CN106707080A - 一种基于包络线的串补阻尼回路保护方法 - Google Patents

一种基于包络线的串补阻尼回路保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于包络线的串补阻尼回路保护方法，包括如下：步骤1，提取串补阻尼回路的特征量，所述特征量包括阻尼回路电流的半周波峰值、周期和振荡电流的包络线；步骤2，取得电流波形的前七个周期的峰值，判断峰值是否小于电流上限值，小于则停止检测，否则继续后续步骤；步骤3，分析所述特征量的计算量，根据特征量对应阈值判断串补阻尼回路是否正常。本发明的方法及系统，在滤除工频分量下，通过包络线的计算及其对应电阻阈值判断，可实现对阻尼回路电阻器及电抗器的检测保护。

Description

一种基于包络线的串补阻尼回路保护方法
技术领域
本发明涉及串补保护领域，具体涉及一种基于包络线的串补阻尼回路保护方法。
背景技术
现有的一次能源和电力负荷在地理位置上的分布存在很大差异，部分地方这一差异尤为突出。随着经济发展，能源供给与电力消费间的供需矛盾日趋严重，远距离、大容量、跨区域输电能够有效缓解电力供需矛盾，成为现代电力系统最重要的特征之一，同时也对电网的输电能力提出了更高的要求。将电力电容器串联于交流输电线路中的交流输电系统的串联电容补偿技术，补偿交流输电线路的部分感性阻抗，实现了增加线路输送容量、提高系统稳定性、降低网损、节约投资等目的。世界各国电力系统已广泛使用了这一技术。随着500kV电网大容量串补装置的应用，特别是在750kV及特高压电网的应用，一次设备的电压、电流、容量成倍增长，设备制造难度日益凸显，部分设备的制造水平在现有技术和材料上已经接近极限，需要拓宽思路，改变制造或安装设计方案，确保设备和电网的运行安全。串补装置中的阻尼电抗器，既需要阻尼串联电容器组放电电流在故障时刻保护电容器组及旁路设备，在特定工况下，还需要长期串联在线路中运行。现有的故障检测装置及方法中，缺少对阻尼电抗器的阻尼回路的检测保护，由于阻尼回路对串补装置的火花间隙保护起到关键作用，因此对阻尼回路的保护同样具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种基于包络线的串补阻尼回路保护方法，在滤除工频分量下实现对阻尼回路的检测保护。
为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于包络线的串补阻尼回路保护方法，所述阻尼回路是电阻器与电抗器并联电路，该并联电路连接在火花间隙两端，保护方法包括如下步骤：
步骤1，提取串补阻尼回路的特征量，所述特征量包括阻尼回路电流的半周波峰值、周期和振荡电流的包络线；
步骤2，取得电流波形的前七个周期的峰值，判断峰值是否小于电流上限值，小于则停止检测，否则继续后续步骤；
步骤3，分析所述特征量的计算量，根据特征量对应阈值判断串补阻尼回路是否正常。
进一步，所述特征量是对电流波形的前七个周期进行采集获取的。
进一步，所述步骤3还包括：
步骤31，判断半周波峰值的特征量是否大于该特征量对应阈值，所述半周波峰值的特征量对应阈值是相邻半周波峰值的比值平均值阈值，大于则继续后续步骤，否则停止检测；
步骤32，周期特征量以频率表示，判断其是否大于频率阈值，是则说明电抗器故障；
步骤33，包络线特征量以电阻阻值表示，判断其是否大于阻值阈值，是则说明电阻损坏。
进一步，所述相邻半周波峰值的比值平均值阈值，根据参与项目工作的电阻、电感、电容的具体参数计算阻尼速率，得到项目正常工作下的相邻半周波峰值的比值平均值阈值。
进一步，所述频率阈值是以频率额定值的1.1倍设定的。
进一步，所述阻值阈值是以额定阻值的1.1倍设定的。
进一步，所述步骤1还包括：步骤11，对串补阻尼回路的电流波形进行高通滤波，只保留高频分量，去掉工频分量，再对串补阻尼回路的特征量进行提取。
进一步，所述步骤33替换步骤34：步骤34为：特征量还包括阻尼电的阻能量梯度，判断能量梯度最大值是否小于能量梯度阈值，是则说明电阻损坏。
进一步，所述能量梯度阈值是计算6个电阻得到能量梯度的0.9倍。
本发明的一种基于包络线的串补阻尼回路保护方法，通过电阻能量梯度或包络线的阈值，可以判断阻尼回路的故障原因，可实现阻尼回路的电阻和电抗器同时判断，并根据包络线可准确估计电阻故障数量。
附图说明
图1为本发明的基于包络线的串补阻尼回路保护方法的步骤图。
图2为本发明的串补阻尼回路保护方法采用的串补阻尼回路模拟模块电路图
图3为串补阻尼回路阻尼电流的电流包络线。
图4为电抗器故障时阻尼电阻的电流包络线。
图5为电阻器故障时阻尼电抗的电流包络线。
图6为阻尼回路两端电流波形图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
参看图1为本发明实施例的一种基于包络线的串补阻尼回路保护方法，所述阻尼回路是电阻器与电抗器并联电路，该并联电路连接在火花间隙两端，包括如下步骤：
步骤1，对串补阻尼回路的电流波形进行高通滤波，只保留高频分量，去掉工频分量，再对串补阻尼回路的特征量进行提取；所述特征量包括阻尼回路电流的半周波峰值、周期和振荡电流的包络线；；所述特征量是对电流波形的前七个周期进行采集获取的；
步骤2，取得电流波形的前七个周期的峰值，判断峰值是否小于电流上限值，小于则停止检测，否则继续后续步骤；
步骤3，分析所述特征量的计算量，根据特征量对应阈值判断串补阻尼回路是否正常。
作为具体实施例，所述步骤3包括如下：
步骤31，判断半周波峰值的特征量是否大于该特征量对应阈值，所述半周波峰值的特征量对应阈值是相邻半周波峰值的比值平均值阈值，大于则继续后续步骤，否则停止检测；所述相邻半周波峰值的比值平均值阈值，根据参与项目工作的电阻、电感、电容的具体参数计算阻尼速率，得到项目正常工作下的相邻半周波峰值的比值平均值阈值；
步骤32，周期特征量以频率表示，判断其是否大于频率阈值，其以频率额定值的1.1倍设定，是则说明电抗器故障；
步骤33，包络线特征量以电阻阻值表示，判断其是否大于阻值阈值，以额定阻值的1.1倍设定，是则说明电阻损坏。
作为另一个实施例，所述步骤33替换步骤34：步骤34为：特征量还包括阻尼电的阻能量梯度，判断能量梯度最大值是否小于能量梯度阈值，是则说明电阻损坏。
进一步，所述能量梯度阈值是计算6个电阻得到能量梯度的0.9倍。
本发明采用包络线表示串补阻尼回路电流波形，可形象的表示阻尼回路衰减变化率。
参看图3至图5，以阻尼电抗部分损坏的情况为例说明如下，也可以认为是电容UC(0-)＝U0的零状态响应。
公式和推导过程都3.1节相同，只是电感值不同，以电感减小为之前的50％为例，
参数
式中，参数参数R为电阻阻值，C为电容容量，L为电抗器的电感。如果假设第一个峰值为ia，其时刻为ta，第二个峰值为ib，其时刻为tb。则：
上面两式相除，可得：
ia/ib＝e-β(ta-tb)
上式中，ia，ib，ta，tb均为已知量，可以得到β的表达式如下：
根据可得R的表达式如下：
由于上式中右侧所有数据均为已知量，故可以据此计算得到R值。
由于包络线包含很多峰值，为了减小误差，建议多取几个峰值进行计算，然后对计算结果取平均值。但是由于数值较低时，测量误差较大，因此建议忽略小于1kA的电流峰值。
在本实施例中，包络线是振荡电流峰值的连线，两个峰值之间的时间基本相同，但是峰值的大小不同。根据图3至图5的理论分析和仿真图像，以正半轴方向为例，当阻尼回路中的电抗器出现故障时，阻尼电路的放电频率变大。阻尼电流波形的包络线变缓。
当阻尼回路中的电阻器出现故障时，阻尼电路的阻尼效果变差，振荡幅度较小，阻尼电路的电流波形包络线比正常情况下变缓。
以玉林串补存在三个电阻开路为例，其串补参数如表1所示，
表1.玉林串补基本参数表：
序号 玉林
电容容值(uF) 192.3
额定电流(A) 2400
额定容抗(Ohm) 16.55
额定电压(kV) 39.72
阻尼电阻阻值(Ohm) 4
阻尼电抗器电感值(mH) 0.4
放电频率(Hz) 574
将上述玉林串补的基本参数带入其阻尼回路仿真模型，并带入上式之中，并对上式对应电流波形图的第1、2、3、4、5个正向峰值进行采样，以包络线的方式计算R值。
表2玉林串补的前五个波峰下的电流、周期
第1个波峰 第2个波峰 第3个波峰 第4个波峰 第5个波峰
i(kAp) 88.18 88.16 88.13 88.083 88.078
t(s) 0.40134 0.403076 0.40481 0.40657 0.4083
根据公式计算可得下表3：
表3玉林串补的前五个波峰下的电阻值
第1-2个波峰 第2-3个波峰 第3-4个波峰 第4-5个波峰 平均值
R(ohm) 19899.001 13246.960 8578.542 79240.387 30241.223
电阻阻值为12欧姆，计算结果和实际相符。
电阻阻值为无穷大，理论上讲应该只振荡不衰减，但是由于阻尼电抗器自身也有内阻，所以振荡仍旧会缓慢衰减。体现为阻尼电阻有一个较大的阻值。参看图6所示的阻尼回路两端的电压波形。尽管阻尼电阻已经断开，但是阻尼电抗器的内阻仍旧可以起到一定的阻尼作用，将阻尼电流逐渐减小，只是其阻尼效果非常差。
综上，电阻不同的损坏情况下，电阻总的吸收能量是有少许变化的，主要原因是电抗器内阻所吸收的能量发生变化所致。另一方面，虽然总能量的变化不大，但是不同情况下能量梯度的变化非常明显，如下表4所示
表4玉林串补的电组故障情况及能量梯度
电阻故障情况 能量梯度最大值
完好 3122
1只故障 2217
2只故障 1181
如果对比不同数量的电阻损坏情况下，对应阻尼回路电流波峰的数值，则可得到下表：
表5玉林串补的波峰与电阻故障情况表
从上表对比可见，虽然第一个波峰的数值较为接近，但是第2个波峰的数值上，损坏不同数量的差别就较为明显了，下表列出了和完好情况相比，不同数量电阻故障情况下表6的波峰数值对比：
表6玉林串补的波峰数值对比表
可见，只要将阻尼回路电流峰值与完好情况下的电流峰值进行对比，就可以知道是否发生了故障，以及故障电阻的数量。
将各种情况下的包络线计算结果统计如下：
表7玉林串补的包络线计算
可见计算所得的结果准确度令人满意，能够很好的分辨不同数量电阻的损坏情况。而且其可以直接计算得到阻值，这一点是其他方法无法比拟的。
上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于包络线的串补阻尼回路保护方法，所述阻尼回路是电阻器与电抗器并联电路，该并联电路连接在火花间隙两端，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，提取串补阻尼回路的特征量，所述特征量包括阻尼回路电流的半周波峰值、周期和振荡电流的包络线；
步骤2，取得电流波形的前七个周期的峰值，判断峰值是否小于电流上限值，小于则停止检测，否则继续后续步骤；
步骤3，分析所述特征量的计算量，根据特征量对应阈值判断串补阻尼回路是否正常。
2.根据权利要求1所述的基于包络线的串补阻尼回路保护方法，其特征在于，所述特征量是对电流波形的前七个周期进行采集获取的。
3.根据权利要求2所述的基于包络线的串补阻尼回路保护方法，其特征在于，所述步骤3还包括：
步骤31，判断半周波峰值的特征量是否大于该特征量对应阈值，所述半周波峰值的特征量对应阈值是相邻半周波峰值的比值平均值阈值，大于则继续后续步骤，否则停止检测；
步骤32，周期特征量以频率表示，判断其是否大于频率阈值，是则说明电抗器故障；
步骤33，包络线特征量以电阻阻值表示，判断其是否大于阻值阈值，是则说明电阻损坏。
4.根据权利要求3所述的基于包络线的串补阻尼回路保护方法，其特征在于，所述相邻半周波峰值的比值平均值阈值，根据参与项目工作的电阻、电感、电容的具体参数计算阻尼速率，得到项目正常工作下的相邻半周波峰值的比值平均值阈值。
5.根据权利要求3所述的基于包络线的串补阻尼回路保护方法，其特征在于，所述频率阈值是以频率额定值的1.1倍设定的。
6.根据权利要求3所述的基于包络线的串补阻尼回路保护方法，其特征在于，所述阻值阈值是以额定阻值的1.1倍设定的。
7.根据权利要求1所述的基于包络线的串补阻尼回路保护方法，其特征在于，所述步骤1还包括：步骤11，对串补阻尼回路的电流波形进行高通滤波，只保留高频分量，去掉工频分量，再对串补阻尼回路的特征量进行提取。
8.根据权利要求3所述的基于包络线的串补阻尼回路保护方法，其特征在于，所述步骤33替换步骤34：步骤34为：特征量还包括阻尼电的阻能量梯度，判断能量梯度最大值是否小于能量梯度阈值，是则说明电阻损坏。
9.根据权利要求8所述的基于包络线的串补阻尼回路保护方法，其特征在于，所述能量梯度阈值是计算6个电阻得到能量梯度的0.9倍。
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