CN105699842A - 一种稳定控制装置所用的直流近区交流线路相间故障判据 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳定控制装置所用的直流近区交流线路相间故障判据，属于电力系统自动化技术领域。本发明首先采集直流近区交流线路的三相电流和电压，计算电压电流的有效值变化和正负零序电压，通过检测电流突变判断装置启动；判断故障过程中电压降低并达到设定定值；电流升高并达到设定定值或者负序电压大于设定值且零序电压小于设定值、电压减小的相小于正序电压、任意两相的电流变化率是否大于设定值ΔIs1；相间余弦电压低于设定值；在重合闸时间内有两相跳闸信号；装置满足判据条件后判出相间故障并采取相应的控制措施。本发明可使稳定控制装置准确判断交直流混联电网中交流送出线路上的故障类型。

Description

一种稳定控制装置所用的直流近区交流线路相间故障判据

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，具体地说本发明涉及一种稳定控制装置所用的直流近区交流线路相间故障判据。

背景技术

稳定控制装置对于保证电力系统的安全稳定运行有着举足轻重的意义，其拒动或误动都会给电力系统带来灾难性的后果。由于直流输电独特的控保系统与常规交流输电相比有较大的差别，近区交流系统的暂态特性与传统电网相比也大为不同。

直流输电采用换流站进行输电，换流站由晶闸管组成，晶闸管的导通与关断直接影响直流输电系统的功率输送。而故障期间逆变侧换流站交流母线电压降低，容易导致换流站发生换相失败。换相失败的桥臂上下导通相当于短路，因而系统无法维持电压稳定，进一步导致换流站附近电流变化与传统交流输电故障时差异较大，使装置正确动作受到很大影响。

传统的稳定控制装置在进行故障跳闸识别时，普遍采用短路电流会增大这一条件。而对于直流近区交流电网，由于换流站晶闸管的导通关断特性，使得直流近区交流线路在发生短路故障时，电流存在不增大的可能性，这使得以电流增大为前提的故障跳闸识别原理失去依据。

基于本地量的相间故障判据已有较多的研究，目前针对线路的相间故障判据为：1、突变量启动；2、事故后有两相电流升高；3、事故后有两相电压降低；4、有两相跳闸信号；5、两相跳闸信号之间的时间差小于重合闸时间。装置启动后且同时满足以上条件，即判为线路相间故障。

在直流近区交流线路发生相间故障时，电压电流的变化特征如图1所示，故障期间出现了仅有一相电流增加的现象，此时已不能够满足上述的相间故障判据2，这将导致装置发生误判。因此，研究提出新的适用于直流近区交流线路的相间故障识别判据非常必要。

发明内容

本发明目的是：为了克服传统稳定控制装置中线路相间故障跳闸判据应用于直流近区交流线路时存在会将相间故障误判为单相故障甚至拒动的缺陷，提供一种综合相序电压及相间余弦电压作为判据条件的适用于直流近区交流线路相间故障的识别判据，以保证稳控装置正确的动作。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：

1)将原始正弦输入信号经过低通滤波模块进行低通滤波，以消除原始正弦输入信号中二次及二次以上谐波分量的干扰，所述原始正弦输入信号包括三相电压ua、ub和uc以及三相电流ia、ib和ic；

2)计算三相电压有效值Ua、Ub和Uc，并与20ms前的电压有效值相减得到电压有效值的变化量并记为dUa、dUb和dUc，同时分别计算出正序电压U₁、负序电压U₂和零序电压U₀；

3)计算三相电流有效值Ia、Ib、和Ic，并与20ms前的电流有效值相减得到电流有效值的变化量并记为dIa、dIb和dIc；

4)计算三相相间余弦电压和

5)检测是否出现电流突变量启动，若满足启动条件，则判断线路受到扰动，进入步骤(6)判断，并记录启动时刻；

6)根据步骤2)保存的信息量，判断故障时-dUa、-dUb和-dUc中是否有两相大于设定值ΔUs1(通常可设为额定电压的20％)，如满足条件则继续步骤7)，否则判断线路未发生相间故障；

7)根据步骤3)保存的信息量，判断故障时dIa、dIb和dIc中是否有两相与步骤6)中-dUa、-dUb和-dUc中大于设定值ΔUs1的相应相的电流变化量大于设定值ΔIs1(通常可设为额定电流的5％-10％)，如满足条件则转到步骤10)，否则继续步骤8)；

8)根据步骤4)保存的信息量，判断故障时三相相间余弦电压是否 和都大于设定值如满足条件则继续步骤9)，否则判断线路未发生相间故障；

9)判断故障时是否有满足以下三点中的任意一条：a)负序电压U₂大于与其相应的设定值(通常可设为额定电压的10％)且零序电压U₀小于与其相应的设定值(通常可设为额定电压的10％)；b)步骤6)中dUa、-dUb和-dUc中大于设定值ΔUs1的相应相电压小于正序电压U₁；c)任意两相的电流变化率大于设定值ΔIs1(通常可设为额定电流的5％-10％)；如满足任意一条则继续步骤10)，否则判断线路未发生相间故障；

10)判断故障时是否有两相以上跳闸信号，且两相跳闸信号之间的时间差小于重合闸时间Tchz，如满足则判断线路发生了相间故障；否则判断线路未发生相间故障。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤5)电流变化量启动判断方法为：实时检测当前任意一相电流瞬时值i_t与20ms前电流i_t－20ms的差值，若其绝对值连续数次大于定值ΔIs，则认定启动。定值ΔIs的设定则应保证躲过正常的功率波动和功率调节的前提下适当较小，以保证灵敏度。

步骤6)和步骤7)反映了传统电网中线路相间故障过程中电气量的变化特征，相间短路故障时一般有两相电压降低，相同两相电流增加。

步骤8)利用单相故障期间中的余弦电压大于设定值，两相故障期间余弦电压小于设定值这一条件进行辅助判定。

步骤9)中a)负序电压大于设定值且零序电压小于设定值是反应了两相相间故障期间序电压的变化特征；b)中的电压减小的两相电压小于正序电压是反应了两相接地故障期间相电压和序电压间的关系；c)任意两相的电流变化率大于设定值ΔIs1则反映了三相故障期间电流的变化特征。

步骤10)反映了线路相间故障过程中开关量的变化特征，相间短路故障时有两相跳闸信号且其时间差小于重合闸时间。

本发明的有益效果如下：本发明解决了直流近区电网交流线路故障跳闸判据在直流近区交流线路存在的误判问题，能快速识别线路相间短路故障；判据适应性强，可靠性高；本发明大大节省了人力、物力和财力，提高了自动化程度及效率。

附图说明

图1是直流近区电网交流线路相间短路故障过程中关键电气量变化图。

图2是线路相间短路故障跳闸判据逻辑框图。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本发明的一个实施例，其线路相间短路故障跳闸判据逻辑如图2所示。假设直流近区线路正常送出功率为1500MW，额定电压是±500kV，额定电流是3000A，重合闸时间Tchz为1s。

首先对原始正弦输入信号即三相电压ua、ub、uc以及三相电流ia、ib、ic信号进行低通滤波，然后进一步计算三相电压有效值变化率dUa、dUb、dUc，三相电流有效值变化率dIa、dIb、dIc，三个序电压u1、u2、u0，依次为正序电压、负序电压和零序电压，三相相间余弦电压

若稳定控制装置没有启动，则根据电流变化量判断启动，当任意一相电流瞬时值与20ms前电流之差大于定值ΔIs＝100A，连续5ms后则认为装置启动。

启动后检测-dUa、-dUb、-dUc中是否有两相大于设定值ΔUs1(100kV)，若满足则继续进行线路相间故障判断，否则判断结束。

接下来检测前一步骤中电压下降两相的对应dIa、dIb、dIc中的电流变化率是否大于设定值ΔIs1(150A)，若满足则判为线路相间故障，否则需要经行涉及相间综合电压电流的辅助判断。

如果检测三相余弦电压都大于设定值(通常可设为250kV)，则判系统没有发生相间故障，判断结束。否则进一步是否存在负序电压U2大于设定值50kV且零序电压U0小于设定值50kV，如果满足条件，直接进入两相跳闸信号的判断，如果不满足，继续检测之前电压减小的相的相电压是否小于正序电压U1，如若满足条件，直接进入两相跳闸信号的判断，如果不满足，继续检测任意两相的电流变化量ΔIs1是否大于设定值0.15kA，满足条件则进入两相跳闸信号的判断，否则判为系统没有发生故障，判断结束。

接下来判断是否有两相以上跳闸信号并且两相跳闸信号之间的时间差大于定值Tchz＝1s。若满足则判为线路相间短路故障，否则判断结束。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (2)

1.一种稳定控制装置所用的直流近区交流线路相间故障判据，其特征在于，包括以下步骤：

1)将原始正弦输入信号经过低通滤波模块进行低通滤波，以消除原始正弦输入信号中二次及二次以上谐波分量的干扰，所述原始正弦输入信号包括三相电压ua、ub和uc以及三相电流ia、ib和ic；

2)计算三相电压有效值Ua、Ub和Uc，并与20ms前的电压有效值相减得到电压有效值的变化量并记为dUa、dUb和dUc，同时分别计算出正序电压U₁、负序电压U₂和零序电压U₀；

3)计算三相电流有效值Ia、Ib、和Ic，并与20ms前的电流有效值相减得到电流有效值的变化量并记为dIa、dIb和dIc；

4)计算三相相间余弦电压和

5)检测是否出现电流突变量启动，若满足启动条件，则判断线路受到扰动，进入步骤(6)判断，并记录启动时刻；

6)根据步骤2)保存的信息量，判断故障时-dUa、-dUb和-dUc中是否有两相大于设定值ΔUs1，如满足条件则继续步骤7)，否则判断线路未发生相间故障；

7)根据步骤3)保存的信息量，判断故障时dIa、dIb和dIc中是否有两相与步骤6)中-dUa、-dUb和-dUc中大于设定值ΔUs1的相应相的电流变化量大于设定值ΔIs1，如满足条件则转到步骤10)，否则继续步骤8)；

8)根据步骤4)保存的信息量，判断故障时三相相间余弦电压是否 和都大于设定值如满足条件则继续步骤9)，否则判断线路未发生相间故障；

9)判断故障时是否有满足以下三点中的任意一条：a)负序电压U₂大于与其相应的设定值且零序电压U₀小于与其相应的设定值；b)步骤6)中dUa、-dUb和-dUc中大于设定值ΔUs1的相应相电压小于正序电压U₁；c)任意两相的电流变化率大于设定值ΔIs1；如满足任意一条则继续步骤10)，否则判断线路未发生相间故障；

10)判断故障时是否有两相以上跳闸信号，且两相跳闸信号之间的时间差小于重合闸时间Tchz，如满足则判断线路发生了相间故障；否则判断线路未发生相间故障。

2.根据权利要求1所述的稳定控制装置所用的直流近区交流线路相间故障判据，其特征在于，所述步骤5)电流变化量启动判断方法为：实时检测当前任意一相电流瞬时值i_t与20ms前电流i_t－20ms的差值，若其绝对值连续数次大于定值ΔIs，则认定启动。