本发明涉及超导电缆技术领域，特别涉及用于超导电缆备用电源线路的自动切换装置及其运行方法。
背景技术：
超导电缆目前在电力系统中应用较少，缺少运行经验，且运行的可靠性还有待验证，为了保证超导电缆发生故障被切除后不影响对用户的供电，需要做好备用电源自动投入措施。
目前电力系统采用备用电源自动投入装置(备自投)实现在主供电源线路失去时由备用电源自动投入快速恢复供电，其工作原理是：当备自投装置检测到主供电源无电(无电压)，而备用电源有电(有电压)，则立即自动跳开主供电源断路器，当检测到主供电源断路器确实跳开后，再迅速自动将备用电源断路器投入工作。
超导电缆故障一般分为两种：当超导电缆发生严重故障(如超导电缆液氮管道入口压力、出口温度异常、液氮管道泄漏等严重故障)时，超导电缆应立即停止运行，当超导电缆发生轻微故障(如液氮泵故障、制冷系统失效等不严重故障)时可以短时间运行，而不必立即停止运行，以上两种故障均应切除并检修超导电缆，并自动投入备用电源线路。
由于超导电缆的故障特点、检测判别方法与常规线路不同，例如在超导电缆发生轻微故障时，其主供电源线路电压正常，常规的备用电源自动投入装置无法适应。
因此，如何使备用电源自动投入装置能够应用于超导电缆供电系统成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供用于超导电缆备用电源线路的自动切换装置及其运行方法，实现的目的是使备用电源自动投入装置能够应用于超导电缆供电系统，在超导电缆发生严重故障而切除的情况下，自动投入备用电源，而在超导电缆发生轻微故障情况下可以不停电自动快速投入备用电源线路后再切除超导电缆，不影响对用户的供电，避免人工分、合闸带来的效率低下和操作不便的缺点。
为实现上述目的，本发明公开了用于超导电缆备用电源线路的自动切换装置，包括超导电缆线路和备用线路；所述超导电缆线路与负荷侧变电站母线之间设有第二断路器，且所述第二断路器与第二线路保护连接，由所述第二线路保护控制开合；所述备用线路与负荷侧变电站母线之间设有第四断路器，且所述第四断路器与第四线路保护连接，由所述第四线路保护控制开合；所述负荷侧变电站设有超导电缆本体保护、备用电源自动切换装置。
其中，所述第二线路保护、第四线路保护、超导电缆本体保护、备用电源自动切换装置共同构成超导电缆备用电源线路的自动切换系统。
所述超导电缆本体保护通过电气量和非电气量判别所述超导电缆的故障的严重程度，当所述超导电缆发生严重故障时向所述第二线路保护输出跳闸信号，当所述超导电缆发生轻微故障时向所述备用电源自动切换装置发出告警信号；
所述备用电源自动切换装置通过外部输入的电压采样值和开关量来判断是否应自动投入或切换至备用线路，并通过开关量输出备用电源投入、切换等分合闸命令。
优选的，所述超导电缆线路与电源侧变电站母线之间设有第一断路器；所述备用线路与所述电源侧变电站母线之间设有第三断路器；
在正常运行时，所述第一断路器和所述第二断路器均为闭合状态；所述第三断路器为闭合状态，所述第四断路器为分闸状态；
所述负荷变电站侧母线和所述备用线路上均分别设有三相压变；
所述第一断路器和所述第三断路器分别与第一线路保护和第三线路保护连接；所述第一线路保护控制所述第一断路器的开合，所述第三线路保护控制所述第三断路器的开合；
所述第一线路保护和所述第二线路保护之间，以及所述第三线路保护和所述第四线路保护之间均通过专用光纤通道连接，实现通讯。
更优选的，所述第一线路保护、所述第二线路保护、所述第三线路保护和所述第四线路保护均为微机型分相电流差动保护装置，含完整的后备保护模块、测控模块及操作箱模块；
每一所述微机型分相电流差动保护装置均用于相应的所述超导电缆线路或者相应的所述备用线路的主保护和后备保护。
更优选的，所述电气量包括电流值和/或电压值；所述非电气量包括液氮温度、管道压力值和/或制冷系统和循环系统故障等告警信息；
所述电压采样值是指通过数据采集系统输入的所述负荷侧变电站母线和所述备用线路的三相交流电压值；
所述开关量输入是指通过开关量输入/输出系统输入的所述超导电缆本体保护告警信号、所述第二断路器和所述第四断路器的跳闸位置等信号。
所述输出命令是指通过开关量输入/输出系统输出的所述备用电源自动投入、切换等分合闸命令。
本发明还提供用于超导电缆备用电源线路的自动切换装置的运行方法，所述备用电源自动切换装置运行逻辑如下：
当所述超导电缆线路发生短路故障时，超导电缆两侧线路保护装置根据预置算法逻辑及时判断线路故障并跳开两侧断路器；
当所述超导电缆线路发生短路故障或严重的非电气量故障时，所述超导电缆本体保护发送跳闸信号给所述第二线路保护；所述第二线路保护跳开所述第二断路器,同时通过专用光纤通道向所述第一线路保护发出跳闸命令跳开所述第一断路器；
当所述备用电源自动切换装置通过外部输入的所述电压采样值检测到所述负荷侧变电站母线的三相交流电压失去且所述备用线路的三相交流电压正常时，发跳闸命令至所述第二线路保护跳开所述第二断路器；
当所述备用电源自动切换装置通过开关量输入检测到所述第二断路器确实跳开时，发合闸命令至所述第四线路保护合上所述第四断路器；
当所述超导电缆线路发生不必立即跳闸的一般故障如液氮泵故障、制冷系统失效等轻微故障时，在能够继续运行1至30分钟的情况下，则所述超导电缆本体保护发送告警信号至所述备用电源自动切换装置；
所述备用电源自动切换装置通过外部输入的电压采样值检测到备用线路的三相交流电压正常，通过开关量输入检测到所述第四断路器确实断开时，发合闸命令至所述第四线路保护合上所述第四断路器；
当检测到所述第四断路器确实合上后，再发跳闸命令给所述第二线路保护跳开所述第二断路器，同时向所述第一线路保护发出跳闸命令跳开所述第一断路器。
本发明的有益效果：
本发明的应用使超导电缆在严重故障下切除后能确保自动快速投入备用电源线路并恢复供电，在轻微故障情况下可以不停电自动快速投入备用电源线路后再切除超导电缆，不影响对用户的供电，避免人工分、合闸带来的效率低下和操作不便的缺点。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1示出本发明一实施例的配置图。
图2示出本发明一实施例的运行逻辑图。
具体实施方式
实施例
如图1所示，用于超导电缆备用电源线路的自动切换装置，包括超导电缆线路和备用线路；超导电缆线路与负荷侧变电站母线之间设有第二断路器dl21，且第二断路器dl21与第二线路保护21连接，由第二线路保护21控制开合；备用线路与负荷侧变电站母线之间设有第四断路器dl22，且第四断路器dl22与第四线路保护22连接，由第四线路保护22控制开合；负荷侧变电站设有超导电缆本体保护、备用电源自动切换装置。
其中，第二线路保护、第四线路保护、超导电缆本体保护、备用电源自动切换装置共同构成超导电缆备用电源线路的自动切换系统。
超导电缆本体保护通过电气量和非电气量判别超导电缆故障的严重程度，当超导电缆发生严重故障时向第二线路保护21输出跳闸信号，当超导电缆发生轻微故障时向备用电源自动切换装置发出告警信号；
备用电源自动切换装置通过外部输入的电压采样值和开关量来判断是否应自动投入或切换至备用线路，并通过开关量输出备用电源投入、切换等分合闸命令。
备用电源自动切换装置遵循《备用电源自动投入装置技术条件》(中华人民共和国电力行业标准dl/t526),可采用目前电力行业常用的备用电源自动投入装置，如南京南瑞继保工程技术有限公司的pcs-9651db-d、许继电气股份有限公司wbt-822c和北京四方继保工程技术有限公司csd-246等。
本发明的原理如下：
超导电缆发生比较严重的故障时，如超导电缆本体短路故障、超导电缆入口液氮压力低于下限、超导电缆入口液氮温度高于上限、液氮管道泄漏等故障时，由超导电缆本体保护或系统继电保护动作跳开超导电缆隔离故障，再由备用电源自动切换装置合上备用电源线路，此种情况需要停电2s至3s；当超导电缆发生不必立即跳闸的一般故障如液氮泵故障、制冷系统失效等轻微故障时，由超导本体保护发告警信号给备用电源自动切换装置，备用电源自动切换装置发合闸命令合上备用电源线路，当备用电源自动切换装置检测到备用电源线路确实合上后，再发跳闸命令切除超导电缆，此种情况可实现不停电切换至备用线路，从而保证了供电的不间断。
在某些实施例中，超导电缆线路与电源侧变电站母线之间设有第一断路器dl11；备用线路与电源侧变电站母线之间设有第三断路器dl12；
在正常运行时，第一断路器dl11和第二断路器dl21均为闭合状态，负荷侧变电站母线通过超导电缆线路与电源侧变电站母线连通，实现供电；第三断路器dl12为闭合状态，第四断路器dl22为分闸状态，形成备用线路的热备用；
负荷侧变电站母线和备用线路上均分别设有三相压变pt21和pt22，以测量相应母线和线路的电压；
第一断路器dl11和第三断路器dl12分别与第一线路保护11和第三线路保护12连接；第一线路保护11控制第一断路器dl11的开合，第三线路保护12控制第三断路器dl12的开合；
第一线路保护11和第二线路保护21之间，以及第三线路保护12和第四线路保护22之间均通过专用光纤通道连接，实现通讯。
在某些实施例中，第一线路保护11、第二线路保护21、第三线路保护12和第四线路保护22均为微机型分相电流差动保护装置，含完整的后备保护模块、测控模块及操作箱模块；
每一微机型分相电流差动保护装置均用于相应的超导电缆线路或者相应的备用线路的主保护和后备保护，能够完成相应的第一断路器dl11、第二断路器dl21、第三断路器dl12和第四断路器dl22的分、合闸操作功能。
在某些实施例中，电气量包括电流值和/或电压值；非电气量包括液氮温度、管道压力值和/或制冷系统和循环系统故障告警信息；
电压采样值是指通过数据采集系统输入的负荷侧变电站母线和备用线路的三相交流电压值；
开关量输入是指通过开关量输入/输出系统输入的超导电缆本体保护告警接点、第二断路器dl21和第四断路器dl22的跳闸位置等信号。
输出命令是指通过开关量输入/输出系统输出的备用电源自动投入、切换等分合闸命令。
如图2所示，本发明还提供用于超导电缆备用电源线路的自动切换装置的运行方法，备用电源自动切换装置运行逻辑如下：
当超导电缆线路发生短路故障时，超导电缆两侧线路保护装置根据预置算法逻辑及时判断线路故障并跳开两侧断路器；
当超导电缆线路发生短路故障或严重的非电气量故障(如超导电缆本体短路故障、超导电缆入口液氮压力低于下限、超导电缆入口液氮温度高于上限、液氮管道泄漏)时，超导电缆本体保护发送跳闸信号给第二线路保护21；第二线路保护21跳开第二断路器dl21,同时通过专用光纤通道向第一线路保护11发出跳闸命令跳开第一断路器dl11；
当备用电源自动切换装置通过外部输入的电压采样值检测到超导电缆线路的三相交流电压失去且备用线路的三相交流电压正常时，发跳闸命令至第二线路保护21跳开第二断路器dl21；
当备用电源自动切换装置通过开关量输入检测到第二断路器dl21确实跳开时，发合闸命令至第四线路保护22合上备第四断路器dl22，从而快速恢复对负荷侧的供电，上述运行过程中备用电源自动切换装置的原理及逻辑与常规备用电源自动投入装置基本相同；
当超导电缆线路发生不必立即跳闸的轻微故障如液氮泵故障、制冷系统失效等轻微故障时，在能够继续运行1至30分钟的情况下，则超导电缆本体保护发送告警信号至备用电源自动切换装置；
备用电源自动切换装置通过外部输入的电压采样值检测到备用线路的三相交流电压正常，通过开关量输入检测到第四断路器dl22确实断开时，发合闸命令合至第四线路保护22合上备第四断路器dl22；
当检测到第四断路器dl22确实合上后，再发跳闸命令给第二线路保护21跳开第二断路器dl21，同时向第一线路保护11发出跳闸命令跳开第一断路器dl11，从而实现将负荷侧的供电不停电地切换至备用线路，并切除超导电缆，以避免超导电缆故障发生进一步的蔓延和恶化。
图2中udz1、udz2分别为失压和有压的整定值，t11、t21、t31、t41为延时启动时间整定值，t12、t22、t32、t42为延时返回时间整定值，所有整定值均为可根据用户需求予以整定。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
1.用于超导电缆备用电源线路的自动切换装置，包括超导电缆线路和备用线路；所述超导电缆线路与负荷侧变电站母线之间设有第二断路器(dl21)，且所述第二断路器(dl21)与第二线路保护(21)连接，由所述第二线路保护(21)控制开合；所述备用线路与负荷侧变电站母线之间设有第四断路器(dl22)，且所述第四断路器(dl22)与第四线路保护(22)连接，由所述第四线路保护(22)控制开合；所述负荷侧变电站设有超导电缆本体保护、备用电源自动切换装置；其特征在于：所述第二线路保护(21)、第四线路保护(22)、超导电缆本体保护、备用电源自动切换装置共同构成超导电缆备用电源线路的自动切换系统；
所述超导电缆本体保护通过电气量和非电气量判别所述超导电缆线路的故障的严重程度，当所述超导电缆发生严重故障时向所述第二线路保护(21)输出跳闸信号，当所述超导电缆发生轻微故障时向所述备用电源自动切换装置发出告警信号；
所述备用电源自动切换装置通过外部输入的电压采样值和开关量来判断是否应自动投入或切换至备用线路，并通过开关量输出备用电源投入、切换分合闸命令。
2.根据权利要求1所述的用于超导电缆备用电源自动切换装置，其特征在于，所述超导电缆线路与电源侧变电站母线之间设有第一断路器(dl11)；所述备用线路与所述电源侧变电站母线之间设有第三断路器(dl12)；
在正常运行时，所述第一断路器(dl11)和所述第二断路器(dl21)均为闭合状态；所述第三断路器(dl12)为闭合状态，所述第四断路器(dl22)为分闸状态；
所述负荷侧变电站母线和所述备用线路上均分别设有母线三相压变(pt21)和三相线路压变(pt22)；
所述第一断路器(dl11)和所述第三断路器(dl12)分别与第一线路保护(11)和第三线路保护(12)连接；所述第一线路保护(11)控制所述第一断路器(dl11)的开合，所述第三线路保护(12)控制所述第三断路器(dl12)的开合；
所述第一线路保护(11)和所述第二线路保护(21)之间，以及所述第三线路保护(12)和所述第四线路保护(22)之间均通过专用光纤通道连接，实现通讯。
3.根据权利要求2所述的用于超导电缆备用电源自动切换装置，其特征在于，所述第一线路保护(11)、所述第二线路保护(21)、所述第三线路保护(12)和所述第四线路保护(22)均为微机型分相电流差动保护装置，含完整的后备保护模块、测控模块及操作箱模块；
每一所述微机型分相电流差动保护装置均用于相应的所述超导电缆线路或者相应的所述备用线路的主保护和后备保护。
4.根据权利要求3所述的用于超导电缆备用电源线路的自动切换装置，其特征在于，所述电气量包括电流值和/或电压值；所述非电气量包括液氮温度、管道压力值和/或制冷系统和循环系统故障告警信息；
所述电压采样值是指通过数据采集系统输入的所述超导电缆线路和所述备用线路的三相交流电压值；
所述开关量输入是指通过开关量输入/输出系统输入的所述超导本体保护故障告警接点、所述第二断路器(dl21)和所述第四断路器(dl22)的跳闸位置等信号；
所述输出命令是指通过开关量输入/输出系统输出的所述备用电源自动投入、切换分合闸命令。
5.根据权利要求3所述的用于超导电缆备用电源线路的自动切换装置的运行方法，其特征在于，所述备用电源自动切换装置运行逻辑如下：
当所述超导电缆线路发生短路故障时，超导电缆两侧线路保护装置根据预置算法逻辑及时判断线路故障并跳开两侧断路器；
当所述超导电缆线路发生短路故障或严重的非电气量故障(如超导电缆本体短路故障、超导电缆入口液氮压力低于下限、超导电缆入口液氮温度高于上限、液氮管道泄漏)时，所述超导电缆本体保护发送跳闸信号给所述第二线路保护(21)；所述第二线路保护(21)跳开所述第二断路器(dl21),同时通过专用光纤通道向所述第一线路保护(11)发出跳闸命令跳开所述第一断路器(dl11)；
当所述备用电源自动切换装置通过外部输入的所述电压采样值检测到所述负荷侧母线的三相交流电压失去且所述备用线路的三相交流电压正常时，发跳闸命令至所述第二线路保护(21)跳开所述第二断路器(dl21)；
当所述备用电源自动切换装置通过开关量输入检测到所述第二断路器(dl21)确实跳开时，发合闸命令至所述第四线路保护(22)合上备所述第四断路器(dl22)；
当所述超导电缆线路发生不必立即跳闸的轻微故障如液氮泵故障、制冷系统失效轻微故障时，在能够继续运行1至30分钟的情况下，则所述超导电缆本体保护发送告警信号至所述备用电源自动切换装置；
所述备用电源自动切换装置通过外部输入的电压采样值检测到备用线路的三相交流电压正常，通过开关量输入检测到所述第四断路器(dl22)确实断开时，发合闸命令至所述第四线路保护(22)合上所述第四断路器(dl22)；
当检测到所述第四断路器(dl22)确实合上后，再发跳闸命令给所述第二线路保护(21)跳开所述第二断路器(dl21)，同时向所述第一线路保护(11)发出跳闸命令跳开所述第一断路器(dl11)。
技术总结