CN106374436A - 一种特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法，其特征在于，包括以下内容：根据高压电容器过电压立即跳闸的倍数计算确定接地故障时应立即跳闸的位置a，在高压电容器最高端至位置a内任一点接地故障采用立即跳闸方式；根据高压电容器过电压慢速跳闸的倍数计算确定接地故障时应慢速跳闸的位置b，在高压电容器位置a至位置b内任一点接地故障采用慢速跳闸方式；在高压电容器位置b至高压电容器最低端内任一点接地故障采用报警方式，本发明可以广泛用于特高压直流工程直流滤波器的运行过程中。

Description

一种特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法

技术领域

本发明是关于一种特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法，属于特高压直流输电系统领域。

背景技术

特高压直流输电工程在运行过程中产生谐波电压和谐波电流，这些谐波分量会引起直流侧设备的附加发热，影响系统的运行性能，如果流入采用架空线的直流线路中，还会对线路附近的通信系统造成影响。直流滤波器作为高压直流工程换流站内的重要设备之一，主要用来降低流入直流线路和接地极引线中的谐波分量，保证换流器在各种运行方式下的最大等效谐波电流不超过其限定值。直流滤波器的故障特征较为复杂，在不同运行工况和接地故障情况下差异较大，在实际工程中出现过保护误动闭锁直流系统的情况，因此，为其配置完善、可靠的保护系统对特高压直流输电系统的可靠运行具有非常重要的意义。

当高压电容器内部接地故障时，电容器单元将承受远超出正常值的电压应力。高压电容器内部接地故障时的故障特征较为复杂，故障位置在高压电容器上端、高压电容器中部以及高压电容器下端时表现出不同的特征：1)越靠近高压电容器中点接地，不平衡电流越大；靠近高压电容器两端接地，不平衡电流逐渐减小。2)随着接地故障点往下推移，在故障期间，单个高压电容元件承受的电压越小；故障点越往上，单个高压电容元件承受的电压越高；在高压电容器中点接地时，单个电容元件及电容器单元承受的电压大约是正常电压的2倍。若无保护动作，会使电容器单元在故障期间一直耐受较高电压，最终导致高压电容器击穿。3)随着接地故障点往下推移，故障点上方电流与下方电流的差值越小。

由于在不同故障位置，高压电容器不平衡电流与差动电流表现的趋势不一致，给直流滤波器中高压电容器接地保护的配置带来难度，目前已投运的特高压直流工程中，直流滤波器中高压电容器已设置不平衡保护功能，然而不平衡保护的设置往往是考虑高压电容器的几个元件或单元被击穿而引起的电流不平衡，且不平衡保护仅为报警，不能正确识别并隔离故障，不能对高压电容器内部接地故障起到保护作用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够正确识别并隔离故障且对高压电容器内部接地故障起到保护作用的特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法，其特征在于，包括以下内容：根据高压电容器过电压立即跳闸的倍数计算确定接地故障时应立即跳闸的位置a，在高压电容器最高端至位置a内任一点接地故障采用立即跳闸方式；根据高压电容器过电压慢速跳闸的倍数计算确定接地故障时应慢速跳闸的位置b，在高压电容器位置a至位置b内任一点接地故障采用慢速跳闸方式；在高压电容器位置b至高压电容器最低端内任一点接地故障采用报警方式。

进一步地，所述计算确定接地故障时应立即跳闸的位置a的具体过程为：根据公式a＝1/t₁确定立即跳闸的位置a，其中，t₁为高压电容器本身过电压立即跳闸的倍数，a为高压电容器最高端至故障点的串联电容器单元个数占高压电容器中总串联电容器单元个数的百分比。

进一步地，所述立即跳闸方式同时采用直流滤波器差动电流判据和电容器不平衡电流判据作为判定条件，其中：直流滤波器差动电流判据作为立即跳闸的判定条件：其中，IZ_p为直流滤波器总支路高端电流，IZ₁为直流滤波器第一支路低端电流，IZ₂为直流滤波器第二支路低端电流，为启动定值，k为制动系数；电容器不平衡电流判据作为立即跳闸的判定条件：|IZ_T|>I_ub_ref_1其中，IZ_T为高压电容器不平衡电流，I_ub_ref_1为不平衡电流定值；如果高压电容器最高端至位置a内任一点接地故障均满足上述两个判定条件则应立即跳闸，且立即跳闸的动作进行延时。

进一步地，所述计算确定接地故障时应慢速跳闸的位置b的具体过程为：根据公式b＝1/t₂确定应慢速跳闸的位置b，其中，t₂为高压电容器本身过电压慢速跳闸的倍数，b为高压电容器最高端至故障点的串联电容器单元个数占高压电容器中总串联电容器单元个数的百分比。

进一步地，所述慢速跳闸方式同时采用直流滤波器差动电流启动判据、电容器不平衡电流判据和电容器不平衡电流系数判据作为慢速跳闸的判定条件，其中：直流滤波器差动电流启动判据、电容器不平衡电流判据以及电容器不平衡电流系数判据分别为：|IZ_T|>I_ub_ref_2、|IZ_T/IZ₁|>k₂或|IZ_T/IZ₂|>k₂其中，IZ_p为直流滤波器总支路高端电流，为启动定值，I_ub_ref_2为不平衡电流定值，k₂为不平衡电流比例系数；如果高压电容器位置a至位置b内任一点接地故障均满足上述三个判定条件则应慢速跳闸，且慢速跳闸延时并告警。

进一步地，所述报警方式同时采用电容器不平衡电流判据和电容器不平衡电流系数判据作为报警的判定条件，其中：电容器不平衡电流判据和电容器不平衡电流系数判据分别为：|IZ_T|>I_ub_ref_3、|IZ_T/IZ₁|>k₃或|IZ_T/IZ₂|>k₃其中，I_ub_ref_3为不平衡电流定值，k₃为不平衡电流比例系数；如果高压电容器位置b至高压电容器最低端内任一点接地故障均满足上述两个判定条件则应报警。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明根据电容器单元在故障情况下实际能承受的电压应力，确定快速跳闸、慢速跳闸和报警三种不同的保护措施，可以对高压电容器内部接地故障起到保护作用。2、本发明应对高压电容器内部接地复杂的故障特征(故障位置在高压电容器上端、中部以及低端以下时表现出不同的特征，差动电流和不平衡电流的趋势表现不同)，通过差动和不平衡电流等综合判据确定正确的保护措施，使得故障能够被正确识别并隔离，可以广泛用于特高压直流工程直流滤波器的运行过程中。

附图说明

图1是本发明的特高压直流滤波器中高压电容器内部接地保护原理图；

图2是现有技术中的特高压直流系统结构示意图；

图3是现有技术中的直流滤波器结构示意图；

图4是现有技术中的直流滤波器中高压电容器内部的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1所示，现有技术中直流滤波器中的高压电容器由若干电容器单元串并联而成，每个电容器单元又由若干个电容元件通过串并联构成，具体结构为现有技术，在此不再赘述。直流滤波器中高压电容器接地故障点为电容器单元之间，本发明的特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法，包括以下内容：

1、根据高压电容器制造厂家提供的高压电容器过电压立即跳闸的倍数，并根据公式(1)计算确定接地故障时应立即跳闸的位置a：

a＝1/t₁ (1)

其中，t₁为高压电容器本身过电压立即跳闸的倍数，a为高压电容器最高端至故障点的串联电容器单元个数占高压电容器中总串联电容器单元个数的百分比。

2、在高压电容器最高端至位置a内任一点接地故障采取立即跳闸方式，立即跳闸的判定过程为：

本发明采用直流滤波器差动电流判据作为立即跳闸的判定条件，如公式(2)所示，由于故障点越靠近位置a，故障差流越不明显，差动电流定值设置比较小，为防止保护误动，增加电容器不平衡电流判据同时作为立即跳闸的判定条件，如公式(3)所示；如果高压电容器最高端至位置a内任一点接地故障均满足上述两个判定条件则应立即跳闸，且立即跳闸的动作延时为200毫秒：

$\left|\right|{\mathrm{IZ}}_p|-|{\mathrm{IZ}}_1+{\mathrm{IZ}}_2\left|\right|>Max\[I_{{\mathrm{ref}}_1},k*{\mathrm{IZ}}_p\]---\left(2\right)$

|IZ_T|>I_ub_ref_1 (3)

其中，IZ_p为直流滤波器总支路高端电流，IZ₁为直流滤波器第一支路低端电流，IZ₂为直流滤波器第二支路低端电流，IZ_T为高压电容器不平衡电流，为启动定值，且的典型值为50A，k为制动系数，且k的典型值为0.5，I_ub_ref_1为不平衡电流定值，且I_ub_ref_1的典型值为1.5A。

3、根据高压电容器制造厂家提供的高压电容器过电压慢速跳闸的倍数，并根据公式(4)计算确定接地故障时应慢速跳闸的位置b：

b＝1/t₂ (4)

其中，t₂为高压电容器本身过电压慢速跳闸的倍数，b为高压电容器最高端至故障点的串联电容器单元个数占高压电容器中总串联电容器单元个数的百分比。

4、在高压电容器位置a至位置b内任一点接地故障采取慢速跳闸方式，慢速跳闸的判定过程为：

本发明采用直流滤波器差动电流启动判据、电容器不平衡电流判据和电容器不平衡电流系数判据作为慢速跳闸的判定条件，其中，直流滤波器差动电流启动判据、电容器不平衡电流判据以及电容器不平衡电流系数判据分别如公式(5)～(7)所示，如果高压电容器位置a至位置b内任一点接地故障都满足上述三个判定条件则应慢速跳闸，且慢速跳闸延时10秒告警，延时2小时动作：

$\left|\right|{\mathrm{IZ}}_p|-|{\mathrm{IZ}}_1+{\mathrm{IZ}}_2\left|\right|>Max\[I_{{\mathrm{ref}}_2},k*{\mathrm{IZ}}_p\]---\left(5\right)$

|IZ_T|>I_ub_ref_2 (6)

|IZ_T/IZ₁|>k₂或|IZ_T/IZ₂|>k₂ (7)

其中，IZ_p为直流滤波器总支路高端电流，为启动定值，且的典型值为20A，I_ub_ref_2为不平衡电流定值，且I_ub_ref_2的典型值为50mA，k的典型值为0.5，k₂为不平衡电流比例系数，且k₂的典型值为0.02。

5、由于高压电容器位置b至高压电容器最低端内任一点接地故障危害较小，仅采用报警方式，报警的判定过程为：

本发明采用电容器不平衡电流判据和电容器不平衡电流系数判据作为报警的判定条件，分别如公式(8)和(9)所示，如果高压电容器位置b至高压电容器最低端内任一点接地故障均满足上述两个判定条件则应报警：

|IZ_T|>I_ub_ref_3 (8)

|IZ_T/IZ₁|>k₃或|IZ_T/IZ₂|>k₃ (9)

其中，I_ub_ref_3为不平衡电流定值，I_ub_ref_3的典型值为20mA，k₃为不平衡电流比例系数，k₃的典型值为0.02。

本发明实施例中的启动定值、不平衡电流定值以及不平衡电流比例系数均为典型值，但是实际使用中可以根据直流电容器结构及参数的不同，定值取值也可以不同。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法，其特征在于，包括以下内容：

根据高压电容器过电压立即跳闸的倍数计算确定接地故障时应立即跳闸的位置a，在高压电容器最高端至位置a内任一点接地故障采用立即跳闸方式；

根据高压电容器过电压慢速跳闸的倍数计算确定接地故障时应慢速跳闸的位置b，在高压电容器位置a至位置b内任一点接地故障采用慢速跳闸方式；

在高压电容器位置b至高压电容器最低端内任一点接地故障采用报警方式。

2.如权利要求1所述的一种特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法，其特征在于，所述计算确定接地故障时应立即跳闸的位置a的具体过程为：根据公式a＝1/t₁确定立即跳闸的位置a，其中，t₁为高压电容器本身过电压立即跳闸的倍数，a为高压电容器最高端至故障点的串联电容器单元个数占高压电容器中总串联电容器单元个数的百分比。

3.如权利要求2所述的一种特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法，其特征在于，所述立即跳闸方式同时采用直流滤波器差动电流判据和电容器不平衡电流判据作为判定条件，其中：

直流滤波器差动电流判据作为立即跳闸的判定条件：

$|\left|{\mathrm{IZ}}_p\right|-\left|{\mathrm{IZ}}_1+{\mathrm{IZ}}_2\right||>Max\[I_{{\mathrm{ref}}_1},k*{\mathrm{IZ}}_p\]$

其中，IZ_p为直流滤波器总支路高端电流，IZ₁为直流滤波器第一支路低端电流，IZ₂为直流滤波器第二支路低端电流，为启动定值，k为制动系数；

电容器不平衡电流判据作为立即跳闸的判定条件：

|IZ_T|>I_ub_ref_1

其中，IZ_T为高压电容器不平衡电流，I_ub_ref_1为不平衡电流定值；

如果高压电容器最高端至位置a内任一点接地故障均满足上述两个判定条件则应立即跳闸，且立即跳闸的动作进行延时。

4.如权利要求1所述的一种特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法，其特征在于，所述计算确定接地故障时应慢速跳闸的位置b的具体过程为：根据公式b＝1/t₂确定应慢速跳闸的位置b，其中，t₂为高压电容器本身过电压慢速跳闸的倍数，b为高压电容器最高端至故障点的串联电容器单元个数占高压电容器中总串联电容器单元个数的百分比。

5.如权利要求4所述的一种特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法，其特征在于，所述慢速跳闸方式同时采用直流滤波器差动电流启动判据、电容器不平衡电流判据和电容器不平衡电流系数判据作为慢速跳闸的判定条件，其中：

直流滤波器差动电流启动判据、电容器不平衡电流判据以及电容器不平衡电流系数判据分别为：

$|\left|{\mathrm{IZ}}_p\right|-\left|{\mathrm{IZ}}_1+{\mathrm{IZ}}_2\right||>Max\[I_{{\mathrm{ref}}_2},k*{\mathrm{IZ}}_p\]$

|IZ_T|>I_ub_ref_2

|IZ_T/IZ₁|>k₂或|IZ_T/IZ₂|>k₂

其中，IZ_p为直流滤波器总支路高端电流，为启动定值，I_ub_ref_2为不平衡电流定值，k₂为不平衡电流比例系数；

如果高压电容器位置a至位置b内任一点接地故障均满足上述三个判定条件则应慢速跳闸，且慢速跳闸延时并告警。

6.如权利要求1所述的一种特高压直流滤波器中高压电容器接地故障保护方法，其特征在于，所述报警方式同时采用电容器不平衡电流判据和电容器不平衡电流系数判据作为报警的判定条件，其中：

电容器不平衡电流判据和电容器不平衡电流系数判据分别为：

|IZ_T|>I_ub_ref_3

|IZ_T/IZ₁|>k₃或|IZ_T/IZ₂|>k₃

其中，I_ub_ref_3为不平衡电流定值，k₃为不平衡电流比例系数；

如果高压电容器位置b至高压电容器最低端内任一点接地故障均满足上述两个判定条件则应报警。