CN101127439A - 高压直流输电系统50Hz和100Hz保护整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高压直流输电系统50Hz和100Hz保护整定方法。50Hz保护整定方法包括有如下过程：1)50Hz保护输入量或100Hz保护输入量经过低通滤波器(1)滤波后得到50Hz分量或100Hz保护输入量；2)上述50Hz分量或100Hz保护输入量与比较器(2)中的定值比较，50Hz保护整定方法中，如果大于定值，经过延时时间T1启动降电流段，延时时间T1与极控和阀控冗余切换时间配合；到达延时时间T2，启动直流闭锁顺序，延时时间T2与换流阀的过应力能力配合，并与其它换流阀保护配合。100Hz保护整定方法中，上述100Hz分量与比较器(2)中的定值比较，如果大于定值，经过延时T后才启动直流闭锁顺序，延时T与交流系统故障时直流输电系统中承受应力最大的部件和交流系统相应定值配合。本发明不仅实现换流阀故障和交流系统故障的后备保护，并且在保证主设备安全的前提下，避免交直混合电网中多回直流同时降功率或者闭锁引起的系统失稳问题。

Description

高压直流输电系统50Hz和100Hz保护整定方法

技术领域：

本发明是一种高压直流输电系统50Hz和100Hz保护整定方法，属于高压直流输电系统50Hz和100Hz保护整定方法的创新技术。

背景技术：

高压直流输电技术对电网运行及发展具有重大意义，50Hz和100Hz保护是高压直输电系统的两种保护，其保护功能是在换流器触发脉冲故障、换流阀故障、换相失败故障和单相故障时保护换流阀。现有国内外高压直流输电工程中50Hz和100Hz保护的整定方法如下：

1)计算直流线路或极中性母线中50Hz和100Hz分量含量；

2)定值考虑因素：交直流系统背景谐波，换流器触发异常所产生的50Hz和100Hz分量，直流系统防止电流断续的最小电流要求，换流阀承受应力的能力，直流系统输送功率水平，直流线路谐波阻抗特性；

3)延时考虑因素：控制系统冗余系统切换时间，与其它保护的配合，交流系统故障最长清除时间；

4)延时方法采用定时限或者反时限；

5)保护动作：分为两段，第一段降功率或报警，第二段闭锁直流系统、跳交流断路器。

现有高压直流输电工程中50Hz和100Hz保护整定方法存在如下缺点：

1)50Hz保护和100Hz的整定原则主要考虑了换流阀的承受能力，没有考虑其它设备的过应力能力；

2)50Hz保护和100Hz保护的整定原则没有明确的区别，有些高压直流工程的50Hz保护和100Hz保护采用了相同动作特性和延时。

3)交流系统故障最长清除时间一般为600ms，最长的也不超过1500ms。因此，在交流系统发生不对称故障，快速保护拒动或者断路器失灵时，故障切除时间较长，可能导致交直流并联运行系统中多回直流100Hz保护动作并闭锁，对电网安全产生灾难性影响。

因此，现有100Hz保护整定方法没有充分考虑交直流并联运行系统的特点，不能充分利用高压直流输电系统主设备的过应力能力以增强电网在交流系统故障时的稳定性。

发明内容：

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种将其主要作为阀故障的后备保护，定值与阀设备承受能力配合的高压直流输电系统50Hz保护整定方法。

本发明的另一目的在于考虑上述问题而提供一种在保证主设备安全的前提下，能够根据高压直流输电系统主设备过应力承受能力决定保护动作定值和时间的高压直流输电系统100Hz保护整定方法。

本发明高压直流输电系统50Hz保护整定方法，包括有如下过程：

1)50Hz保护输入量经过低通滤波器滤波后得到50Hz分量；

2)上述50Hz分量与比较器中的定值比较，如果大于定值，经过延时时间T1启动降电流段，延时时间T1与极控和阀控冗余切换时间配合；到达延时时间T2，启动直流闭锁顺序，延时时间T2与换流阀的过应力能力配合，并与其它换流阀保护配合。

上述过程1)中50Hz保护输入量是直流线路电流，或换流阀高压侧电流，或换流阀低压侧电流。

本发明高压直流输电系统100Hz保护整定方法，包括有如下过程：

1)100Hz保护输入量经过低通滤波器滤波后得到100Hz分量；

2)上述100Hz分量与比较器中的定值比较，如果大于定值，经过延时T后才启动直流闭锁顺序，延时T与交流系统故障时直流输电系统中承受应力最大的部件和交流系统相当定值配合。

上述过程2)中确定交流系统故障时直流输电系统中承受应力最大的部件及确定延时时间T的方法包括如下步骤：

1)建立包含主设备详细模型的高压直流输电系统仿真系统；

2)通过理论分析和仿真系统的计算，找到交流系统故障时直流输电系统中承受应力最大的部件；

3)确定引起高压直流输电系统主设备应力最大的最严酷的工况；

4)对最严酷工况下最薄弱部件承受的应力进行验算；

5)根据验算的结果和交流系统相关定值确定100Hz保护的动作行为和延时时间T。

上述交流系统故障时直流输电系统中承受应力最大的部件是3次交流滤波器的阻尼电阻器。

上述过程1)中100Hz保护输入量是直流线路电流，或换流阀高压侧电流，或换流阀低压侧电流。

本发明由于采用将50Hz和100Hz保护分开整定，50Hz保护主要作为阀故障的后备保护，定值与阀设备承受能力配合；100Hz保护主要作为交流系统后备保护，定值与交流系统的有关定值和直流主设备过应力能力配合的方法，因此，其不仅实现阀故障的后备保护，并且在保证主设备安全的前提下，能够根据高压直流输电系统主设备过应力承受能力决定100Hz保护动作定值和时间，从而在交流系统不对称故障持续时间较长时，避免交电网中多回直流同时降功率或者闭锁，以克服现有技术中的不足之处。本发明可以应用交直流并联运行和直流多落点的电力系统，具有良好的应用前景。

附图说明：

图1为本发明实施例中50Hz保护整定方法的原理示意图。

图2为实施例中高压直流输电工程中交流滤波电阻器容热量与交流不对称故障持续时间的关系。

图3为本发明实施例中100Hz保护整定方法的原理示意图。

具体实施方式：

实施例：

本发明高压直流输电系统50Hz保护整定方法的原理图如图1所示，包括有如下过程：

1)50Hz保护输入量经过低通滤波器1滤波后得到50Hz分量，50Hz保护输入量是直流线路电流IdL，或换流阀高压侧电流IdH，或换流阀低压侧电流IdN。

2)上述50Hz分量与比较器2中的定值比较，如果大于定值，经过延时时间T1启动降电流段，延时时间T1与极控和阀控冗余切换时间配合；到达延时时间T2，启动直流闭锁顺序，延时时间T2与换流阀的过应力能力配合，并与其它换流阀保护配合。

本实施例中，上述过程2)中启动降电流段为降至额定电流的30％。上述过程2)中极控和阀控冗余切换时间为150ms～300ms。上述过程2)中延时时间T1为150ms～300ms，T2为650ms～1000ms。

本发明高压直流输电系统50Hz保护整定方法的原理图如图3所示，包括有如下过程：

1)100Hz保护输入量经过低通滤波器1滤波后得到100Hz分量；100Hz保护输入量是直流线路电流IdL，或换流阀高压侧电流IdH，或换流阀低压侧电流IdN。

2)上述100Hz分量与比较器2中的定值比较，如果大于定值，经过延时T后才启动直流闭锁顺序，延时T与交流系统故障时直流输电系统中承受应力最大的部件的耐受能力和交流系统相应定值相配合，延时时间T一般为700ms～3000ms。

上述过程2)中确定交流系统故障时直流输电系统中承受应力最大的部件及确定延时时间T的方法包括如下步骤：

1)建立包含主设备详细模型的高压直流输电系统仿真系统；

2)通过理论分析和仿真系统的计算，找到交流系统故障时直流输电系统中承受应力最大的部件；

3)确定引起高压直流输电系统主设备应力最大的最严酷的工况；

4)对最严酷工况下最薄弱部件承受的应力进行验算；

5)根据验算的结果和交流系统相关定值确定100Hz保护的动作行为和延时时间T。

本实施例中，经过理论分析和仿真计算，发现3次交流滤波器的阻尼电阻器承受的应力最大，在换流变压器进线端发生单相接地短路故障时电阻器的发热最厉害，并确定延时时间T为3000ms。利用仿真系统计算交流滤波电阻器容热量与交流不对称故障持续时间的关系如图2所示。上述过程2)中100Hz分量与定值比较，100Hz分量大于定值，经过延时3000ms后才启动直流闭锁顺序，与3次交流滤波器的阻尼电阻器和交流系统相当定值配合。

Claims (10)

1.一种高压直流输电系统50Hz保护整定方法，其特征在于包括有如下过程：

1)50Hz保护输入量经过低通滤波器(1)滤波后得到50Hz分量；

2)上述50Hz分量与比较器(2)中的定值比较，如果大于定值，经过延时时间T1启动降电流段，延时时间T1与极控和阀控冗余切换时间配合；到达延时时间T2，启动直流闭锁顺序，延时时间T2与换流阀的过应力能力配合，并与其它换流阀保护配合。

2.根据权利要求1所述的高压直流输电系统50Hz保护整定方法，其特征在于上述过程2)中启动降电流段为降至额定电流的30％～70％。

3.根据权利要求1所述的高压直流输电系统50Hz保护整定方法，其特征在于上述过程2)中极控和阀控冗余切换时间为150ms～300ms。

4.根据权利要求1所述的高压直流输电系统50Hz保护整定方法，其特征在于上述过程2)中延时时间T1为150ms～300ms，T2为650ms～1000ms，T2由阀的过应力能力决定。

5.根据权利要求1所述的高压直流输电系统50Hz保护整定方法，其特征在于上述过程1)中50Hz保护输入量是直流线路电流(IdL)，或换流阀高压侧电流(IdH)，或换流阀低压侧电流(IdN)。

6.一种高压直流输电系统100Hz保护整定方法，其特征在于包括有如下过程：

1)100Hz保护输入量经过低通滤波器(1)滤波后得到100Hz分量；

2)上述100Hz分量与比较器(2)中的定值比较，如果大于定值，经过延时T后才启动直流闭锁顺序，延时T与交流系统故障时直流输电系统中承受应力最大的部件和交流系统相应定值配合。

7.根据权利要求6所述的高压直流输电系统100Hz保护整定方法，其特征在于上述过程2)中确定交流系统故障时直流输电系统中承受应力最大的部件及确定延时时间T的方法包括如下步骤：

1)建立包含主设备详细模型的高压直流输电系统仿真系统；

2)通过理论分析和仿真系统的计算，找到交流系统故障时直流输电系统中承受应力最大的部件；

3)确定引起高压直流输电系统主设备应力最大、最严酷的工况；

4)对最严酷工况下最薄弱部件承受的应力进行验算；

5)根据验算的结果和交流系统保护相关定值确定100Hz保护的动作行为和延时时间T。

8.根据权利要求7所述的高压直流输电系统100Hz保护整定方法，其特征在于上述交流系统故障时直流输电系统中承受应力最大的部件是3次交流滤波器的阻尼电阻器。

9.根据权利要求8所述的高压直流输电系统50Hz和100Hz保护整定方法，其特征在于上述过程2)中延时时间T为700ms～3000ms。

10.根据权利要求6所述的高压直流输电系统100Hz保护整定方法，其特征在于上述过程1)中100Hz保护输入量是直流线路电流(IdL)，或换流阀高压侧电流(IdH)，或换流阀低压侧电流(IdN)。

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