CN108469557A - 基于换流器差动保护的高压直流输电换流器故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于换流器差动保护的高压直流输电换流器故障定位方法，通过高压直流输电换流器故障定位系统实现，该系统包括信号采集模块、信号处理模块、换流器差动保护出口信号判断模块及后台管理模块4个部分。信号采集模块、换流器差动保护出口信号判断模块、后台管理模块均与信号处理模块相连。本发明能够利用故障发生到保护控制作用使得故障电流信息变异前的数据对可使换流器差动保护动作的高压直流输电换流器区内外8种故障进行定位，给相关工作人员快速处理故障提供指导，保障高压直流输电系统的及时重启运行，从而保障功率的正常传输与系统的稳定。

Description

基于换流器差动保护的高压直流输电换流器故障定位方法

技术领域

本发明涉及电力系统故障定位系统，尤其涉及一种基于换流器差动保护的高压直流输电换流器故障定位方法。

背景技术

高压直流输电系统输电因具有容量大、输电距离远、传输损耗低的优点，因此在我国电力格局中占据着越来越重要的地位。高压直流输电的基本原理是：在高压直流输电系统的送电端用换流器进行整流，将三相交流电转换为直流电，电能经过高压直流输电线路进行传输，再在高压直流输电系统的受电端用换流器进行逆变，将直流电转换为三相交流电，电能送入受电端的交流系统。

换流器是高压直流输电系统中最重要的元件之一，承担了整流和逆变重要的换流任务，换流器故障引发保护动作后，需要快速地对故障进行处理以使高压直流输电系统能够及时重启，保障功率的传输与系统的稳定，然而在实际工程中，换流器的多种故障均对应于同一种或者几种保护，因而只凭借保护动作情况，并不能判断出具体的故障类型与位置，这给故障处理带来了巨大压力，因此，设计出一种较为完善的高压直流输电换流器故障定位方法对跨区域的功率传输、保障电力资源的快速可靠配置具有重要意义。

现有在换流器故障定位方面的技术主要存在两大问题：一是需要利用故障发生后较长时间的电流信息，未考虑故障发生后保护控制迅速作用使得故障电流信息变异甚至消失这一现实问题，导致故障定位存在错误甚至无法实现；二是未考虑换流器区外故障对保护动作的影响，以至于换流器区外故障使得保护动作后相关工作人员无法正确地对故障位置作出判断。因此以上两个问题都会造成对故障定位的错误指导，相关工作人员得到错误的指导信息后，反而会耽误故障处理时间，因此有必要引入一种考虑换流器保护控制作用时间、保护对区外故障响应情况的换流器故障定位方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于换流器差动保护的高压直流输电换流器故障定位方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于换流器差动保护的高压直流输电换流器故障定位方法，其特征在于：通过高压直流输电换流器故障定位系统实现，适用于未配置第一类阀短路保护的高压直流输电工程，该系统包括信号采集模块、信号处理模块、换流器差动保护出口信号判断模块及后台管理模块4个部分，信号采集模块、换流器差动保护出口信号判断模块及后台管理模块均与信号处理模块相连，实现流程如下所述：

A、信号采集模块获取换流器高压桥交流侧三相电流互感器CT_IACY所测得的电流I_{a Y}、I_{b Y}、I_{c Y}和换流器低压桥交流侧三相电流互感器CT_IACD所测得的电流I_{a D}、I_{b D}、I_{c D}以及换流器直流侧高压端直流电流互感器CT_IDH所测得的直流电流I_dH和换流器直流侧中性线电流互感器CT_IDN所测得的中性线直流电流I_{d N}，并将这8种电流信号输送给信号处理模块对电气信号做数学运算处理，计算出I_{d H}与I_{d N}之差的绝对值为abs(I_{d H}-I_{d N})，并判断abs(I_{d H}-I_{d N})>0.02pu是否成立，若否，则返回继续获取电流信息，若是，则获取刚满足abs(I_{d H}-I_{d N})>0.02pu之后的8.7ms时间内的电流信息，开始进行故障定位，进行第B步判断；

B、信号处理模块对电气信号做数学运算处理，计算出I_{a Y}、I_{b Y}、I_{c Y}之和的绝对值为abs(I_{a Y}+I_{b Y}+I_{c Y})，I_{a D}、I_{b D}、I_{c D}之和的绝对值为abs(I_{a D}+I_{b D}+I_{c D})，信号处理模块判断电流信息中是否存在abs(I_{a Y}+I_{b Y}+I_{c Y})>0.03pu、abs(I_{a D}+I_{b D}+I_{c D})>0.03pu或I_{d H}>1.01pu，若存在连续0.3ms的数据都满足abs(I_{a Y}+I_{b Y}+I_{c Y})>0.03pu，则输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算；若运算结果为1，说明换流器确实发生可使得换流器差动保护动作的故障，信号处理模块控制输出口输出换流器高压桥区外交流侧接地故障K6的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K6的编码信号，进行K6的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器高压桥区外交流侧查找接地故障；若存在连续0.3ms的数据都满足abs(I_{a D}+I_{b D}+I_{c D})>0.03pu，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器低压桥区外交流侧接地故障K7的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K7的编码信号，进行K7的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器低压桥区外交流侧查找接地故障；若存在连续0.3ms的数据都满足I_{d H}>1.01pu，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器区外直流侧短路故障K8的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K8的编码信号，进行K8的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器高压桥区外直流侧查找短路故障；若电流信息中不存在abs(I_{a Y}+I_{b Y}+I_{c Y})>0.03pu、abs(I_{a D}+I_{b D}+I_{c D})>0.03pu或I_{d H}>1.01pu，换流器未发生K6、K7、K8三种中的任何一种故障，那么信号处理模块进行第C步判断；

C、信号处理模块对电气信号做数学运算处理，计算出I_{a Y}、I_{b Y}、I_{c Y}的最大值为I_{a c Y}，判断电流信息中是否存在连续0.3ms的数据都满足I_{a c Y}>1.01pu，若是，信号处理模块进行第D步判断，若否，信号处理模块进行第E步判断；

D、信号处理模块判断电流信息中是否存在连续0.3ms的数据都满足I_{d H}<0，若是，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器高压桥区内直流侧接地故障K2的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K2的编码信号，进行K2的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器高压桥区内直流侧查找接地故障；若电流信息中不存在数据满足I_{d H}<0，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器高压桥区内交流侧接地故障K1的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K1的编码信号，进行K1的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器高压桥区内交流侧查找接地故障；

E、信号处理模块对电气信号做数学运算处理，计算出I_{a D}、I_{b D}、I_{c D}的最大值为I_{a c D}，并判断是否存在I_{a c D}及I_{d H}均大于0.99pu、小于1.01pu，若是，进行第F步判断，若否，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算；若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器低压桥区内交流侧接地故障K3与换流桥中点接地故障K4的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K3与K4的编码信号，进行K3与K4的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器低压桥区内交流侧与换流桥中点处查找接地故障；

F、信号处理模块对电气信号中的I_{d N}与I_{d H}进行作差运算，并判断电流信息中是否存在连续0.3ms的数据都满足I_{d N}-I_{d H}>0.02pu，若是，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器低压桥区内交流侧接地故障K3的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K3的编码信号，进行K3的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器低压桥区内交流侧查找接地故障；若电流信息中不存在I_{d N}-I_{d H}>0.02pu，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出中性线接地故障K5的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K5的编码信号，进行K5故障的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器低压桥区内的中性线查找接地故障。

信号采集模块的采集频率与实际高压直流输电工程一致，为10kHz，即每0.1ms采集一个点，连续0.3ms的数据即为连续3个采集点。

本发明用于可使换流器差动保护动作的高压直流输电换流器区内外8种故障的定位，它能利用故障电流信息变异前的数据自动判断出故障类型，并输出对应故障类型的报警信号，使得故障能够快速地被处理，从而保障高压直流输电系统的及时重启运行，保障功率的传输与系统的稳定。

附图说明

图1为本发明的系统组成图；

图2为本发明的故障定位流程图；

图3为可使得换流器差动保护动作的换流器区内外8种故障示意图；

图4为K6、K7与其它故障交流侧电流情况对比图，其中a为其它故障交流侧电流情况示意图，b为故障K6或K7交流侧电流情况示意图；

图5为K8的故障电流回路图；

图6为K1与K2的故障电流回路图，其中：a为K1的情况1的故障电流回路图，b为K1的情况2的故障电流回路图，c为K2的故障电流回路图；

图7为K3、K4与K5的故障电流回路图，其中：a为K3的情况1的故障电流回路图，b为K3的情况2的故障电流回路图，c为K3的情况2的故障电流回路图；d为K5的故障电流回路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

一种基于换流器差动保护的高压直流输电换流器故障定位方法，通过高压直流输电换流器故障定位系统实现，该系统包括信号采集模块、信号处理模块、换流器差动保护出口信号判断模块及后台管理模块4个部分，信号采集模块、换流器差动保护出口信号判断模块及后台管理模块均与信号处理模块相连，实现流程如下所述：

A、信号采集模块获取换流器高压桥交流侧三相电流互感器CT_IACY所测得的电流I_{a Y}、I_{b Y}、I_{c Y}和换流器低压桥交流侧三相电流互感器CT_IACD所测得的电流I_{a D}、I_{b D}、I_{c D}以及换流器直流侧高压端直流电流互感器CT_IDH所测得的直流电流I_dH和换流器直流侧中性线电流互感器CT_IDN所测得的中性线直流电流I_{d N}，并将这8种电流信号输送给信号处理模块对电气信号做数学运算处理，计算出I_{d H}与I_{d N}之差的绝对值为abs(I_{d H}-I_{d N})，并判断abs(I_{d H}-I_{d N})>0.02pu是否成立，若否，则返回继续获取电流信息，若是，则获取刚满足abs(I_{d H}-I_{d N})>0.02pu之后的8.7ms时间内的电流信息，开始进行故障定位，进行第B步判断；

B、信号处理模块对电气信号做数学运算处理，计算出I_{a Y}、I_{b Y}、I_{c Y}之和的绝对值为abs(I_{a Y}+I_{b Y}+I_{c Y})，I_{a D}、I_{b D}、I_{c D}之和的绝对值为abs(I_{a D}+I_{b D}+I_{c D})，信号处理模块判断电流信息中是否存在abs(I_{a Y}+I_{b Y}+I_{c Y})>0.03pu、abs(I_{a D}+I_{b D}+I_{c D})>0.03pu或I_{d H}>1.01pu，若存在连续0.3ms的数据都满足abs(I_{a Y}+I_{b Y}+I_{c Y})>0.03pu，则输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算；若运算结果为1，说明换流器确实发生可使得换流器差动保护动作的故障，信号处理模块控制输出口输出换流器高压桥区外交流侧接地故障K6的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K6的编码信号，进行K6的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器高压桥区外交流侧查找接地故障；若存在连续0.3ms的数据都满足abs(I_{a D}+I_{b D}+I_{c D})>0.03pu，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器低压桥区外交流侧接地故障K7的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K7的编码信号，进行K7的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器低压桥区外交流侧查找接地故障；若存在连续0.3ms的数据都满足I_{d H}>1.01pu，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器区外直流侧短路故障K8的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K8的编码信号，进行K8的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器高压桥区外直流侧查找短路故障；若电流信息中不存在abs(I_{a Y}+I_{b Y}+I_{c Y})>0.03pu、abs(I_{a D}+I_{b D}+I_{c D})>0.03pu或I_{d H}>1.01pu，换流器未发生K6、K7、K8三种中的任何一种故障，那么信号处理模块进行第C步判断；

C、信号处理模块对电气信号做数学运算处理，计算出I_{a Y}、I_{b Y}、I_{c Y}的最大值为I_{a c Y}，判断电流信息中是否存在连续0.3ms的数据都满足I_{a c Y}>1.01pu，若是，信号处理模块进行第D步判断，若否，信号处理模块进行第E步判断；

D、信号处理模块判断电流信息中是否存在连续0.3ms的数据都满足I_{d H}<0，若是，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器高压桥区内直流侧接地故障K2的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K2的编码信号，进行K2的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器高压桥区内直流侧查找接地故障；若电流信息中不存在数据满足I_{d H}<0，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器高压桥区内交流侧接地故障K1的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K1的编码信号，进行K1的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器高压桥区内交流侧查找接地故障；

E、信号处理模块对电气信号做数学运算处理，计算出I_{a D}、I_{b D}、I_{c D}的最大值为I_{a c D}，并判断是否存在I_{a c D}及I_{d H}均大于0.99pu、小于1.01pu，若是，进行第F步判断，若否，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算；若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器低压桥区内交流侧接地故障K3与换流桥中点接地故障K4的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K3与K4的编码信号，进行K3与K4的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器低压桥区内交流侧与换流桥中点处查找接地故障；

F、信号处理模块对电气信号中的I_{d N}与I_{d H}进行作差运算，并判断电流信息中是否存在连续0.3ms的数据都满足I_{d N}-I_{d H}>0.02pu，若是，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器低压桥区内交流侧接地故障K3的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K3的编码信号，进行K3的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器低压桥区内交流侧查找接地故障；若电流信息中不存在I_{d N}-I_{d H}>0.02pu，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出中性线接地故障K5的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K5的编码信号，进行K5故障的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器低压桥区内的中性线查找接地故障。

南方电网负责的部分高压直流输电工程在换流器区配置了第一类阀短路保护，也可以动作于能够使I_{d H}和I_{d N}存在差值的故障，但第一类发短路保护整定时间比换流器差动保护短，当发生故障使第一类阀短路保护满足动作判据时，会闭锁换流器差动保护，因此本发明只适用于未配置第一类阀短路保护的高压直流输电工程。

工作原理：

如图3所示，换流器区(S区)是指换流器高压桥交流侧三相电流互感器CT_IACY、换流器低压桥交流侧三相电流互感器CT_IACD以及换流器直流侧高压端直流电流互感器CT_IDH和换流器直流侧中性线电流互感器CT_IDN之间的区域。换流器区内接地故障包括K1-K5，高压直流输电系统正常运行时，CT_IDH所测得的直流电流I_{d H}和CT_IDN所测得的中性线直流电流I_{d N}相等，为额定电流，大小为1个标幺值，即1pu，在换流器区内发生接地故障时，两者存在差值，部分实大部分实际工程中由此给换流器区内接地故障设计的换流器差动保护的的动作判据为abs(I_{d H}-I_{d N})>△，式中△为大于0的值。而根据相关报道可知，K6，K7，K8这三种区外故障也会使得换流器的I_{d H}和I_{d N}存在差值，导致换流器差动保护动作，因此在换流器保护动作后，查找故障位置时，还需要考虑K6、K7与K8。

换流器差动保护整定时间在不同的高压直流输电工程中具有不同的取值,特高压直流输电工程中一般取为5ms，例复龙至奉贤±800kV高压直流输电工程的换流器差动保护整定时间取为5ms，常规直流输电工程中取为10ms或者10ms以上，如三峡至广东±500kV高压直流输电工程取为10ms。换流器差动保护的动作策略是先移相后跳开交流侧断路器，由于系统通信延时、信号处理过程中需要延时(例如在换流器差动保护动作之前系统自检需要延时0.5ms)、移相策略需要避免电气信号突变引起暂态过电压而需要延时等，实际录波显示在到达保护整定时间后还需要额外延时4-5ms的时间，电流信息才会因为移相而发生变异，因此要实现故障定位，需要在保护整定时间加上额外延时时间段的电流信息中提取不同故障电流特征的差异性，则在特高压工程中能利用的时间段较短，最短仅为9ms，本发明取满足保护判据后的8.7ms的电流信息的数据进行故障定位工作。

南方电网负责的部分高压直流输电工程在换流器区配置了第一类阀短路保护，动作判据为I_{a c Y}-min(I_{d H},I_{d N})>△或者I_{a c D}-min(I_{d H},I_{d N})>△，式中min(I_{d H},I_{d N})为I_{d H}与I_{d N}两者的较小值，△为大于0的值，第一类阀短路保护也可以动作于能够使I_dH和I_dN存在差值的故障，但第一类阀短路保护整定时间为0.5ms，当发生故障使第一类阀短路保护满足动作判据时，会闭锁换流器差动保护，因此本发明只适用于未配置第一类阀短路保护的高压直流输电工程。

下面将可使换流器差动保护动作的8种故障分为4类对本发明的工作原理进行叙述。

1、换流器高或低压桥区外交流侧接地故障K6或K7

高压直流输电系统正常运行时，CT_IACY所测得的电流I_{a Y}、I_{b Y}、I_{c Y}对称CT_IACD所测得的电流I_{a D}、I_{b D}、I_{c D}对称，即I_{a Y}、I_{b Y}、I_{c Y}为0，I_{a D}、I_{b D}、I_{c D}之和为0，在故障时，由于高、低压桥的换流变压器二次侧三相交流绕组分别为星型(Y)接法和三角(D)接法，不能在二次侧提供零序电流的流通路径，即换流变压器二次侧三相电流I_a、I_b、I_c之和恒为0。

如图4所示，当换流器区内发生故障K1-K5时，无论是交流侧或者直流侧故障，或者是换流器区外直流侧发生故障K8时，CT_IACY或CT_IACD所测得的电流均为换流变压器二次侧三相电流。所以I_{a Y}、I_{b Y}、I_{c Y}与I_{a D}、I_{b D}、I_{c D}之和均为0。当换流器交流侧区外发生故障K6或K7时，回路的畸变使得CT_IACY或CT_IACD测得的电流不再是换流变压器二次侧电流，当高压直流输电系统处于图4工况时，电流互感器所测电流之和为I_{a Y}+I_{b Y}+I_{c Y}-I_g即为-I_g，即abs(I_{a Y}+I_{b Y}+I_{c Y})>0或者abs(I_{a D}+I_{b D}+I_{c D})>0。

所以为实现换流器故障定位，本发明根据对K6与K7的分析，整理以下2条结论：

结论1：当发生故障K6时，abs(I_{a Y}+I_{b Y}+I_{c Y})>0，为躲过实际工程中正常运行时的由不平衡电流、测量误差等造成的电流误差，K6的判断式取为abs(I_{a Y}+I_{b Y}+I_{c Y})>0.03pu。

结论2：当发生故障K7时，abs(I_{a D}+I_{b D}+I_{c D})>0，为躲过实际工程中正常运行时的由不平衡电流、测量误差等造成的电流误差，K7的判断式取为abs(I_{a D}+I_{b D}+I_{c D})>0.03pu。

2、K8：

如图5所示，换流器区外直流侧发生的故障K8的故障点在CT_IDH的外面，使得短路电流流过CT_IDH，I_{d H}增大，而其它故障的短路电流均在CT_IDH里面，I_{d H}减小或不变。

为实现换流器故障定位，可整理结论：K8的判断式可取为I_dH>1.01pu。

3、换流器区内高压桥接地故障K1与K2：

(1)K1：

当换流器区内高压桥发生接地故障K1时，以A相接地为例，当V14导通时换流器区内高压桥发生A相接地故障，称为K1的情况1，即K1₍₁₎，此时形成两个电流回路，如图6(a)所示。回路1由接地极、CT_IDN、低压桥、高压桥共阳极导通阀V14及接地点构成，此回路为短路回路，回路中电流增大，所以I_{a D}、I_{b D}、I_{c D}的最大值为I_{a c D}增大，I_{d N}也增大；由于晶闸管的反向阻断作用，直流滤波器DCF无法向换流器放电，即回路2电流无法从直流滤波器DCF反向流回换流器，所以电流通过高压桥共阴极导通阀、CT_IDH、直流线路流向逆变侧，此回路直流侧输出电压减小，导致I_{a c Y}与I_{d H}减小。

而在V14不导通时换流器区内高压桥发生A相接地故障，称为K1的情况2，即K1₍₂₎，如图6(b)所示，同理回路1中电流增大，回路2中电流减小，即I_{a c Y}、I_{a c D}及I_dN增大，I_{d H}减小。

(2)K2：

当发生K2时，如图6(c)所示，同理可知回路1中电流增大，回路2中电流减小，即I_{a c Y}、I_{a c D}及I_{d N}均增大，I_{d H}减小。但此时由于直流滤波器DCF向接地点放电，放电回路中含有CT_IDH，致使I_{d H}减小后反向增大到小于0。

在换流器区内低压桥发生接地故障K3、K4或K5时，如图7所示，I_{a c Y}处于回路2中，所以I_{a c Y}不可能存在增大的情况，因此要判断是高压桥还是低压桥是生接地故障，只需判断在9ms内判断是否存在I_{a c Y}大于0即可，由于换流器高压桥发生接地故障K1的情况1，即K1₍₁₎时，由理论分析和实际录波可知I_{a c Y}减小至小于额定值(1pu)的最长时间为7.9ms，即在7.9ms后，I_{a c Y}增大到大于1pu，K1₍₂₎和K2一发生I_{a c Y}就增大到大于1pu，因此在9ms内，可根据I_acY的变化情况判断出故障是发生在换流器区内的高压桥还是低压桥。

所以为实现换流器故障定位，本发明根据对K1与K2的分析，整理以下2条结论：

结论1：为防止电流误差的干扰，本发明设定区分换流器区内高、低压桥接地故障的判断式为I_{a c Y}>1.01pu，即在换流器区内高压桥发生接地故障K1或K2时，I_{a c Y}>1.01pu，而换流器区内低压桥法生接地故障K3、K4或K5时，则不存在I_{a c Y}>1.01pu。

结论2：而区分K1₍₁₎、K1₍₂₎与K2的判断式为I_dH<0，即当发生K2时，存在I_dH<0，而发生故障K1时则不存在。

4、换流器区内低压桥接地故障K3、K4与K5

(1)K3：

当换流器区内低压桥发生接地故障K3时，以A相接地为例，当V24导通时换流器区内低压桥发生A相接地故障，称为K3的情况1，即K3₍₁₎，此时形成两个电流回路，如图7(a)所示。回路1由接地极、CT_IDN、V24及接地点构成；回路2电流由低压桥换流变压器、低压桥阴极导通阀、高压桥、CT_IDH、直流线路流向逆变侧。此时的高压直流输电系统相当于整流侧的中性线上再加了一个接地点，回路2输出电压不受影响，回路2中电流I_{a c Y}、I_{a c D}与I_{d H}不变，而当高压直流输电系统在双极不平衡、单极大地及单极金属回线且整流站是非接地情况的三种运行方式下，电流经接地点和接地极分流，因此I_{d N}减小至小于1pu；

而在V24不导通时流器区内低压桥发生A相接地故障，称为K3的情况2，即K3₍₂₎，如图，如图7(b)所示，回路1中I_{a c D}与I_{d N}增大，回路2中I_{a c Y}与I_{d H}减小。

(2)K4：

换流器发生故障K4后，电流回路如图7(c)所示，同理可知回路1中I_{a c D}与I_{d N}增大，回路2中I_{a c Y}与I_{d H}减小。

(3)K5：

换流器发生故障K5时，相当于在中性线上再引入了一个接地点，电流回路如图7(d)所示,与K2的情况2一致，当系统在双极不平衡、单极大地及单极金属回线且整流站是非接地情况的三种运行方式下，I_{a c Y}、I_{a c D}与I_{d H}不变，I_{d N}减小至小于1pu。

因此可知，K3₍₁₎、K5与K3₍₂₎、K4的区别在于K3₍₁₎和K5存在I_{a c D}及I_{d H}均不变的情况，而K3₍₂₎和K4不存在，所以为防止电流误差的干扰，本发明设定K3₍₁₎、K5与K3₍₂₎、K4判断式0.99pu<I_{a c D}<1.01pu且0.99pu<I_{d H}<1.01pu，即当发生K3₍₁₎、K5时，存在0.99pu<I_{a c D}<1.01pu且0.99pu<I_{d H}<1.01pu，而发生K3₍₂₎和K4时则不存在。

所以为实现换流器故障定位，本发明根据对K3、K4与K5的分析，整理以下3条结论：

结论1：不管哪个换流阀导通，K5的电流特征均为I_{a c Y}、I_{a c D}与I_{d H}不变，I_{d N}减小，而通过分析和实际录波显示，K3₍₁₎的I_{d N}小于I_{d H}的最长时间为7.15ms，因此，在9ms的电气时间内，K3存在I_{d N}-I_{d H}>0，而K5却不存在。为防止电流误差的干扰，本发明设定区分K3与K5的判断式为I_{d N}-I_{d H}>0.02pu，即当发生K3故障时，存在I_{d N}-I_{d H}>0.02pu，而发生K5时则不存在。

结论2：由实际录波显示K3在情况2与K4电流变化特征保持一致的时间大于9ms，因此无法区分出K3₍₂₎与K4。

K1₍₁₎的I_{a c Y}<1pu的最长时间为7.9ms，即与故障相连接的高压桥共阴极阀刚开始导通时出现接地故障的情况下，因此根据判断出K1需要的时间为7.9+0.3＝8.2ms，小于8.7ms；K3₍₁₎与K5电流特征保持一致的最长时间为7.15ms，因此判断出K2的最长时间为7.45ms，小于8.7ms；K3₍₂₎和K4电流特征保持一致的时间大于10ms，无法对K3₍₂₎和K4进行区分；其它故障的判定时间均在0.3ms以内。因此，本发明取在满足abs(I_{d H}-I_{d N})>0.02pu后的8.7ms电流信息，可快速、准确地实现故障定位，为换流器差动保护动作后的故障处理提供准确的指导。abs(I_{d H}-I_{d N})>0.02pu为本发明对8种故障进行判断的启动判断式，即判断出电流信息满足abs(I_{d H}-I_{d N})>0.02pu时，才认为有使换流器差动保护发生的故障发生，并开始故障的判断，将阈值取为0.02pu，主要是考虑躲过不平衡电流、测量误差等造成的误差。

Claims (1)

1.基于换流器差动保护的高压直流输电换流器故障定位方法，其特征在于：适用于未配置第一类阀短路保护的高压直流输电工程，通过高压直流输电换流器故障定位系统实现，该系统包括信号采集模块、信号处理模块、换流器差动保护出口信号判断模块及后台管理模块4个部分，信号采集模块、换流器差动保护出口信号判断模块及后台管理模块均与信号处理模块相连，实现流程如下所述：

A、信号采集模块获取换流器高压桥交流侧三相电流互感器CT_IACY所测得的电流I_aY、I_bY、I_cY和换流器低压桥交流侧三相电流互感器CT_IACD所测得的电流I_aD、I_bD、I_cD以及换流器直流侧高压端直流电流互感器CT_IDH所测得的直流电流I_dH和换流器直流侧中性线电流互感器CT_IDN所测得的中性线直流电流I_dN，并将这8种电流信号输送给信号处理模块对电气信号做数学运算处理，计算出I_dH与I_dN之差的绝对值为abs(I_dH-I_dN)，并判断abs(I_dH-I_dN)>0.02pu是否成立，若否，则返回继续获取电流信息，若是，则获取刚满足abs(I_dH-I_dN)>0.02pu之后的8.7ms时间内的电流信息，开始进行故障定位，进行第B步判断；

B、信号处理模块对电气信号做数学运算处理，计算出I_aY、I_bY、I_cY之和的绝对值为abs(I_aY+I_bY+I_cY)，I_aD、I_bD、I_cD之和的绝对值为abs(I_aD+I_bD+I_cD)，信号处理模块判断电流信息中是否存在abs(I_aY+I_bY+I_cY)>0.03pu、abs(I_aD+I_bD+I_cD)>0.03pu或I_dH>1.01pu，若存在连续0.3ms的数据都满足abs(I_aY+I_bY+I_cY)>0.03pu，则输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算；若运算结果为1，说明换流器确实发生可使得换流器差动保护动作的故障，信号处理模块控制输出口输出换流器高压桥区外交流侧接地故障K6的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K6的编码信号，进行K6的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器高压桥区外交流侧查找接地故障；若存在连续0.3ms的数据都满足abs(I_aD+I_bD+I_cD)>0.03pu，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器低压桥区外交流侧接地故障K7的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K7的编码信号，进行K7的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器低压桥区外交流侧查找接地故障；若存在连续0.3ms的数据都满足I_dH>1.01pu，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器区外直流侧短路故障K8的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K8的编码信号，进行K8的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器高压桥区外直流侧查找短路故障；若电流信息中不存在abs(I_aY+I_bY+I_cY)>0.03pu、abs(I_aD+I_bD+I_cD)>0.03pu或I_dH>1.01pu，换流器未发生K6、K7、K8三种中的任何一种故障，那么信号处理模块进行第C步判断；

C、信号处理模块对电气信号做数学运算处理，计算出I_aY、I_bY、I_cY的最大值为I_acY，判断电流信息中是否存在连续0.3ms的数据都满足I_acY>1.01pu，若是，信号处理模块进行第D步判断，若否，信号处理模块进行第E步判断；

D、信号处理模块判断电流信息中是否存在连续0.3ms的数据都满足I_dH<0，若是，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器高压桥区内直流侧接地故障K2的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K2的编码信号，进行K2的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器高压桥区内直流侧查找接地故障；若电流信息中不存在数据满足I_dH<0，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器高压桥区内交流侧接地故障K1的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K1的编码信号，进行K1的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器高压桥区内交流侧查找接地故障；

E、信号处理模块对电气信号做数学运算处理，计算出I_aD、I_bD、I_cD的最大值为I_acD，并判断是否存在I_acD及I_dH均大于0.99pu、小于1.01pu，若是，进行第F步判断，若否，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算；若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器低压桥区内交流侧接地故障K3与换流桥中点接地故障K4的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K3与K4的编码信号，进行K3与K4的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器低压桥区内交流侧与换流桥中点处查找接地故障；

F、信号处理模块对电气信号中的I_dN与I_dH进行作差运算，并判断电流信息中是否存在连续0.3ms的数据都满足I_dN-I_dH>0.02pu，若是，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出换流器低压桥区内交流侧接地故障K3的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K3的编码信号，进行K3的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器低压桥区内交流侧查找接地故障；若电流信息中不存在I_dN-I_dH>0.02pu，输出高电平和换流器差动保护出口判断模块的判断信号进行与运算，若运算结果为1，信号处理模块控制输出口输出中性线接地故障K5的编码信号给后台管理模块，后台管理模块根据K5的编码信号，进行K5故障的声音报警或者显示报警，以提醒相关工作人员在换流器低压桥区内的中性线查找接地故障；

信号采集模块的采集频率与实际高压直流输电工程一致，为10kHz，即每0.1ms采集一个点，连续0.3ms的数据即为连续3个采集点。