CN107134755B - 一种直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法 - Google Patents

一种直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法：包括第一接地跳闸元件、第二接地跳闸元件和接地告警元件。第一接地跳闸元件用于立即切除高压电容器顶端附近的接地故障；第二接地跳闸元件用于快速切除高压电容器中间部位的接地故障；接地告警元件用于告警提示高压电容器底端附近的接地故障。采用本发明可不依赖于系统运行工况有效辨别高压电容器接地故障的严重程度，选择性地动作于告警或跳闸，提高保护的选择性和灵敏度，定值整定方法简单。

Description

一种直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法。
背景技术
在高压直流输电系统中，直流滤波器是换流站的关键设备，用于滤除换流器产生的特征谐波以及极端情况下的非特征谐波。直流滤波器的安全、可靠运行，对换流站甚至整个直流输电系统的安全、稳定意义重大。
高压电容器是直流滤波器的核心部件，是直流滤波器保护的主要保护对象。目前，直流输电工程中的直流滤波器配备的主保护为差动保护和电容器不平衡保护，差动保护用于直流滤波器接地故障判别，并根据故障严重程度等信息综合决策，动作于告警或跳闸；电容器不平衡保护主要针对直流滤波器高压电容器中电容元件短路故障，防止高压电容器大量电容元件短路引起的滤波特性变化、桥臂过压等问题，仅动作于告警。特高压直流工程中，专门为直流滤波器高压电容器接地故障设置接地保护，其保护原理采用差动保护和电容器不平衡保护相结合的保护方法。
高压电容器上不同位置发生接地故障时，电容元件承受的过电压不同，接地故障的严重程度与电容元件的过电压情况密切相关；而且，高压电容器底端发生接地故障时，电容元件的耐压能力允许直流滤波器再运行一段时间，为提高直流输电系统安全稳定运行的可靠性，保护需要根据电容元件的过电压水平和耐压能力选择告警或跳闸。
在不同系统运行工况下，即使高压电容器上同一位置发生接地故障，采集的各电流大小也存在巨大差异，直流滤波器差动保护采用的固定动作门槛保护模式，不能可靠识别高压电容器接地故障的严重程度，易出现误动、拒动等现象，保护动作选择性和灵敏度无法保证。特高压直流工程的直流滤波器高压电容器接地保护，采用的差动保护和电容器不平衡保护结合的保护方法，虽然保护原理上满足了高压电容器接地故障的需求，但是高压电容器接地故障的严重程度辨别和保护定值整定只能通过仿真试验完成，仿真试验无法覆盖全部工况，不能保证保护的灵敏度，而且定值整定难度大。
因此，非常有必要研究一种专门针对直流输电直流滤波器高压电容器的接地保护方法，在不同的系统运行工况下，直流滤波器高压电容器发生接地故障时，保护能有效辨别高压电容器接地故障的严重程度，选择性地动作于告警或跳闸，提高保护的选择性和灵敏度，同时降低定值整定难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有直流输电直流滤波器差动保护在高压电容器接地故障时表现出来的选择性和灵敏度不足的问题，提供一种可不依赖于系统运行工况、有效辨别高压电容器接地故障严重程度的接地保护方法，提高保护的选择性和灵敏度。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
(1)一种直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法，包括第一接地跳闸元件和第二接地跳闸元件。
(2)第一接地跳闸元件，采用首端电流和尾端电流的差电流进行保护计算，无延时动作于跳闸，保护动作判据为固定门槛或带制动特性的差动保护方法。
(3)第二接地跳闸元件，采用不平衡电流、首端电流及首端电流和尾端电流的差电流进行保护计算，短延时动作于跳闸，其保护判据为：
其中：Iunb为不平衡电流；Id为首端电流和尾端电流的差电流；kset为保护定值，物理意义为高压电容器顶端与接地故障点间电容元件数占整个桥臂总电容元件数的百分比，0.5＜kset＜1；Iunbf为不平衡电流谐波有效值；I1f为首端电流谐波有效值；C为高压电容器电容值，w为角频率，Z为高压电容器底部对地阻抗，Iunbf、I1f、w和Z采用固定次谐波分别计算，保护判据采用或逻辑，建议用直流滤波器含量最高的特征谐波。
(4)第一接地跳闸元件和第二接地跳闸元件的保护范围设定交叉区域。
(5)第一接地跳闸元件和第二接地跳闸元件的保护范围和保护定值由高压电容器电容元件耐压参数决定。
(6)本发明的高压电容器接地保护方法还包括接地告警元件，长延时动作于告警，其保护判据为：
其中：Iunbf为不平衡电流谐波有效值；I2f为尾端电流谐波有效值；高压电容器电容值，w为角频率，Z为高压电容器底部对地阻抗，Iunbf、I1f、w和Z采用固定次谐波分别计算，保护判据采用或逻辑，建议用直流滤波器含量最高的特征谐波。
本发明的有益效果：
本发明提出一种直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法，在不同系统运行工况下，可有效辨别高压电容器接地故障的严重程度，选择性地动作于告警或跳闸，提高了保护的选择性和灵敏度，定值整定方法简单。
附图说明
图1为本发明的直流滤波器高压电容器接地保护保护区划分示意图；
图2为本发明的直流滤波器高压电容器接地保护动作逻辑图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述，提供的数据用于解释发明内容，在不同应用中，直流滤波器参数会有差异，实际使用时根据高压电容器参数进行调整。实施例如下：
本发明的直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法，包括第一接地跳闸元件和第二接地跳闸元件。
当高压电容器顶端与接地故障点间电容元件数占整个桥臂总电容元件数0-50％时，此区间的电容元件承受的过电压远超过其耐压能力，达到正常运行时电压的2倍以上，暂态充、放电过程剧烈，甚至可以导致电容元件快速击穿，首端电流和尾端电流的差电流变化特征明显。第一接地跳闸元件，采用首端电流和尾端电流的差电流进行保护计算，无延时动作于跳闸，保护动作判据为固定门槛或带制动特性的差动保护方法，用于立即切除高压电容器顶端附近的接地故障。
当高压电容器顶端与接地故障点间电容元件数占整个桥臂总电容元件数50-70％时，此区间的电容元件承受的过电压超过其耐压能力，达到正常运行时电压的1.4-2倍，但电容元件不会立即击穿，仍可短时安全运行，不平衡电流与首端电流和尾端电流的差电流比值变化特征明显。第二接地跳闸元件，采用不平衡电流、首端电流及首端电流和尾端电流的差电流进行保护计算，短延时动作于跳闸，用于快速切除高压电容器中间部位的接地故障，其保护判据为：
其中：Iunb为不平衡电流；Id为首端电流和尾端电流的差电流；kset为保护定值，物理意义为接地故障点到高压电容器顶端的电容元件个数占整个高压电容器电容元件总数的百分比，0.5＜kset＜1；Iunbf为不平衡电流谐波有效值；I1f为首端电流谐波有效值；C为高压电容器电容值，w为角频率，Z为高压电容器底部对地阻抗，Iunbf、I1f、w和Z可以采用多次谐波分别计算，保护判据采用或逻辑，为保证精度，建议用直流滤波器含量最高的特征谐波。
第二接地跳闸元件的实际的保护范围以高压电容器顶端与接地故障点间电容元件数占整个桥臂总电容元件数50％处为中心两端对称，即第一接地跳闸元件和第二接地跳闸元件的保护范围交叉区域为30％-50％。可防止第一接地跳闸元件保护灵敏度不足而拒动。
第一接地跳闸元件和第二接地跳闸元件的保护范围、保护定值和保护延时由直流滤波器高压电容器电容元件耐压参数决定，即上述第一接地跳闸元件和第二接地跳闸元件划分的保护区要根据实际被保护的直流滤波器高压电容器耐压参数进行调整，不需要考虑系统运行工况。
本发明提出的直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法还包括接地告警元件，长延时动作于告警，用于提示高压电容器底端附近的接地故障，此时电容元件可长时间安全运行；其保护动作门槛固定，但是高于正常的不平衡保护定值，可与不平衡保护告警区分，保护延时参考直流滤波器高压电容器电容元件耐压参数进行整定，其保护判据为：
其中：Iunbf为不平衡电流谐波有效值；I2f为尾端电流谐波有效值；高压电容器电容值，w为角频率，Z为高压电容器底部对地阻抗，Iunbf、I1f、w和Z可以采用多次谐波分别计算，保护判据采用或逻辑，为保证精度，建议用直流滤波器含量最高的特征谐波。
如图1所示为本发明的保护区划分示意图，如图2所示为本发明的保护动作逻辑图。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法，其特征在于，包括第一接地跳闸元件和第二接地跳闸元件，所述第一接地跳闸元件，采用首端电流和尾端电流的差电流进行保护计算，无延时动作于跳闸，保护动作判据为固定门槛或带制动特性的差动保护方法；所述第二接地跳闸元件，采用不平衡电流、首端电流及首端电流和尾端电流的差电流进行保护计算，短延时动作于跳闸，其保护判据为：
其中：Iunb为不平衡电流；Id为首端电流和尾端电流的差电流；kset为保护定值，物理意义为高压电容器顶端与接地故障点间电容元件数占整个桥臂总电容元件数的百分比，0.5＜kset＜1；Iunbf为不平衡电流谐波有效值；I1f为首端电流谐波有效值；C为高压电容器电容值，w为角频率，Z为高压电容器底部对地阻抗，Iunbf、I1f、w和Z采用固定次谐波分别计算，保护判据采用或逻辑，谐波采用直流滤波器含量最高的特征谐波。
2.如权利要求1所述的直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法，其特征在于，其中所述第一接地跳闸元件和第二接地跳闸元件的保护范围设定交叉区域。
3.如权利要求1所述的直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法，其特征在于，其中所述第一接地跳闸元件和第二接地跳闸元件的保护范围、保护定值和保护延时由高压电容器电容元件耐压参数决定。
4.如权利要求1所述的直流输电直流滤波器高压电容器接地故障保护方法，其特征在于，还包括接地告警元件，长延时动作于告警，其保护判据为：
其中：Iunbf为不平衡电流谐波有效值；I2f为尾端电流谐波有效值；C为高压电容器电容值，w为角频率，Z为高压电容器底部对地阻抗，Iunbf、I1f、w和Z采用固定次谐波分别计算，保护判据采用或逻辑，谐波采用直流滤波器含量最高的特征谐波。
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