控制保护系统技术要求.docx
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控制保护系统技术要求
中国南方电网有限责任公司发布
STATCOM装置控制保护技术规范
TechnicalspecificationforSTATCOMcontrolandprotection
目次
前 言
为规定35kV及以上静止同步补偿装置的控制保护系统架构及配置、控制保护系统的技术要求、二次回路以及接口要求，特制定本规范。
本标准按GB/T1.1-2009给出的规则起草。
本标准由中国南方电网有限责任公司系统运行部归口。
本标准起草单位：
南方电网电力调度控制中心、广州供电局电力调度控制中心、广东电网电力调度控制中心、东莞供电局、南方电网科学研究院有限责任公司、云南电力调度控制中心、云南电科院、文山供电局、中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司、南京南瑞继保电气有限公司、许继电气股份有限公司、荣信汇科电气技术有限责任公司
本标准主要起草人：
余江、高强、屠卿瑞、骆树权、吴小丹、吉攀攀、王剑、冯满盈、伦振坚、张智锐、焦邵麟、叶礼清、苏华锋、邓效荣、熊良璞、曾林、陈剑平、邢超、钱永亮、袁春、赵亮、黄晶晶
执行过程中的问题和建议,请及时反馈至中国南方电网有限责任公司系统运行部。
南方电网STATCOM装置控制保护技术规范
1.范围
本规范规定了35kV及以上静止同步补偿装置（以下简称“STATCOM”）的控制保护系统架构及配置、控制保护系统的技术要求、二次回路以及接口要求等相关内容。
本规范适用于中国南方电网公司所述变电站新建、扩建35kV及以上电压等级的STATCOM（35kV以下电压等级可参照执行）。
每项STATCOM工程均有其特殊性，应根据具体工程条件和要求使用本规范，必要时做相应补充。
2.规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
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/T14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程
GB/T15145-2008输电线路保护装置通用技术条件
GB16836量度继电器和保护装置安全设计的一般要求
GB50062电力装置的继电保护和自动装置设计规范
GB/T2887电子计算机场地通用规范
GB/T7261继电保护和安全自动装置基本试验方法
GB/T20297静止无功补偿装置（SVC）现场试验
GB/T20298静止无功补偿装置（SVC）功能特性
GB/T12325电能质量供电电压偏差
GB/T12326电能质量电压波动和闪变
GB/T15543电能质量三相电压不平衡
GB/T14549电能质量公用电网谐波
GB20840.3-2013互感器第3部分：
电磁式电压互感器的补充技术要求
GB20840.2-2013互感器第2部分：
电流互感器的补充技术要求
DL/T866电流互感器和电压互感器选择和计算导则
DL/T553220kV～500kV电力系统故障动态记录技术准则
DL/T1010.1高压静止无功补偿装置第1部分系统设计
DL/T5136火力发电厂、变电站二次接线设计技术规程
DL/T1010.3-2006高压静止无功补偿装置第3部分控制系统
Q/CSG1101011-2013静止同步补偿器（STATCOM）技术规范
IEC62501Voltagesourcedconverter（VSC）valvesforhigh-voltagedirectcurrent（HVDC）power
3.术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
3.1静止同步补偿装置（STATCOM）staticsynchronouscompensator
由并联接入系统的换流器组成，其输出的容性和感性无功电流连续可调且独立于与系统连接点的电压。
3.2功率模块（PM）powermoduleorValvelevel
由功率器件组成的一个电压源换流器模块。
3.3阀段Valvesection
由一个或多个功率模块组成，具有相同的机械机构以及电气性能，能体现最小可控得电压源。
3.4相单元phaseunit
由多个功率模块组成的实现换流运行的组装换流设备，包括STATCOM整个相单元结构及与其相连的冷却管路、触发和检测信号传输系统等，可以实现换流过程。
3.5连接电抗器interfacereactor
连接换流器与交流电网，实现换流器与电网功率交换的电抗器。
3.6连接变压器ConnectTransformer
连接换流器与交流电网，实现换流器与电网功率交换的电压变换的变压器。
3.7触发firing
通过控制脉冲使可控阀或换流臂导通的行为。
3.8闭锁blocking
通过停发可控阀或换流器的控制脉冲阻止其继续开通的操作。
3.9解锁deblocking
通过解除可控阀或换流器的闭锁，允许其开通的操作。
3.10阶跃响应时间stepresponsetime
当输入阶跃控制信号后，阶跃响应时间为STATCOM输出电气量从0目标值开始到首次达到90%目标值结束，见图1。
图1响应时间和镇定时间定义
3.11镇定时间settlingtime
当输入阶跃控制信号后，STATCOM输出电气量达到目标值的±2%范围内所用的时间，见图1。
3.12电压/电流特性（V/I）voltage/currentcharacteristic
STATCOM在连接点处的稳态电流和电压之间的关系曲线。
3.13斜率（SL）slope
在STATCOMV/I特性曲线上，容性和感性的线性可控范围内，电压变化与电流变化标幺值的比值，一般以百分数表示。
3.14运行范围operationrange
在STATCOM与交流系统的连接点处，由STATCOM提供的可控输出无功的最大变化范围。
3.15滞后运行laggingoperation
STATCOM吸收无功，等效于并联电抗器。
3.16超前运行leadingoperation
STATCOM发出无功，等效于并联电容器。
3.17参考电压referencevoltage
STATCOMV/I特性曲线上，输出无功容量为零点电压（即不吸收无功，也不发出无功）。
3.18功率模块电子电路（PME）powermoduleelectronics
在功率模块电位上执行控制、保护、电气量及状态监测功能的电子电路，接受控制系统的控制信号，并向控制系统回报功率模块的信息。
3.19冗余功率模块数redundantpowermodulenumbers
相单元中可以退出运行，而仍能满足规定的相单元型式试验要求及正常运行的功率模块数量。
3.20公共连接点（PCC）pointofcommoncoupling
用户接入公用电网的连接处。
（电压考核点）
3.21电压源换流器（VSC）voltagesourcedconverter
一种电力电子设备，其输入能量为交流电或直流电，输出的电压及其频率为调节对象，其外特征等同于低内阻的电源。
4.控制保护系统架构及配置
4.1控制保护系统架构
控制保护系统主要包括专用交流保护系统、主控制保护系统、阀控制保护系统、水冷控制保护系统、监控系统以及故障录波器等辅助二次系统，主控制保护系统与阀控制保护系统可独立配置也可集成于同一装置。
主控制保护系统与阀控制保护系统独立配置示意图如图2所示。
故障录波器的输入信号要求详见5.3。
图2STATCOM控制保护系统架构框图
4.2控制保护系统配置
4.2.1主控制保护系统采用双系统冗余配置，能够独立地控制STATCOM在恒无功模式、恒电压模式下运行，根据系统需要配置阻尼振荡等功能，具有交流过压保护、交流欠压保护、交流过流保护、过负荷告警、相单元过流保护、过（欠）频保护、断路器失灵保护以及功率模块冗余不足等功能。
4.2.2阀控制保护系统采用双系统冗余配置，负责给各个功率模块下发控制信号，并采集各功率模块的电容电压、功率器件的状态等信息；同时接收主控制系统下发的控制信号和值班信号，并将功率模块信息上送到主控制系统。
具有驱动异常保护、电容电压过欠压保护、电源异常保护、版本保护等功能。
4.2.3水冷控制保护系统采用双系统冗余配置，应保证阀组在运行期间处于允许的温度范围。
水冷控制保护系统应具有独立的监控单元，由专用水冷控制保护系统完成，能实时检测并上传其运行参数、异常状态。
4.2.4监控系统应配置就地和远方监控操作站，实现STATCOM系统的就地和远方操作。
同时应具备和调度进行通讯的功能，满足调度遥控、遥调操作的要求。
在任何时刻仅允许用一种方式进行遥控。
5.控制保护系统技术要求
5.1系统控制功能技术要求
5.1.1一般要求
5.1.1.1控制系统应保证在恒无功控制方式、稳态电压控制方式下，STATCOM功率模块、冷却系统等主要部件协调运行。
5.1.1.2控制系统要具备软件版本管理和CRC校验功能。
5.1.1.3控制系统要具备内置录波功能。
5.1.1.4控制保护系统应预留接入故障录波装置的接口。
5.1.1.5控制系统应具备接受AVC指令功能。
5.1.1.6控制保护系统采用双重化配置，正常情况下其中一套系统值班，当值班系统故障的时候，原备用系统切换为值班系统，切换过程应无扰动。
5.1.2基本控制方式
5.1.2.1恒无功控制方式：
STATCOM运行在给定无功功率状态，在这种运行方式下，STATCOM将以维持输出无功功率恒定为控制目标。
5.1.2.2稳态电压控制方式：
STATCOM运行在维持系统电压状态，在这种运行方式下，STATCOM将以维持连接点电压为控制目标；在稳态控制下，电压不应超过电压上限和下限；无功电流输出的上下限应在规定的最大容性与最大感性无功之间；控制电压值Vref在运行中应保持不变，直到重新设置；控制电压范围可设置，一般为0.9p.u.～1.1p.u.，其V/I特性如图3所示。
图3STATCOM的V/I特性
STATCOM进行电压调整补偿时，其STATCOM的V/I特性斜率的取值范围一般为0.5～10%，较小的斜率可获得较精确的电压稳定效果，较大的斜率影响电压稳定效果，但可减少STATCOM额定容量以及减少STATCOM进入调节容量极限的次数。
对于多个STATCOM运行在同一母线时，可设定适当的斜率优化各STATCOM无功电流输出的分配。
5.1.2.3暂态控制方式：
STATCOM运行在快速无功调节状态，在稳态电压控制方式下或恒无功控制方式下，当系统电压超出预设范围或电压变化率高于设定值时，STATCOM装置进入暂态快速无功调节控制模式。
5.1.3功能要求
5.1.3.1STATCOM控制保护装置应具备过负荷控制功能，与一次设备的过负荷能力匹配。
5.1.3.2STATCOM控制保护装置应具备抑制角内电流非周期分量的功能。
5.1.3.3控制保护系统需具备完善的自检功能，并应根据故障严重程度、障碍类型判断是否闭锁脉冲或跳闸。
5.1.3.4STATCOM控制保护系统应设计闭锁和重启功能。
由于系统原因造成STATCOM闭锁，系统恢复后50ms内应能够重新解锁。
5.1.3.5STATCOM装置优先采用基于载波的调制方式，载波频率可以进行设定，载波频率宜不低于250HZ，串联数较多时，可降低载波频率或采用最近电平逼近等调制策略；
5.1.3.6控制保护系统除正常控制策略外，应具有过电流控制及无功功率储备等辅助策略和完善的防误策略。
5.1.3.7就地控制应靠近STATCOM装置。
在调试和维护期间，仅通过就地控制就能应实现下述操作：
a）按顺序启动、停运；
b）紧急停运；
c）控制保护相关定值修改；
d）报警复归。
5.1.4主要参数和性能
STATCOM的基本特性由稳态电压-电流（V/I）特性所决定，如图3所示。
STATCOM可以提供容性或感性无功功率，并且可以在额定的容性和感性范围内，独立控制其输出电流而不受交流系统电压限制。
STATCOM主要特性由下列参数及性能描述：
5.1.4.1总谐波畸变率（%）
STATCOM并网后的交流侧输出电流最大允许总谐波畸变率，宜满足国家标准，特殊情况由厂商与用户协商决定。
5.1.4.2工作电压范围（p.u.）
STATCOM与系统连接点的电压在一次设备允许电压范围内时，控制保护装置应正常运行，STATCOM与系统连接点允许电压变化范围在0.2～1.15p.u.内装置应正常运行，在工频电压低于0.2p.u.时装置可闭锁但不应退出。
5.1.4.3运行参考电压Vref（p.u.）
STATCOM定电压运行模式时的电压参考值，通常可设置在0.9～1.1p.u.。
5.1.4.4特性斜率（%）
在STATCOM的线性可控范围内，电压变化对电流变化的百分数，一般在0.5%～10%。
5.1.4.5稳态控制精度（%）
稳态时，STATCOM实际输出的无功功率与参考输入之间最大允许偏差，通常不超过额定值的±1%。
5.1.4.6动态响应时间（ms）
电网发生故障并满足STATCOM暂态快速无功补偿控制模式启动条件，从电网故障时刻到STATCOM输出电流达到最大电流的时间。
任意工况下该时间应不大于20ms，且第一次超调量不超过变化量的15%，第二次超调量不超过变化量的5%。
5.1.4.7镇定时间（ms）
当输入阶跃控制信号后，STATCOM输出电气量与目标值的偏差稳定在±2%范围内所用的时间,该时间应低于40ms。
5.1.4.8响应时间（ms）
当输入阶跃控制信号后，STATCOM输出电气量从0目标值开始到首次达到目标值90%所用的时间应低于20ms。
5.1.4.9过负荷能力
稳态电压控制方式或无功控制方式时，其无功输出上下限幅应可整定。
STATCOM能达到的过电流倍数和持续时间。
其相单元、连接电抗器及连接变压器的设计都应能耐受所要求的连续或短时过负荷水平；超出设备过负荷能力时，装置应具备可靠的保护。
当系统电压大于等于0.6p.u.，小于1.15p.u.时，STATCOM最大可输出1.3倍额定电流，时间不低于5s；
当系统电压大于等于0.6p.u.，小于1.15p.u.时，STATCOM可输出1.1倍额定电流，时间不低于2h；
当系统电压大于0.2p.u.小于0.6p.u.时，STATCOM最大可输出1.0倍额定电流，时间不低于30s；
5.1.4.10暂态调节能力
当判为暂态控制方式时，应具备输出不低于1.3倍额定电流且持续时间不低于5s的能力。
5.1.4.11其它功能
对于应用于直流换流站的STATCOM装置，控制系统应具备与直流控制系统的通信接口，以实现交流滤波器投切无功协调配合功能。
5.2保护功能技术要求
STATCOM系统保护应符合STATCOM设备安全可靠运行的要求，满足可靠性、选择性、灵敏性和快速性的要求。
STATCOM装置同时采用专门的监控部件对内部元件运行状态进行实时监测，包括电量参数和非电量参数监测。
专用交流系统保护需要根据现场实际情况进行配置，一般包括母线差动保护、变压器保护、失灵保护（可集成在STATCOM控制保护）。
专用交流保护系统、主控制保护系统、阀控制保护系统的保护范围如图4所示。
交流过、欠频保护可采用高压母线电压。
图4STATCOM保护配置示意图
5.2.1一般要求
5.2.1.1保护定值应能从装置面板或监控后台输入。
5.2.1.2保护装置应设置必要的硬压板。
5.2.1.3对于双重冗余的保护系统，两套保护系统及每套系统内的两个保护元件完全独立，即测量回路、装置元件完全独立，单一元件故障不应造成误出口。
5.2.1.4正常运行时两套保护系统均能动作出口。
5.2.1.5保护要具备软件版本管理和CRC校验功能。
5.2.1.6保护要具备内置录波功能。
5.2.1.7单套控制保护系统故障时应保证STATCOM正常运行，两套控制保护系统同时故障时STATCOM应跳闸停运。
5.2.2装置级保护技术要求
保护装置应配置如下功能，详细定值清单见附录A。
5.2.2.1过负荷保护
过负荷保护延时动作于信号。
5.2.2.2角外过电流保护
装置应配置一段角外速断过电流保护。
5.2.2.3角内过电流保护
装置应配置三段角内过电流保护，每段过电流保护定值及延时可分别整定，I段为过流速断跳闸，II段为暂时闭锁或降功率段，III段为延时跳闸段。
5.2.2.4交流侧过电压保护
装置应配置两段交流侧过压保护，每段过压保护定值及延时可分别整定。
I段为高定值段，达到过压保护高定值时，装置跳闸；II段为低定值段，当交流侧电压达到过压保护低定值时，进入暂时闭锁状态。
5.2.2.5交流侧低电压保护
当交流侧电压低于低压保护定值时，进入暂时闭锁状态。
5.2.2.6PT断线保护
当交流侧电压发生PT断线时，先切换控制系统，切换后PT断线未恢复，输出零无功或进入暂时闭锁状态。
5.2.2.7交流侧过频保护
当交流侧电压频率超过过频保护定值时，装置跳闸。
5.2.2.8交流侧欠频保护
当交流侧电压频率低于欠频保护定值时，装置跳闸。
5.2.2.9功率模块冗余不足保护
当功率模块发生通信故障、功率器件损坏、电源故障、电容电压过高、电容电压过低、温度过高等故障时，应闭合该功率模块的旁路开关使其退出运行。
当同一相单元内退出运行的功率模块数超过冗余个数时，装置应跳闸。
5.2.2.10冷却系统保护
收到冷却系统的跳闸信号，装置应跳闸。
5.2.2.11CT断线保护
STATCOM控制保护系统应对CT断线故障进行检测，当确认CT断线后，应发出报警信号。
5.2.2.12功率模块旁路开关拒动保护
单个功率模块故障退出时应闭合旁路开关，如发生旁路开关拒动，保护装置应跳闸，防止故障扩大。
5.2.2.13断路器失灵保护
控制保护系统需配置断路器失灵保护功能，I段带电流判据，II段不带电流判据。
断路器失灵保护每段设置两时限，一时限重新发出断路器跳闸指令，二时限发出故障信号跳相邻断路器。
5.2.3控制系统保护
STATCOM控制系统应具备自诊断功能，应对下列故障及异常运行发出告警或跳闸信号：
a）控制电源失电；
b）同步信号消失；
c）通信保护；
d）控制器保护。
5.2.4水冷系统的保护
水冷系统的设计应保证阀组在运行期间处于允许的温度范围。
水冷系统应配置循环冷却水温度、循环冷却水压力、循环冷却水流量、水箱水位等保护功能。
水冷系统保护动作于告警或退出STATCOM装置，以保证主设备安全。
5.3故障录波功能技术要求
5.3.1一般要求
5.3.1.1故障录波装置单独组屏。
5.3.1.2故障录波装置接入两套控制保护的双套测量模拟量和开关量。
5.3.1.3录波文件格式应采用COMTRADE99格式。
5.3.2性能要求
5.3.2.1故障录波装置预录波时间大于1s，能确保记录故障全过程。
5.3.2.2故障录波装置所能记录模拟量要求：
连接变压器高压侧和低压侧三相电压和电流，STATCOM三相交流电压和电流。
5.3.2.3STATCOM控制保护装置应能记录模块电容电压最高值、模块电容电压最低值、模块电容电压平均值，全部模块的电容电压量（装置控制柜内部录波或独立录波装置）、STATCOM控制目标指令（目标无功值、目标电压值）、同步采样信号、有功/无功电流指令以及反馈量、三相调制波。
5.3.2.4所记录的开关量包括STATCOM进线断路器、隔离开关、控制器发出的故障录波启动信号、STATCOM状态等。
5.3.2.5录波采样频率应不低于控制保护的采样频率，事件记录信息达到1ms分辨率水平。
5.3.2.6其他性能要求遵照DL/T553技术准则。
5.4监控系统技术要求
5.4.1一般要求
5.4.1.1装置监控主画面需显示整个STATCOM系统的概况，包括一次接线示意、断路器和手车位置、系统模拟量、运行状态、控制模式和定值，并且可从此画面进行起机和停机操作。
5.4.1.2应对STATCOM装置一次、二次设备实时检测参数、实时数据进行显示和记录。
5.4.1.3显示系统模拟图、趋势图、运行状态。
5.4.1.4应具备电气量计算、自动调节、监视、保护、通信、启动/停运STATCOM的顺序控制、文件记录等功能。
5.4.1.5应具备事件记录、参数以及运行数据存储功能。
5.4.1.6应具备水冷系统备用装置异常的监视和告警功能。
5.4.1.7操作员的界面分为不同级别，并各有专用口令，对操作软硬件的访问按级别进行，并记录。
5.4.1.8应设置紧急操作功能，在现场和系统发生紧急事件而自动装置没有立即动作的情况，操作人员能够干预。
5.4.1.9预留接入录波装置的接口。
5.4.1.10应附带主接线图的绘制工具，在主接线变更的情况下可在现场修改主接线图。
5.4.1.11STATCOM应采用标准的远动通信规约与SCADA系统通信。
5.4.2主要监视功能
重要的监视功能包括但不限于：
a）启动和停机的过程；
b）STATCOM运行、故障、停机指示；
c）STATCOM总的无功功率和三相线电流；
d）换流链和连接电抗器的三相相电流；
e）并网点电压、功率因数、有功、无功；
f）参考电压、斜率等整定值；
g）各功率模块状态、电压；
h）系统的功率因素；
i）变压器高压侧电压；
j）变压器低压侧电压；
k）水冷系统状态和报警信息。
5.4.3状态显示
重要的运行状态应包括但不限于：
a）开机状态；
b）停机状态；
c）故障状态；
d）断路器、隔离刀闸、接地刀闸的状态；
e）功率单元（阀组）的电压和状态信息；
f）运行、告警、脉冲闭锁、通讯正常/异常、无功模式和电压模式；
g）水冷系统运行状态。
5.4.4告警
5.4.4.1应具备自诊断功能，当达到或超过设计临界值或限制值时的显示告警，应对下列故障及异常运行发出告警或跳闸信号：
a）控制保护系统故障；
b）换流器故障；
c）冷却系统故障；
d）保护动作；
e）供电电源异常。
5.4.4.2告警内容应包括：
设备状态异常、故障、测量值越限等。
5.4.4.3应具备事故告警和预告告警功能；
a）事故告警应包括非正常操作引起的断路器跳闸和保护动作信号；
b）预告告警应包括设备变位、状态异常信息、模拟量越限、工况投退等。
5.4.4.4告警发生时应能推出告警条文和画面，对事故告警应伴以声、光等提示。
5.4.4.5应提供历史告警信息检索查询功能。
5.4.5事件顺序记录显示
5.4.5.1监视并显示内部和外部的事件。
事件信息应存储，并在访问时可随时取出。
5.4.5.2设备的重要状态变化应列为事件顺序记录，主要包括：
断路器、隔离开关的动作信号和故障信号。
5.4.5.3事件顺序记录的时标为事件发生时刻装置本身的时标。
5.4.6监控系统性能指标要求如下：
a）事件顺序记录分辨率≤1ms；
b）遥测信息传送时间（从I/O输入端至通信装置出口）≤3s；
c）遥信变化传送时间（从I/O输入端至通信装置出口）≤2s；
d）监控系统画面调用响应时间≤2s；
e）监控系统画面实时数据刷新周期≤3s。
5.4.7其他功能
包括用户配置、运行日志、历史曲线、报表及打印功能等。
6.二次回路
6.1基本要求
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