CN105606926B - 一种定位直流融冰装置换流变与换流器之间故障的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位直流融冰装置换流变与换流器之间故障的方法，该方法对现有技术进行优化，选取相同的分段、定值与延时，分别实现包括交流过流故障保护和直流过流故障保护的过流故障保护。与现有技术中相比，本发明采用逻辑判据对直流融冰装置的过流故障进行充分判断，有效、准确地分辨保护区内外故障，保护区内故障保护动作，保护区外故障，过流保护不动作。与传统阀短路保护相比，保证了过流保护的可靠性和选择性。

Description

一种定位直流融冰装置换流变与换流器之间故障的方法

技术领域

本发明涉及电力系统保护技术领域，特别是涉及一种准确定位直流融冰装置换流变与换流器之间故障的方法。

背景技术

直流融冰装置的保护系统是直流融冰装置二次系统的核心技术，配置的保护是否满足保护的四性对于能否快速检测和隔离故障具有重要的意义。直流融冰装置传统的过流保护通过检测三相线路上是否过流实现保护功能。由于直流融冰装置特殊的拓扑结构，换流变与换流器之间(保护区外)发生接地故障都会使传统的过流保护动作，从而无法满足保护的选择性。针对这一现状，有必要对换流变与换流器之间的所有故障，提出一种合理的保护策略。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的直流系统故障隔离难的问题，本发明提出了一种定位直流融冰装置换流变与换流器之间故障的方法，针对目前直流融冰装置的过流保护无法准确定位换流变与换流器之间故障的问题，采用逻辑判据对直流融冰装置的过流故障进行充分判断，有效、准确地分辨保护区内外故障、区内故障保护动作、保护区外故障，保护不动作。

本发明提出了一种定位直流融冰装置换流变压器与换流器之间故障的方法，该方法的过流保护包含交流过流保护和直流过流保护，所述交流过流保护和直流过流保护选取相同的分段即快速一段和慢速二段，所述快速一段的整定值为3.5倍额定电流值、保护延时为2ms；所述慢速二段的整定值为1.35倍额定电流值，保护延时为3.5s，分别实现包括交流过流故障保护和直流过流故障保护的过流故障保护；其中：

一方面，直流过流保护具体包括以下步骤：

选取融冰装置正极电流和负极电流中的较大值，当该值超过保护整定值时，保护启动；直流过流保护的判据如下：

max(I_dp,I_dn)＞KI_dnom (1)

式中，I_dp为融冰装置正极电流，I_dn为融冰装置负极电流，K为保护可靠系数，I_dnom为融冰装置额定直流电流；

另一方面，交流过流保护具体包括以下步骤：

通过判断三相线路上的过流相数，如果过流相数为3，保护直接启动；或者当三相线路上过流相数为2或1时，进一步判断故障类型是否为接地故障，如果是非接地故障，保护启动；当过流相数为0时，保护不启动；接地故障用以下三种方法进行判断，即判断低电压、判断是否有零序电流、判断换流器接地中性点是否过流；交流过流保护的判据如下：

上述判据中：条件A为I_{acY_a}＞I_set；

条件B为I_{acY_b}＞I_set；

条件C为I_{acY_c}＞I_set；

条件D为U_acY＜U_set(或I_{acY_0}＞I_{set_0}或I_dGND＞I_{set_dGND})。

I_{acY_a}、I_{acY_b}、I_{acY_c}分别为a相、b相、c相工频电流有效值，I_set为交流过流保护整定值，U_acY为三相电压有效值的最小值，U_set为低压整定值，I_{acY_0}为零序电流有效值，I_{set_0}为零序限流过流整定值，I_dGND为接地中性点直流分量，I_{set_dGND}为接地中性点接地过流整定值；条件D用来判断是否为接地故障。

当上述交流过流保护的逻辑判据输出为1时，交流过流保护开始计时，满足延时条件后，保护出口跳闸。

与现有技术中相比，本发明采用逻辑判据对直流融冰装置的过流故障进行充分判断，有效、准确地分辨保护区内外故障，保护区内故障保护动作，保护区外故障，过流保护不动作。与传统阀短路保护相比，保证了过流保护的选择性。

附图说明

图1为换流阀交流侧a相接地故障等效电路图；

图2为换流阀交流侧a、b两相短路接地故障等效电路；

图3为换流变阀侧a相接地故障等效电路图；

图4为换流变阀侧a、b两相短路接地故障等效电路；

图5为换流变与换流器之间相间短路故障；

图6为换流变与换流器之间三相短路故障；

图7为本发明的一种定位直流融冰装置换流变与换流器之间故障的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式，进一步详述本发明的技术方案。

直流融冰装置发生故障时，故障过电流严重影响整个直流融冰装置包括交流侧、换流变、换流器和直流侧的安全可靠运行。因此，直流融冰装置故障时，根据故障严重程度，需要保护可靠启动，跳开交流断路器。

目前，直流融冰装置配置过流保护检测装置中的故障过电流。该保护检测换流器进线三相线路上的电流，当电流超过整定值时，保护动作。但是该保护存在保护区外误动的问题。

针对该问题，本发明对直流融冰装置各故障进行分析研究，提出了一种新型的保护区内可靠动作的保护策略。

本发明的定位直流融冰装置换流变与换流器之间故障的方法，基于现有的图1至图4所示的等效电路，具体设计原理说明如下：

以D桥发生故障为例(Y桥发生故障的情形与D桥同理)：

1、接地故障下的交流电流互感器(CT)过流情况

如图1所示，当D桥a相发生接地故障后，a相通过故障接地点、中性接地点与D桥依次导通的共阳极阀和非故障b、c相交替地形成两相短路。从图中可以看出，a相交流CT能够检测到a相上流过故障电流。同时b、c两相CT可交替检测到故障电流。由于在保护判据中交流侧电流一般采用工频电流有效值，此处a、b、c三相线路上CT均会得到过流的有效值。

当换流阀交流侧发生两相短路接地后，以a、b两相短路接地故障为例，其故障等效电路如图2所示。a、b两相形成短路，当D桥阀21触发导通后，a、b两相通过短路接地点、中性接地点和阀21形成三相短路。发生故障的两相CT上始终能测量到故障电流，c相线路上的CT在阀21导通期间测量到故障电流。三相交流线路上的CT计算得到的工频电流有效值均会过流。

当换流变阀侧发生a相接地故障后，其等效电路如图3所示，此时a相仍然和b、c相交替地构成两相短路回路，故障电流回路与换流阀交流侧单相接地相同。考虑到交流CT的安装位置，故障a相CT不会检测到故障电流，b、c两相CT可交替地检测到故障电流。因而a相计算得到的工频电流有效值不会过流，b、c相计算得到的工频电流有效值均会过流。

当换流变阀侧发生两相短路接地故障后，以a、b两相短路接地故障为例，等效电路如图4所示。从图中可知，a、b相交流CT均不会检测到故障电流，只有c相CT会测量到故障电流。因而a、b相计算得到的工频电流有效值不会过流，c相计算得到的工频电流有效值会过流。

2、非接地故障下的交流CT过流情况

当换流变与换流器之间发生两相短路故障时，如图5(a)、(b)所示。如图5(a)，当故障位于换流器交流侧时，交流CT会检测到两相线路上的过流。如图5(b)所示，当故障位于换流变阀侧时，交流CT不会检测到过流。

当换流变与换流器之间发生三相短路故障时，如图6(a)、(b)所示。如图6(a)，当故障位于换流器交流侧时，交流CT会检测到三相线路上的过流。如图6(b)所示，当故障位于换流变阀侧时，交流CT不会检测到过流。

通过上述分析，可以得出如表1所示的规律。

表1不同接地故障下交流CT工频电流有效值过流统计

3、过流保护的改进方案

传统过流保护判据采用D桥交流侧电流、Y桥交流侧电流、换流阀正极电流与负极电流4个电流取最大值后进行保护是否启动的判定。为了更好地满足选择性，将过流保护优化成交流过流保护和直流过流保护。两个过流保护选取相同的分段、定值与延时，直流过流保护判据如下：

max(I_dp,I_dn)＞KI_dnom (1)

为保证换流阀交流过流保护的选择性，进行如下改进：可通过判断三相线路上的过流相数，如果过流相数为3，保护直接启动；或者当三相线路上过流相数不为3，为2或1时，进一步判断故障类型是否为接地故障，如果是非接地故障，保护启动；当过流相数为0时，保护不启动。接地故障可用以下三种方法进行判断：判断低电压、判断是否有零序电流、判断换流器接地中性点是否过流。

假设

条件A：I_{acY_a}＞I_set；

条件B：I_{acY_b}＞I_set；

条件C：I_{acY_c}＞I_set；

条件D：U_acY＜U_set(或I_{acY_0}＞I_{set_0}或I_dGND＞I_{set_dGND})。

式中：I_{acY_a(b/c)}为a相(或b、c相)工频电流有效值，I_set为交流过流保护整定值，U_acY为三相电压有效值的最小值，U_set为低压整定值，I_{acY_0}为零序电流有效值，I_{set_0}为零序限流过流整定值，I_dGND为接地中性点直流分量，I_{set_dGND}为接地中性点接地过流整定值。条件D用来判断是否为接地故障。

可得到交流过流保护的逻辑判据如下

当上述逻辑判据输出为1时，保护开始计时，满足延时条件后，保护动作。上述逻辑判据是针对Y桥的，对于D桥采用相同逻辑判据。

Claims (1)

1.一种定位直流融冰装置换流变压器与换流器之间故障的方法，其特征在于，该方法的过流保护包含交流过流保护和直流过流保护，所述交流过流保护和直流过流保护选取相同的分段即快速一段和慢速二段，所述快速一段的整定值为3.5倍额定电流值、保护延时为2ms；所述慢速二段的整定值为1.35倍额定电流值，保护延时为3.5s，分别实现包括交流过流故障保护和直流过流故障保护的过流故障保护；其中：

一方面，直流过流保护具体包括以下步骤：

选取融冰装置正极电流和负极电流中的较大值，当该值超过保护整定值时，保护启动；直流过流保护的判据如下：

max(I_dp,I_dn)＞KI_dnom (1)

式中，I_dp为融冰装置正极电流，I_dn为融冰装置负极电流，K为保护可靠系数，I_dnom为融冰装置额定直流电流；

另一方面，交流过流保护具体包括以下步骤：

通过判断三相线路上的过流相数，如果过流相数为3，保护直接启动；或者当三相线路上过流相数为2或1时，进一步判断故障类型是否为接地故障，如果是非接地故障，保护启动；当过流相数为0时，保护不启动；接地故障用以下三种方法进行判断，即判断低电压、判断是否有零序电流、判断换流器接地中性点是否过流；交流过流保护的判据如下：

上述判据中：条件A为I_{acY_a}＞I_set；

条件B为I_{acY_b}＞I_set；

条件C为I_{acY_c}＞I_set；

条件D为U_acY＜U_set或I_{acY_0}＞I_{set_0}或I_dGND＞I_{set_dGND}；

I_{acY_a}、I_{acY_b}、I_{acY_c}分别为a相、b相、c相工频电流有效值，I_set为交流过流保护整定值，U_acY为三相电压有效值的最小值，U_set为低压整定值，I_{acY_0}为零序电流有效值，I_{set_0}为零序限流过流整定值，I_dGND为接地中性点直流分量，I_{set_dGND}为接地中性点接地过流整定值；条件D用来判断是否为接地故障；

当上述交流过流保护的逻辑判据输出为1时，交流过流保护开始计时，满足延时条件后，保护出口跳闸。