CN100492800C - 换流阀组的短路故障保护方法 - Google Patents

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Abstract

换流阀组的短路故障保护方法，采用以下表达式判断换流阀组短路故障，即短路故障判断元件是：|IVY|-IDP＞Ivss+k*|IVY||IVD|-IDP＞Ivss+k*|IVD| (2)；|IVY|-IDNC＞Ivss+k*|IVY||IVD|-IDNC＞Ivss+k*|IVD| (3)。这里，|IVY|、|IVD|为等效直流电流；Ivss、k为定值；IDP指极母线阀侧直流电流，IDNC指中性母线阀侧直流电流，如果发生换流阀组短路故障，(2)或(3)满足。本发明通过选取合适的动作方程，保证可以检测出各种形式的阀组短路故障，保证保护的可靠性与安全性；避免了在测量出现问题时保护的误动。

Description

换流阀组的短路故障保护方法
一、技术领域
本发明涉及高压直流输电系统中换流阀组的故障判断的新方法，尤其是利用换流阀的交流侧电流和直流测电流来判断阀组故障的继电保护的方法和装置。
二、背景技术
高压直流输电由于其特有的优点，比如：长距离、大功率、异步联网、功率快速调节性、潮流可控性、输电经济性等，越来越广泛的得到应用。高压直流输电系统的核心是高压直流输电控制保护系统，它包括控制系统和保护系统。
换流阀组是高压直流输电系统中关键、复杂且昂贵的组件。其中，阀臂短路故障是换流阀组的常见故障。阀臂短路故障得到快速且可靠的保护，是高压直流输电保护系统最基本的功能。
阀臂短路故障，相当于换流变阀侧(二次侧)的两相或三相短路故障(顺序的触发脉冲使健康阀导通，它与短路阀构成短路回路)。阀臂短路故障发生时，流过健康阀的短路电流非常大(7至8倍额定电流)。所以，要求直流保护系统快速动作，不允许出现超过2次短路电流，也就是40ms以内完成闭锁(极限指标)，通常20ms以内完成闭锁。
目前现有的换流阀组短路故障判断方法，在原理上只能判断部分短路故障，存在测量信号出错导致误动的问题，以及交流系统故障时由于CT的饱和或三相特性不一致造成误动的问题。
现有的换流阀组短路故障判断方法可描述如下：
描述时所采用的符号的含义见图：图1量值的含义说明
图1中IVY指阀侧Y接绕组的电流，IVD指阀侧Δ接绕组的电流；IDP指极母线阀侧直流电流，IDNC指中性母线阀侧直流电流。UAC指交流母线的电压(换流变网侧)。
IVY，IVD在实际系统中为交变量(有三相)，在计算中需要将其等效为直流电流，等效方法如下：
|IVY|＝max(abs(IVY_L1)，abs(IVY_L2)，abs(IVY_L1))，或者
|IVY|＝0.5*(abs(IVY_L1)+abs(IVY_L2)+abs(IVY_L1))
|IVD|＝max(abs(IVD_L1-IVD_L2)，abs(IVD_L2-IVD_L3)，abs(IVD_L3-IVD_L1))，或者
|IVD|＝0.5*(abs(IVD_L1-IVD_L2)+abs(IVD_L2-IVD_L3)+abs(IVD_L3-IVD_L1))
Lx---指a，b，c相，x＝1，2，3。abs表示绝对值。
现有的换流阀组短路故障保护有以下两种：
第1种：
|IVY|-min(IDP，IDNC)>定值
|IVD|-min(IDP，IDNC)>定值
即，当阀侧绕组电流与直流阀侧电流最小值的差值大于定值时，保护动作。
当然，也可以带有制动特性，如：
|IVY|-min(IDP，IDNC)>定值1+定值2*|IVY|
|IVD|-min(IDP，IDNC)>定值1+定值2*|IVD|
第2种：
IV＝max(|IVY|，|IVD|)
ID＝max(IDP，IDNC)
IV-ID>定值1+定值2*ID
即，当阀侧绕组电流最大值与直流阀侧电流最大值的差值大于定值时，保护动作。
现有的换流阀组短路故障保护在高压直流输电系统应用时碰到的问题有：
1.第1种方法能够检测到所有形式的阀短路故障，但会在测量出现问题，如测量信号消失时造成保护误动。
2.第2种方法检测不到由于阀组内部接地造成的巨大电流流过健康阀(类似于阀短路故障)的接地故障；
3.两种方法均会由于电流互感器CT的饱和或三相CT的特性不一致造成计算出错误的|IVD|，从而造成保护的误动。
三、发明内容
本发明的目的是：提供一种新型的换流阀组短路故障的保护方法。能够反应各种形式的阀组短路故障；引入了测量元件故障判据，避免了在测量出现问题时保护误动；排除或避免由于CT(电流互感器)的饱和或三相CT的特性不一致造成计算出错误的|IVD|，从而造成保护误动。
本发明的技术方案是：换流阀组的短路故障保护方法，有以下几个部分共同构成：
1、短路故障判断元件
采用以下表达式判断换流阀组短路故障：
|IVY|＝max(abs(IVY_L1)，abs(IVY_L2)，abs(IVY_L1))，或者
|IVY|＝0.5*(abs(IVY_L1)+abs(IVY_L2)+abs(IVY_L1))
|IVD|＝max(abs(IVD_L1-IVD_L2)，abs(IVD_L2-IVD_L3)，abs(IVD_L3-IVD_L1))，或者
|IVD|＝0.5*(abs(IVD_L1-IVD_L2)+abs(IVD_L2-IVD_L3)+abs(IVD_L3-IVD_L1))
                                                                 (1)
这里，Lx---指a，b，c相，x＝1，2，3。abs表示绝对值。
|IVY|-IDP>Ivss+k*|IVY|
|IVD|-IDP>Ivss+k*|IVD|                                         (2)
|IVY|-IDNC>Ivss+k*|IVY|
|IVD|-IDNC>Ivss+k*|IVD|                                        (3)
这里，Ivss、k为定值。
(2)、(3)式各有两段延时，动作时间分别为T1，T2，一般T1≤T2；T1，T2常规应小于5ms。两段的定值也可以不同。具体见3中的说明。
如果发生换流阀组短路故障，(2)或(3)表达式必然会满足。
(2)、(3)式在逻辑图中称为短路故障判别元件。
2、测量故障判断元件
采用以下表达式结合(2)、(3)表达式判断是否为测量故障：
|IVY|-IDL>(Ivss+k*|IVY|)*k1
|IVD|-IDL>(Ivss+k*|IVD|)*k1                                   (4)
|IVY|-IDNE>(Ivss+k*|IVY|)*k1
|IVD|-IDNE>(Ivss+k*|IVD|)*k1                                  (5)
这里，k1为略小于1的系数；如果发生换流阀组短路故障，(4)或(5)式也必然会满足。
根据(2)、(3)、(4)、(5)表达式，可以做出如下的判断：
(2)、(4)如果都满足，可以确认测量IDP或IDL没有故障，(3)、(5)同理；
(2)、(4)如果只满足一个，可以确认测量IDP或IDL有故障，(3)、(5)同理；
(2)、(4)如果都不满足，可以确认不存在本原理可以判断出的故障，(3)、(5)同理；
综上所述，换流阀组短路故障保护动作的必要条件是(2)、(4)都满足，或(3)、(5)都满足。
(4)、(5)式在逻辑图中称为测量故障判别元件。
3、电流互感器饱和与特性不一致判别元件
综合1、2的判断，还无法排除由于CT的饱和或三相CT的特性不一致造成计算出错误|IVD|造成保护误动。因此，引入交流电压判据：
|Uac_Lx|<Uac_set                            (6)
式中，Lx---指a，b，c相。
(6)式满足后延时闭锁换流阀组短路故障保护，避免由于交流系统故障，引起CT饱和或三相CT的特性不一致造成计算出错误|IVD|，从而引起保护误动。
(2)、(3)式中延时为T2的一段，不采用电压闭锁，动作时间稍长，作为后备换流阀组短路故障保护。
低电压闭锁故障元件闭锁的延时，以可靠防止CT的饱和或三相CT的特性不一致造成保护误动为依据；也就是，故障开始阶段CT特性良好时，开放保护。兼顾换流阀组短路故障保护动作时间。常规5ms。
(6)式在逻辑图中称为低电压闭锁元件。
本发明的特点：
Figure C200610085617D0004104808QIETU
本发明通过选取合适的动作方程，保证可以检测出各种形式的阀组短路故障，并且保证保护的可靠性与安全性；
Figure C200610085617D0004104808QIETU
本发明引入了测量元件故障判据，避免了在测量出现问题时保护的误动。
Figure C200610085617D0004104808QIETU
本发明首次将交流电压引入对换流阀组短路故障的判断，解决由于CT的饱和或三相CT的特性不一致造成计算出错误|IVD|，从而引起保护误动；
四、附图说明
图1为本发明计算所使用量值的含义说明
图2为本发明新型换流阀组短路故障保护的逻辑框图
五、具体实施方式
读取阀侧绕组电流采样值(瞬时值)，利用(1)式将阀侧绕组电流折算为直流电流；读取交流母线电压采样值，计算交流电压各相的幅值，与低电压定值(常规0.7标幺)比较得到低电压闭锁元件((6)式)。
计算(2)、(3)、(4)、(5)式，利用计算结果进行图2的逻辑判断。
定值选择参考：Ivss约为0.5±0.1倍直流额定电流，k约为0.2，k1约为0.97，Uac_set约为0.7±0.1倍交流网侧额定电压；时间定值T1约为0.5±0.1ms，T2约为4±0.5ms。

Claims (1)

1、换流阀组的短路故障保护方法，其特征是采用以下表达式判断换流阀组短路故障，即短路故障判断元件是：
|IVY|-IDP>Ivss+k*|IVY|
|IVD|-IDP>Ivss+k*|IVD|               条件二
|IVY|-IDNC>Ivss+k*|IVY|
|IVD|-IDNC>Ivss+k*|IVD|              条件三
这里，|IVY|、|IVD|为等效直流电流；Ivss、k为定值；IDP指极母线阀侧直流电流，IDNC指中性母线阀侧直流电流；如果发生换流阀组短路故障，条件二或条件三满足；
测量故障判断元件采用以下表达式结合条件二、条件三判断是否为测量故障：
|IVY|-IDL>(Ivss+k*|IVY|)*k1
|IVD|-IDL>(Ivss+k*|IVD|)*k1          条件四
|IVY|-IDNE>(Ivss+k*|IVY|)*k1
|IVD|-IDNE>(Ivss+k*|IVD|)*k1          条件五
这里，k1为小于1的系数；如果发生换流阀组短路故障，条件四或条件五也必然会满足；
根据条件二、条件三、条件四、条件五表达式，做出如下的判断：
条件二、条件四如果都满足，确认测量IDP或IDL没有故障；条件三、条件五如果都满足，确认测量IDP或IDL没有故障；
条件二、条件四如果只满足一个，确认测量IDP或IDL有故障；条件三、条件五如果只满足一个，确认测量IDP或IDL有故障；
条件二、条件四如果都不满足，确认不存在本原理判断出的故障；条件三、条件五如果都不满足，确认不存在本原理判断出的故障；
换流阀组短路故障保护动作的必要条件是条件二、条件四都满足，或条件三、条件五都满足；
电流互感器饱和与特性不一致判别元件的方法是，引入交流电压判据，得到低电压闭锁元件：
|Uac_Lx|<Uac_set                        条件六
条件六满足后延时闭锁换流阀组短路故障保护；
条件六中，Uac_Lx指交流母线的电压，Lx---指a，b，c相；Uac_set为电压定值。
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