网侧和阀侧的电流互感器之间的区域，应能正确反映保护范围内的接地和匝间短路故障，应具有区外故障穿越电流制动特性，应配置差动速断保护实现快速跳闸。b）并联变压器过流保护：反映相间短路故隙，宜采用定时限特性。c）并联变压器零序过流保护：反映不对称接地故障。d）并联变压器过激磁保护：反映并联变压器的过励磁。e）并联变压器分侧差动保护：对于自耦变压器，反映内部相间和接地故障。f）并联变压器本体保护：应随并联变压器本体配套提供，制造商应为并联变压器本体保护提供合适的接口以便接入保护设备。当并联变压器发生了冷却器故障、油温过高、油压异常、油位过低、气体积聚和气体冲击等故障时，本体保护应根据

17、故障严重程度及时发出报警或跳闸信号。7 .4.3串联变压器保护功能配置对于UPFC串联变压器区的保护，宜选择配置以下保护功能：a）交流过电压保护：反映交流系统故障引起交流过压的故障；b）串联变压器差动保护：保护范围应包括串联变压器网侧和阀侧的电流互感器之间的区域，应能正确检测保护范围内的接地和匝间短路故障，应具有区外故障穿越电流制动特性，应配置差动速断保护实现快速跳闸。c）串联变压器绕组差动保护：反映串联变压器绕组相间、接地故障，防止绕组损坏。d）串联变压器过流保护：反映串联变压器绕组相间、接地故障，宜采用定时限特性。e）串联变压器过激磁保护：反映串联变压器的过励磁。f）平衡绕组零序过电流保护

18、：反映串联变压器匝间短路等不平衡故障。g）串联变压器本体保护：应随串联变压器本体配套提供，制造商应为串联变压器本体保护提供合适的接口以便接入保护设备。当串联变压器发生了冷却器故障、油温过高、油压异常、油位过低、气体积聚和气体冲击等故障时，本体保护应根据故障严重程度及时发出报警或跳闸信号。8 UPFC保护系统动作结果和配合8.1 保护动作结果8.1.1 如保护系统采用三取二配置，每一套三取二装置宜提供两路独立的跳/合闸出口。如保护采用双重化配置，每一套换流器保护装置宜提供两路独立的跳/合闸出口。8.1.2 每一套保护装置宜分别提供与各换流器对应的两路出口，并通过控制系统处理后，实现闭锁换流器的功

19、能。8.1.3 1.3如保护系统采用三取二配置，每一套三取二装置宜提供一路TBS导通出口。如保护采用双重化配置，每一套保护装置宜提供一路TBS导通出口。8.1.4 UPFC换流器保护的动作结果包括但不限于：a）并联侧保护动作后宜跳并联变压器的阀侧断路器，闭锁并联侧换流器，同时联跳串联侧（闭锁串联侧换流器、触发串联侧的TBS导通、合串联变压器两侧的机械旁路断路器）。若为并联变压器区内故障（断路器跳开后仍有故障电流）或断路器失灵，则跳开并联变压器的高压侧断路器。b）串联侧换流器与串联变压器的交流连接区的保护动作后宜合本侧对应的TBS,合本侧对应串联变压器两侧的机械旁路断路器，闭锁与其对应的串联侧换

20、流器；串联侧换流器区保护动作后除了合本侧对应的晶闸管旁路断路器TBS,合本侧对应的机械旁路断路器、闭锁对应的串联侧换流器外，还宜联跳其他侧（闭锁其它侧换流器、旁路其它串联变压器两侧的机械旁路断路器和触发其它侧TBS导通、跳并联变压器阀侧的断路器）。8.1.5 UPFC联结变压器保护的动作结果包括但不限于：a）并联变压器保护动作后宜跳各侧的断路器；b）串联变压器保护动作后宜合各侧的机械旁路断路器；在满足技术要求的情况下根据用户需求可对保护动作出口进行优化。8.2 UPFC换流器保护与变压器保护配合UPFC换流器保护与变压器保护的配合包括但不限于：a）每套变压器电量保护装置和非电量保护装置，分别通

21、过独立的通路与三取二装置（或换流器保护装置）连接，传输变压器电量保护和非电量保护的动作信号至三取二装置（或换流器保护装置）；b）三取二装置（或换流器保护装置）接收到并联变压器保护装置的动作信号后，宜联跳并联变压器阀侧断路器、合所有串联变压器两侧的机械旁路断路器和TBS、闭锁所有换流器）；c）三取二装置（或换流器保护装置）接收到串联变压器保护装置的动作信号后，宜合相应串联变压器两侧的机械旁路断路器和TBS,闭锁相应的串联侧换流器；d）三取二装置（或换流器保护装置）宜分别通过独立的通路与串联变压器电量保护装置连接，传输UPFC串联侧的保护动作信号至串联变压器电量保护装置；e）串联变压器的电量保护装

22、置接收到三取二装置（或换流器保护装置）发送的UPFC串联侧保护动作信号后，合闸串联变压器两侧的机械旁路断路器。8.3 UPFC换流器保护与线路保护配合UPFC换流器保护与线路保护的配合包括但不限于：a）采用纵联电流差动保护作为主保护，且主保护正常运行时，线路保护宜输出任一侧保护动作信号用于联动UPFC系统。b）串联侧所接入线路的A/B两套线路保护装置分别发送动作信号给三取二装置（或换流器保护装置）；c）三取二装置（或换流器保护装置）接收到交流保护的动作信号后，合闸相应串联变压器两侧的机械旁路断路器和TBS,闭锁相应的串联侧换流器。8.4 UPFC串联变压器保护与线路及断路器保护配合重合闸功能集

23、成于线路保护装置时，UPFC串联变压器保护与线路保护的配合包括但不限于：a）串联变压器保护动作信号宜传送至线路保护闭锁重合闸输入,避免输电线路重合于串联变压器故障；b）串联变压器网侧机械旁路断路器合闸位置信号宜传送至线路保护,作为线路保护重合闸允许条件之一，避免重合于线路永久性故障时对UPFC系统冲击。重合闸功能由断路器保护装置实现时，UPFC串联变压器保护与线路保护的配合包括但不限于：a）串联变压器保护动作信号宜传送至断路器保护闭锁重合闸输入,避免输电线路重合于串联变压器故障；b）串联变压器网侧机械旁路断路器合闸位置信号宜传送至断路器保护，作为断路器保护重合闸允许条件之一，避免重合于线路永久

24、性故障时对UPFC系统冲击。8.5 UPFC系统线路保护与断路器保护配合重合闸功能由断路器保护装置实现时，含UPFC系统中线路保护与断路器保护的配合，包括但不限于：针对3/2线线串接线方式，一回出线配置UPFC,另一回出线无UPFC的系统结构，断路器保护宜配置两组分相跳闸输入，用于识别配置UPFC的线路是否发生故障动作跳闸。9 UPFC系统相关保护整定要求8. 1一般要求UPFC相关保护定值与控制系统及电网特性有关，每个工程并不相同，要通过仿真实验和系统实际试验最后确定。定值计算方法参考DL/T277-2012o8.2UPFC换流器保护整定要求8.2.1并联侧交流系统及连接区保护8.2.1.1

25、交流连接线差动保护联结变压器至换流阀连接线发生相间、三相接地以及相间故隙时的主保护，以联结变压器阀侧套管的电流（或者联结变压器阀侧连接线电流）以及换流器交流侧电流做为动作判据。保护判据按式（1）计算：-AJmax（4e,-/H）（1）式中：Ivt联结变压器阀侧套管三相电流；Ivc换流器交流侧三相电流；Ires制动电流；Isel保护启动定值；Ksel比率系数。保护启动定值可由式（2）计算得出：Q,=K.KJ&式中：（一一联结变压器阀侧A、B、C三相电流；1.c换流器交流侧三相电流；Isel电流定值。电流定值可由式（4）计算如下：式中：Krel一一可靠系数，推荐取1.2；Kr返回系数，推荐取0.9

26、5；In变压器阀侧额定电流。灵敏系数校验：保护的灵敏系数可按式（5）校验：式中：/累in一阀侧两相金属性短路时流过保护的最小短路电流；灵敏系数应尽量大于1.3。动作I段做为保护区域内严重故障（相间，两相接地，三相短路）的后备保护，Iset推荐取1.2pu,动作时间推荐取23s动作II段考虑换流器、桥臂电抗器等主设备过负荷运行，ISet及动作时间结合工程对设备的过负荷能力要求进行整定；1.1.1.3 启动电阻过流保护启动电阻过流保护主要在换流器充电过程中为启动电阻提供保护，防止启动电阻因长期流过大电流而毁坏。保护判据：如电阻支路配置有专用CT,采用该电流作为动作判据；如未配置专用CT,采用rs和

27、启动回路的旁路刀闸位置作为动作判据，仅在启动回路旁路刀闸处于分位时投入。/内为联结变阀侧A、B、C三相电流；电阻通过的电流和运行时间计算公式如式（6）所示：lar=In-（6）（k*l）式中：r热过负荷时间常数（散热时间常数）；I”一一流过电阻电流的有效值；Ib热过负荷基准电流（持续运行电流）；k热过负荷动作定值（长期过载倍数）保护判据按式（7）计算：式中：Ir一一启动过程中流过电阻的电流，电阻支路专用CT或Ks。Iset电流定值。电流定值可由式（8）计算如下：式中：Ksen一一灵敏系数，推荐取1.2；Is启动过程中流过电阻的最大电流。动作延时按躲过最长的启动时间整定，并根据电阻的一次参数进行

28、校核；保证在通过启动电阻的电流为心”寸对应的运行时间1（根据式6计算），大于启动电阻过流保护的动作时间，并留有一定的裕度。8.2.1.4阀侧零序过压保护检测联结变压器阀侧是否发生不对称接地故障，以联结变压器阀侧零序电压和相对地电压作为判据。保护判据按式（9）和按式（10）计算，两个判据为与逻辑：IVA+Uvb+UycI?UOsel（9）min（几,%,%）U-（。）式中：Uva.Uy8、UVC一一联结变压器阀侧A、B、C三相电压；UQ_sel零序电压定值;UV相电压定值。其中零序电压定值由式（11）和式（12）得到：UoSer.min3KerUyjvQW（11）式中：Ker测量误差，推荐取0.

29、1；Uvnom一一联结变压器阀侧额定相电压。U（）s4.maxKUo.max（12）式中：Krd可靠系数，推荐取0.60.7;Uomax一一单相接地产生的最大零序电压。定值选取范围：jninIdP-LSeI(27)式中Ulip直流正极电压；UdN直流负极电压；Udjet一一直流欠压过流保护电压定值Idp一一直流正极电流；Id,se,直流欠压过流保护电流定值保护电压定值UdW可由式（28）计算如下：U&ser=KmKermaXKWdnom（28）式中Krel一一可靠系数，取1.1L15;Kermdx一一测量设备最大百分比误差；KN一一低电压运行倍数；Udnom一一额定正负极直流电压差。保护电压定

30、值可由式（29）计算如下：1.sa=KmKJmaX（29）式中Krel可靠系数，取1.1L15;Ker测量设备百分比误差；Zjmax直流最大过负荷电流。保护根据系统设计情况配置，通过仿真试验确认，考虑保护速动性，动作时间推荐取0.5lms.824.3直流低电压保护直流低电压保护是换流器极间短路故隙的后备保护，或因控制系统造成的电压异常的保护。由直流极母线电压构成动作判据。保护判据可由式（30）和（31）计算如下：对称双极：ISS刈或SlU.S刈（30）对称单极：Uilp-UUdset（31）式中：UdP直流正极电压（对称单极）或直流极电压（对称双极），kV：U,n一一直流负极电压（对称单极）或

31、中性线电压（对称双极），kV；Udsel电压定值，kV；低电压保护一般整定为I、11两段，保护动作定值可以由式（32）算出：UXXzet=Krd七（.）%（32）式中Krel可靠系数，取L05L10;Kv低电压倍数，I段取稳态低电压倍数，11段取暂态低电压倍数；Ker测量设备百分比误差；UXXm正负极直流电压差。保护根据系统设计情况配置，保护动作时间与UPFC控制系统特性配合，通过仿真试验确认。低电压保护I段的保护动作时间推荐取50100ms,低电压保护II段的保护动作时间推荐取510s8.2.4.4直流过电压保护直流过电压保护,保护所有承受直流电压的设备免受过电压损坏，由宜流极母线电压构成动

32、作判据。保护判据可由式（33）和（34）计算如下：对称双极：IUjU*或IUU.S*（33）对称单极：U-jtfr（34）式中：UdP一一直流正极电压（对称单极）或直流极电压（对称双极），kV;UdN直流负极电压（对称单极）或中性线电压（对称双极），kV；Udxel电压定值，kV；过电压保护一般整定为I、II两段，保护动作定值可以由式（35）算出：k=KgkKe）UXXG（35）式中Krel一一可靠系数，取L05L10;Kov一一过电压倍数，I段取稳态过电压倍数，II段取暂态过电压倍数；Ker一一测量设备百分比误差；UXXn设备额定电压。所有时间定值与系统参数设计提供的设备过电压耐受能力配合。过电压保护I段的保护动作时间推荐取10-20ms,过电压II段保护的动作时间推荐取510s08.2.4.5直流过流保护检测