CN106610461A - 一种高压直流装备用快速故障检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压直流装备用快速故障检测方法及检测系统，所述方法包括通过电力线路测量系统获取线路上的电压电流信号和测量系统的工作状态信息；获取高压直流装备保护系统的判据数值；根据工作状态信息判断其是否存在故障，若测量系统存在故障，则将测量系统的工作状态信息发送至高压直流装备保护系统，并根据工作状态信息做出相应的响应；若测量系统不存在故障，则根据判据数值分别与所述电压电流信号做比较，判断高压直流装备是否存在故障；若高压直流装备存在故障，则将故障信息和物理量上传给保护系统。本发明技术方案能够在电流电压高速瞬变的强电磁环境下，实现几十微秒内对故障电流的精确采集与信号处理，满足故障响应最小时间要求。

Description

一种高压直流装备用快速故障检测方法及检测系统

技术领域：

本发明涉及电力系统领域，更具体涉及一种高压直流装备用快速故障检测方法及检测系统。

背景技术：

由于高压直流装备故障电流上升速度极快，需在极短的时间内，由快速故障检测装置完成信号采集与处理，并由控制保护系统完成系统过流识别并执行分断动作，要对其控制保护策略和顺控流程进行深入研究，并设计研制满足故障快速精确识别的故障检测装置以及高速控制保护装置。

能够准确判断故障是高压直流装备的重要指标，将采集到的电压、电流信号与判据进行对比，判断是否存在故障，申请号为201410327517的专利申请中提出的通过采样电路采集被测真空断路器的信号，电平转换电路将采集到的信号与预设信号范围进行比较，当采集到的信号超出预设信号范围时，发出比较结果信号，单片机依据比较结果信号判断被测真空断路器的故障类型，并进行存储，就是故障判断的一种方法，但是这种方法不是特别准确，本发明采用区间阈值的处理方法对故障进行判断，确保判断结果的准确性。

由于柔性直流输电线路发生双极短路时电流上升速度快，要求高压直流装备能够快速动作。专利CN201220634850中提出的断路器智能故障检测方法，需要数秒时间，才能判断出故障负载。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高压直流装备用快速故障检测检测方法及检测系统，能够在电流电压高速瞬变的强电磁环境下，实现几十微秒内对故障电流的精确采集与信号处理，满足故障响应最小时间要求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高压直流装备用快速故障检测方法，包括：

通过电力线路测量系统获取输电线路上的电压信号、电流信号和电力线路测量系统的工作状态信息；

获取高压直流装备保护系统的判据数值；

根据所述电力线路测量系统的工作状态信息判断其是否存在故障，若所述电力线路测量系统存在故障，则将所述电力线路测量系统的工作状态信息发送至所述高压直流装备保护系统，并根据所述工作状态信息，做出相应的响应；

若所述电力线路测量系统不存在故障，则根据所述判据数值分别与所述电压信号和电流信号做比较，判断高压直流装备是否存在故障；

若高压直流装备存在故障，则将其故障信息和电流电压值上传给所述高压直流装备控制保护系统。

所述电力线路测量系统根据测量到的所述电流信号和电压信号确定电流变化率、电压变化率、电流过零与否、电流幅值和电压幅值的信号。

所述高压直流装备的故障判断包括过流判断、过压判断、电流变化率故障判断和电压变化率故障判断。

所述过流判断过程为：

实时监视输电线路上的电流信息i，并与所述高压直流装备保护系统的阈值I_M进行比较，比较前将所述电流信息i处理为无符号数；

由于所述电流信息i本身存在一个偏差Δ，导致在过流比较中，过流标志位会出现抖动现象，故采用区间阈值的处理法进行过电流比较：

若i≥I_M，则过流故障标志位为1，表示过电流故障；

若i＜(I_M-Δ_i)，则过流故障标志位为0，表示为非过电流故障；

其中，Δ_i＞Δ。

所述过压判断过程为：

实时监视输电线路上的电压信息v，并与所述高压直流装备保护系统的阈值V_M进行比较，比较前将电压信息v处理为无符号数；

若：v≥V_M，则过压标故障志位为1，表示过电压故障；

若：v＜(V_M-Δ_v)，则过压故障标志位为0，表示非过电压故障；

其中，Δ_v＞电压采样偏差。

所述电流变化率故障判断过程为：

实时获取所述电力线路测量系统测量到的电流变化率信息di/dt，并与高压直流装备保护系统的变化率阈值di_M进行比较；

若di/dt≥di_M，则电流变化率故障标志位为1，表示电流变化率故障；

若di/dt＜(di_M-Δ_i-rate)，则电流变化率故障标志位为0，表示非电流变化率故障；

其中，Δ_i-rate＞电流变化率采样偏差。

所述电压变化率故障判断过程为：

实时获取所述电力线路测量系统测量到的电压变化率信息du/dt，并与高压直流装备保护系统的变化率阈值du_M进行比较；

若du/dt≥du_M，则电压变化率故障标志位为1，表示电压变化率故障；

若du/dt＜(du_M-Δ_u-rate)，则电压变化率故障标志位为0，表示非电压变化率故障；

其中，Δ_u-rate＞电压变化率采样偏差。

所述控制机箱包括电源板、通信板和主控板；

所述通信板通过电力线路测量系统获取输电线路上的电压信号、电流信号和电力线路测量系统的工作状态信息；通过背板差分通信将所述电压信号、电流信号和电力线路测量系统的工作状态信息发送至所述主控板；所述主控板获取高压直流装备保护系统的判据数值；所述主控板根据所述电力线路测量系统的工作状态判断其是否存在故障，若所述电力线路测量系统存在故障，将则将所述电力线路测量系统的工作状态信息发送至所述高压直流装备保护系统，并根据所述工作状态信息，做出相应的响应；若所述电力线路测量系统不存在故障，则所述主控板根据所述判据数值分别与所述电压信号和电流信号做比较，判断高压直流装备是否存在故障；若高压直流装备存在故障，则将其故障信息和电流电压值上传给所述高压直流装备控制保护系统。

所述主控板包括处理器、采集电路和电平转换电路；所述采集电路从所述电力线路测量系统中获取输电线路上的电压信号和电流信号；所述电平转换电路将采集到的信号与预设信号范围进行比较，当采集到的信号超出预设信号范围时，发出比较结果信号；所述处理器依据所述比较结果信号判断高压直流装备的故障类型，并进行将故障信息通过光纤上传至所述高压直流装备控制保护系统。

所述采集电路包括滤波调理电路、串行模数转换器、硬件过流检测电路和数模转换器；采集到的信号模拟量通过所述滤波调理电路后，经所述串行模数转换器转化成信号数字量传给所述处理器；

采集到的信号模拟量与通过所述数模转换器和硬件过流检测电路产生的过流保护值进行比较，当检测到硬件过流后硬件过流故障信号有效。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明技术方案的快速故障检测装置中由光电流互感器及其合并单元组成的测量装置能够在电流电压高速瞬变的强电磁环境下准确的进行信号测量；

2、本发明技术方案的快速故障检测装置能够实现几十微秒内对故障电流的精确采集与信号处理，以满足故障响应最小时间要求；

3、本发明技术方案的故障检测装置把接收到的电流、电压信号解析后，输出直流系统故障信号，故障信号采用光信号输出，用于保护装置的跳闸；

4、本发明技术方案的故障检测算法能够准确快速地对过流故障、过压故障、电流变化率故障、电压变化率故障进行判断，并做出响应。

附图说明

图1为本发明实施例的快速故障检测系统原理图；

图2为本发明实施例的快速故障检测系统主控板结构示意图；

图3为本发明实施例的采样电路框图；

图4为本发明实施例的故障检测系统的连接示意图；

图5为本发明实施例的故障检测系统组成图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明提供一种高压直流装备用快速故障检测方法及检测系统，所述方法包括：

(1)输电线路测量系统测量线路上的电压和电流信号，将电流变化率、电压变化率、电流过零与否、电流幅值、电压幅值信号及测量系统工作状态传输给控制机箱；

(2)控制机箱接收高压直流装备保护系统发送的判据数值，同时接收测量系统发送的电压、电流测量信号；

(3)若测量系统存在故障，则控制机箱将状态信息发送给高压直流装备保护系统，做出相应的响应；

(4)控制机箱将接收的判据和接收到的信号做比较，判断是否有故障存在；

(5)控制机箱将故障信息和物理量上传给高压直流装备控制保护系统。

高压直流装备故障检测系统与控制保护系统及测量系统连接示意图如图1所示，直流母线上的被测的电压、电流信号需要经过测量系统转换后传输给控制机箱，控制机箱通过光纤通信将测量信号及故障信号发送给高压直流装备控制保护装置，若有故障，则高压直流装备快速响应，以达到保护电路的作用。

高压直流装备故障检测系统主控板硬件框图如图2所示。

处理器完成电流量同步采集，通过电流滤波预判算法，预判定高压直流装备是否过流，并将电流等信息通过光纤上传给控制系统。处理器扩展以太网网口方便调试过程中观测主支路电流、转移支路电流、电容电压及模拟故障。

故障检测系统通过采样电路采集被测高压直流装备的信号，电平转换电路将采集到的信号与预设信号范围进行比较，当采集到的信号超出预设信号范围时，发出比较结果信号，处理器依据比较结果信号判断高压直流装备的故障类型，并进行故障处理。

模拟采集电路框图如图3所示，所述采集电路有四路相同的采集通路。

采集通路主要用两条通路：

(1)模拟量采集

模拟量通过调理电路滤波后，通过高速串行ADC转化成数字量传给处理器。

(2)硬件过流保护

模拟量通过硬件过流检测电路和DA产生的过流保护值比较，当检测到硬件过流后硬件过流故障信号有效。

故障检测系统和控制保护系统采用光纤通讯。

高压直流装备快速故障检测系统的与高压直流装备保护系统的连接框图如图4所示，快速检测系统同时接收电压/电流合并单元的信息，并从接收的数据中提取有效电压信息和电流信息并将信息打包，结果数据处理，分析可能的故障消息，然后故障信息通过2路光纤，输出给高压直流装备保护系统。

快速检测系统把接收到的合并单元电压/电流信息，同时通过2路快速光纤通道将信息传输至高压直流装备保护系统。

故障检测系统由电源板、通信板和主控板组成，故障检测系统组成图如图5所示。其中通信板接收测量系统的测量数据，然后通过背板差分通信将测量数据发送至主控板，主控板接收高压直流装备保护系统的阈值，将测量数据和阈值进行比较分析，将比较结果及测量数据通过光纤发送端口发送至高压直流装备保护系统。

其中，判断是否有故障存在的过程包括：

(1)过流判断

故障检测装置通过实时监视线路上的电流信息i，和接收高压直流装备保护系统的阈值IM进行比较，比较前将电流信息i处理为无符号数。

若：i≥I_M，则

故障标志位OVER_CURRENT＝‘1’

若：i＜I_M，则

故障标志位OVER_CURRENT＝‘0’

实际中，由于电流信息i本身存在一个偏差Δ(正偏或负偏)，这就导致在过流比较中，过流标志位会出现抖动现象，故采用区间阈值的处理方法，如下：

若：i≥I_M，则

故障标志位OVER_CURRENT＝‘1’

若：i＜(I_M-Δ_i)，则

故障标志位OVER_CURRENT＝‘0’

其中，Δ_i＞Δ(确保判断结果准确)。

(2)过压判断

故障检测装置通过实时监视线路上的电压信息v，和接收高压直流装备保护系统的阈值VM进行比较，比较前将电压信息v处理为无符号数。

若：v≥V_M，则

故障标志位OVER_VOLTAGE＝‘1’

若：v＜(V_M-Δ_v)，则

故障标志位OVER_VOLTAGE＝‘0’

其中，Δ_v＞电压采样偏差(确保判断结果准确)。

(3)电流变化率故障判断

故障检测装置实时接收测量系统发送的电流变化率信息di/dt，和接收高压直流装备保护系统的变化率阈值di_M进行比较。

若：di/dt≥di_M，则

故障标志位FAULT_CURRENT_RATE＝‘1’

若：di/dt＜(di_M-Δ_i-rate)，则

故障标志位FAULT_CURRENT_RATE＝‘0’

其中，Δ_i-rate＞电流变化率采样偏差(确保判断结果准确)。

(4)电压变化率故障判断

故障检测装置实时接收测量系统的电压变化率信息du/dt，和接收高压直流装备保护系统的变化率阈值du_M进行比较。

若：du/dt≥du_M，则

故障标志位FAULT_VOLTAGE_RATE＝‘1’

若：du/dt＜(du_M-Δ_u-rate)，则

故障标志位FAULT_VOLTAGE_RATE＝‘0’

其中，Δ_u-rate＞电压变化率采样偏差(确保判断结果准确)。

定位快速、检测结果准确，提示直观、清晰，不易发生误判，且符合现场试验要求。

所述输电线路测量系统包括电压互感器和电流互感器；所述测量系统的故障也是通过上述方法进行判断。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压直流装备用快速故障检测方法，其特征在于：包括：

通过电力线路测量系统获取输电线路上的电压信号、电流信号和电力线路测量系统的工作状态信息；

获取高压直流装备保护系统的判据数值；

根据所述电力线路测量系统的工作状态信息判断其是否存在故障，若所述电力线路测量系统存在故障，则将所述电力线路测量系统的工作状态信息发送至所述高压直流装备保护系统，并根据所述工作状态信息，做出相应的响应；

若所述电力线路测量系统不存在故障，则根据所述判据数值分别与所述电压信号和电流信号做比较，判断高压直流装备是否存在故障；

若高压直流装备存在故障，则将其故障信息和电流电压值上传给所述高压直流装备控制保护系统。

2.如权利要求1所述的一种高压直流装备用快速故障检测方法，其特征在于：所述电力线路测量系统根据测量到的所述电流信号和电压信号确定电流变化率、电压变化率、电流过零与否、电流幅值和电压幅值的信号。

3.如权利要求2所述的一种高压直流装备用快速故障检测方法，其特征在于：所述高压直流装备的故障判断包括过流判断、过压判断、电流变化率故障判断和电压变化率故障判断。

4.如权利要求3所述的一种高压直流装备用快速故障检测方法，其特征在于：所述过流判断过程为：

实时监视输电线路上的电流信息i，并与所述高压直流装备保护系统的阈值I_M进行比较，比较前将所述电流信息i处理为无符号数；

由于所述电流信息i本身存在一个电流采样偏差Δ，导致在过流比较中，过流标志位会出现抖动现象，故采用区间阈值的处理法进行过电流比较：

若i≥I_M，则过流故障标志位为1，表示过电流故障；

若i＜(I_M-Δ_i)，则过流故障标志位为0，表示为非过电流故障；

其中，Δ_i＞Δ。

5.如权利要求3所述的一种高压直流装备用快速故障检测方法，其特征在于：所述过压判断过程为：

实时监视输电线路上的电压信息v，并与所述高压直流装备保护系统的阈值V_M进行比较，比较前将电压信息v处理为无符号数；

若：v≥V_M，则过压标故障志位为1，表示过电压故障；

若：v＜(V_M-Δ_v)，则过压故障标志位为0，表示非过电压故障；

其中，Δ_v＞电压采样偏差。

6.如权利要求3所述的一种高压直流装备用快速故障检测方法，其特征在于：所述电流变化率故障判断过程为：

实时获取所述电力线路测量系统测量到的电流变化率信息di/dt，并与高压直流装备保护系统的变化率阈值di_M进行比较；

若di/dt≥di_M，则电流变化率故障标志位为1，表示电流变化率故障；

若di/dt＜(di_M-Δ_i-rate)，则电流变化率故障标志位为0，表示非电流变化率故障；

其中，Δ_i-rate＞电流变化率采样偏差。

7.如权利要求3所述的一种高压直流装备用快速故障检测方法，其特征在于：所述电压变化率故障判断过程为：

实时获取所述电力线路测量系统测量到的电压变化率信息du/dt，并与高压直流装备保护系统的变化率阈值du_M进行比较；

若du/dt≥du_M，则电压变化率故障标志位为1，表示电压变化率故障；

若du/dt＜(du_M-Δ_u-rate)，则电压变化率故障标志位为0，表示非电压变化率故障；

其中，Δ_u-rate＞电压变化率采样偏差。

8.一种高压直流装备用快速故障检测系统，其特征在于：包括控制机箱；所述控制机箱包括电源板、通信板和主控板；

所述通信板通过电力线路测量系统获取输电线路上的电压信号、电流信号和电力线路测量系统的工作状态信息；通过背板差分通信将所述电压信号、电流信号和电力线路测量系统的工作状态信息发送至所述主控板；所述主控板获取高压直流装备保护系统的判据数值；所述主控板根据所述电力线路测量系统的工作状态判断其是否存在故障，若所述电力线路测量系统存在故障，则将所述电力线路测量系统的工作状态信息发送至所述高压直流装备保护系统，并根据所述工作状态信息，做出相应的响应；若所述电力线路测量系统不存在故障，则所述主控板根据所述判据数值分别与所述电压信号和电流信号做比较，判断高压直流装备是否存在故障；若高压直流装备存在故障，则将其故障信息和电流电压值上传给所述高压直流装备控制保护系统。

9.如权利要求8所述的一种高压直流装备用快速故障检测系统，其特征在于：所述主控板包括处理器、采集电路和电平转换电路；所述采集电路从所述电力线路测量系统中获取输电线路上的电压信号和电流信号；所述电平转换电路将采集到的信号与预设信号范围进行比较，当采集到的信号超出预设信号范围时，发出比较结果信号；所述处理器依据所述比较结果信号判断高压直流装备的故障类型，并进行将故障信息通过光纤上传至所述高压直流装备控制保护系统。

10.如权利要求9所述的一种高压直流装备用快速故障检测系统，其特征在于：所述采集电路包括滤波调理电路、串行模数转换器、硬件过流检测电路和数模转换器；采集到的信号模拟量通过所述滤波调理电路后，经所述串行模数转换器转化成信号数字量传给所述处理器；

采集到的信号模拟量与通过所述数模转换器和硬件过流检测电路产生的过流保护值进行比较，当检测到硬件过流后硬件过流故障信号有效。