CN108599101A - 一种直流滤波器的接地保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流滤波器的接地保护方法及装置。其工作方式是：采集直流滤波器的首端电流和尾端电流，不经滤波，保留包括直流分量在内的全频谱电流；首端电流和尾端电流进行矢量相加得到差流，再求取差流全波有效值。当差流全波有效值大于差流异常报警定值且持续时间达到报警延时后，发出差流异常报警信号；当差流全波有效值大于动作门槛1且持续时间达到跳闸延时1后，发出接地保护动作信号；当差流全波有效值大于动作门槛2且持续时间达到跳闸延时2后，发出接地保护动作信号。本发明可有效提高直流滤波器接地故障时保护动作的可靠性和灵敏性，对于提高直流输电系统的可靠性具有重大意义。

Description

一种直流滤波器的接地保护方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统领域的高压直流输电工程用直流滤波器的电气量保护技术，尤其涉及一种直流滤波器的接地保护方法及装置。

背景技术

高压和特高压直流输电系统正常运行时，换流阀、平波电抗器、极母线、直流滤波器及中性点母线构成了一个完整谐振回路，如图1所示。高压和特高压直流输电系统后文简称直流输电系统。根据工程需要，一般是某次或某几次偶数次谐波的谐振回路，如12次、24次或36次。如此，换流阀产生的谐波基本上就被限制在此谐振回路中，流进直流输电线路的谐波很小，这就是直流输电系统直流侧的滤波原理。直流滤波器发生接地故障不仅会直接损坏直流滤波器，更会导致直流输电系统停极或是紧急停运，从而危及电力系统的安全稳定运行。据有关资料显示，直流滤波器相关事故直接导致了15％以上的直流输电系统停极事故。因此，提高直流滤波器接地故障时保护动作的可靠性和灵敏性，对于提高直流输电系统的可靠性具有重大意义。

目前，现有技术之一反映直流滤波器接地故障的是采用基于基尔霍夫电流平衡原理的差动保护，通常以3次、6次及12次谐波或单纯地选择某次谐波幅值作为特征量反映直流滤波器接地故障，存在灵敏度不足的问题。现有技术之二是以测量直流滤波器谐波阻抗的方式反映直流滤波器接地故障，但由于目前工程上电压互感器和电流互感器测量误差为5％，这个误差都会大于直流滤波器接地故障时产生的谐波阻抗变化，因此该方法目前在工程上不可行。现有技术之三是采用普通差动保护及不平衡电流过流的方式反映直流滤波器高端电容器接地故障，依然存在灵敏度不足的问题，同时无法反映直流滤波器器调谐区接地故障。

为了解决上述直流滤波器接地短路故障时保护灵敏性和可靠性不足的问题，需要一种全新的直流滤波器接地保护方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是：提供一种直流滤波器接地保护方法及装置，以克服现有直流滤波器差动保护以某次或某几次谐波幅值作为特征量反映直流滤波器接地故障灵敏度不足的问题。

为了实现上述技术目的，本发明提出以下技术方案：一种直流滤波器的接地保护方法，采集直流滤波器的首端电流和尾端电流，不经滤波，保留包括直流分量在内的全频谱电流；首端电流和尾端电流进行矢量相加得到差流，再求取差流全波有效值；当所述差流全波有效值大于差流异常报警定值且持续时间达到报警延时后，发出差流异常报警信号；当差流全波有效值大于动作门槛1且持续时间达到跳闸延时1后，或者当差流全波有效值大于动作门槛2且持续时间达到跳闸延时2后，发出接地保护动作信号。上述直流滤波器的接地保护方法中，所述动作门槛1的整定方法为：制动系数1与制动电流全波有效值相乘之积，与启动定值1相比，取两者最大值为所述动作门槛1；所述制动电流全波有效值由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得。

上述直流滤波器的接地保护方法中，所述动作门槛2的整定方法为：制动系数2与制动电流全波有效值相乘之积，与启动定值2相比，取两者最大值为所述动作门槛2；所述制动电流全波有效值由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得。

上述直流滤波器的接地保护方法中，所述接地保护方法的计算公式为：

其中，I_h,I_t分别为直流滤波器首端电流和尾端电流，不经低通滤波，且保留直流分量；I_d为差流全波有效值；I_r为制动电流全波有效值，由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得；k₁,k₂分别为制动系数1和制动系数2；I_{set_alm}为差流异常报警定值；I_set1,I_set2分别为启动定值1和启动定值2；I_th1,I_th2分别为动作门槛1和动作门槛2。本发明还提供一种直流滤波器的接地保护装置，包括采集模块，计算模块，判断模块；其中，

所述采集模块，用于采集直流滤波器的首端电流和尾端电流，不经滤波，保留包括直流分量在内的全频谱电流；

所述计算模块，用于接收采集模块的首端电流和尾端电流进行矢量相加得到差流，再求取差流全波有效值；

所述判断模块，用于接收计算模块的差流全波有效值，当所述差流全波有效值大于差流异常报警定值且持续时间达到报警延时后，发出差流异常报警信号；当差流全波有效值大于动作门槛1且持续时间达到跳闸延时1后，或者当差流全波有效值大于动作门槛2且持续时间达到跳闸延时2后，发出接地保护动作信号。

上述直流滤波器的接地保护装置中，所述计算模块还包括制动电流全波有效值的计算，所述制动电流全波有效值由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得；所述判断模块的动作门槛1的整定方法为：制动系数1与制动电流全波有效值相乘之积，

与启动定值1相比，取两者最大值为所述动作门槛1。

上述直流滤波器的接地保护装置中，所述计算模块还包括制动电流全波有效值的计算，所述制动电流全波有效值由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得；所述判断模块的动作门槛2的整定方法为：制动系数2与制动电流全波有效值相乘之积，

与启动定值2相比，取两者最大值为所述动作门槛2。

上述直流滤波器的接地保护装置中，所述判断模块的计算公式为：

其中，I_h,I_t分别为直流滤波器首端电流和尾端电流，不经低通滤波，且保留直流分量；I_d为差流全波有效值；I_r为制动电流全波有效值，由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得；k₁,k₂分别为制动系数1和制动系数2；I_{set_alm}为差流异常报警定值；I_set1,I_set2分别为启动定值1和启动定值2；I_th1,I_th2分别为动作门槛1和动作门槛2。

本发明的有益效果：

采用本发明所述方法，与现有保护方法相比，采用包括直流分量在内的全频谱差流全波有效值作为特征量，并设置两个动作门槛的动作方式，可显著提高接地保护在直流输电系统各种运行方式下直流滤波器区内接地故障的灵敏性，尤其是直流输电系统双极并联方式运行时直流滤波器电容区或调谐区发生接地故障的灵敏度。

附图说明

图1为直流输电系统及直流滤波器接地故障示意图；

图2为直流滤波器接地保护配置图；

图3为直流滤波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。

本发明的方案具体为，采集直流滤波器的首端电流和尾端电流，如图2所示，不经滤波，保留包括直流分量在内的全频谱电流；首端电流和尾端电流进行矢量相加得到差流，再求取差流全波有效值。当差流全波有效值大于差流异常报警定值且持续时间达到报警延时后，发出差流异常报警信号；当差流全波有效值大于动作门槛1且持续时间达到跳闸延时1后，发出接地保护动作信号；当差流全波有效值大于动作门槛2且持续时间达到跳闸延时2后，发出接地保护动作信号。制动系数1与制动电流全波有效值相乘之积，与启动定值1相比，取两者最大值为所述动作门槛1；制动系数2与制动电流全波有效值相乘之积，与启动定值2相比，取两者最大值为所述动作门槛2；制动电流全波有效值由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得。

可用以下公式表示，

其中，I_h,I_t分别为直流滤波器首端电流和尾端电流，不经低通滤波，且保留直流分量；I_d为差流全波有效值；I_r为制动电流全波有效值，滤除直流分量；k₁,k₂分别为制动系数1和制动系数2；I_{set_alm}为差流异常报警定值；I_set1,I_set2分别为启动定值1和启动定值2；I_th1,I_th2分别为动作门槛1和动作门槛2。

直流滤波器有常见的三种接线方式，其接地保护配置示意图，如图2所示。对于这三种接线方式的直流滤波器，均是采集其首端电流IZT1和尾端电流IZT2来共同构成接地保护。

直流滤波器接地保护动作逻辑图，如图3所示，由报警判据和两段动作判据共同构成，即，当差流全波有效值大于差流异常报警定值且持续时间达到报警延时后，发出差流异常报警信号；当差流全波有效值大于动作门槛1且持续时间达到跳闸延时1后，发出接地保护动作信号；当差流全波有效值大于动作门槛2且持续时间达到跳闸延时2后，发出接地保护动作信号。

本发明还提供一种直流滤波器的接地保护装置，包括采集模块，计算模块，判断模块；

其中，

所述采集模块，用于采集直流滤波器的首端电流和尾端电流，不经滤波，保留包括直流分量在内的全频谱电流；

所述计算模块，用于接收采集模块的首端电流和尾端电流进行矢量相加得到差流，再求取差流全波有效值；

所述判断模块，用于接收计算模块的差流全波有效值，当所述差流全波有效值大于差流异常报警定值且持续时间达到报警延时后，发出差流异常报警信号；当差流全波有效值大于动作门槛1且持续时间达到跳闸延时1后，或者当差流全波有效值大于动作门槛2且持续时间达到跳闸延时2后，发出接地保护动作信号。

上述直流滤波器的接地保护装置中，所述计算模块还包括制动电流全波有效值的计算，所述制动电流全波有效值由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得；所述判断模块的动作门槛1的整定方法为：制动系数1与制动电流全波有效值相乘之积，与启动定值1相比，取两者最大值为所述动作门槛1。

上述直流滤波器的接地保护装置中，所述计算模块还包括制动电流全波有效值的计算，所述制动电流全波有效值由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得；所述判断模块的动作门槛2的整定方法为：制动系数2与制动电流全波有效值相乘之积，与启动定值2相比，取两者最大值为所述动作门槛2。

上述直流滤波器的接地保护装置中，所述判断模块的计算公式为：

其中，I_h,I_t分别为直流滤波器首端电流和尾端电流，不经低通滤波，且保留直流分量；I_d为差流全波有效值；I_r为制动电流全波有效值，由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得；k₁,k₂分别为制动系数1和制动系数2；I_{set_alm}为差流异常报警定值；I_set1,I_set2分别为启动定值1和启动定值2；I_th1,I_th2分别为动作门槛1和动作门槛2。

Claims (8)

1.一种直流滤波器的接地保护方法，其特征在于：采集直流滤波器的首端电流和尾端电流，保留包括直流分量在内的全频谱电流；首端电流和尾端电流进行矢量相加得到差流，再求取差流全波有效值；当所述差流全波有效值大于差流异常报警定值且持续时间达到报警延时后，发出差流异常报警信号；当差流全波有效值大于动作门槛1且持续时间达到跳闸延时1后，或者当差流全波有效值大于动作门槛2且持续时间达到跳闸延时2后，发出接地保护动作信号。

2.如权利要求1所述的直流滤波器的接地保护方法，其特征在于，所述动作门槛1的整定方法为：制动系数1与制动电流全波有效值相乘之积，与启动定值1相比，取两者最大值为所述动作门槛1；所述制动电流全波有效值由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得。

3.如权利要求1所述的直流滤波器的接地保护方法，其特征在于，所述动作门槛2的整定方法为：制动系数2与制动电流全波有效值相乘之积，与启动定值2相比，取两者最大值为所述动作门槛2；所述制动电流全波有效值由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得。

4.如权利要求1所述的直流滤波器的接地保护方法，其特征在于，所述接地保护方法的计算公式为：

其中，I_h,I_t分别为直流滤波器首端电流和尾端电流，不经低通滤波，且保留直流分量；I_d为差流全波有效值；I_r为制动电流全波有效值，由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得；k₁,k₂分别为制动系数1和制动系数2；I_{set_alm}为差流异常报警定值；I_set1,I_set2分别为启动定值1和启动定值2；I_th1,I_th2分别为动作门槛1和动作门槛2。

5.一种直流滤波器的接地保护装置，其特征在于，包括采集模块，计算模块，判断模块；其中，

所述采集模块，用于采集直流滤波器的首端电流和尾端电流，不经滤波，保留包括直流分量在内的全频谱电流；

所述计算模块，用于接收采集模块的首端电流和尾端电流进行矢量相加得到差流，再求取差流全波有效值；

所述判断模块，用于接收计算模块的差流全波有效值，当所述差流全波有效值大于差流异常报警定值且持续时间达到报警延时后，发出差流异常报警信号；当差流全波有效值大于动作门槛1且持续时间达到跳闸延时1后，或者当差流全波有效值大于动作门槛2且持续时间达到跳闸延时2后，发出接地保护动作信号。

6.如权利要求5所述的直流滤波器的接地保护装置，其特征在于，所述计算模块还包括制动电流全波有效值的计算，所述制动电流全波有效值由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得；所述判断模块的动作门槛1的整定方法为：制动系数1与制动电流全波有效值相乘之积，与启动定值1相比，取两者最大值为所述动作门槛1。

7.如权利要求5所述的直流滤波器的接地保护装置，其特征在于，所述计算模块还包括制动电流全波有效值的计算，所述制动电流全波有效值由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得；所述判断模块的动作门槛2的整定方法为：制动系数2与制动电流全波有效值相乘之积，与启动定值2相比，取两者最大值为所述动作门槛2。

8.如权利要求5所述的直流滤波器的接地保护装置，其特征在于，所述判断模块的计算公式为：

其中，I_h,I_t分别为直流滤波器首端电流和尾端电流，不经低通滤波，且保留直流分量；I_d为差流全波有效值；I_r为制动电流全波有效值，由直流滤波器尾端电流剔除直流分量后计算所得；k₁,k₂分别为制动系数1和制动系数2；I_{set_alm}为差流异常报警定值；I_set1,I_set2分别为启动定值1和启动定值2；I_th1,I_th2分别为动作门槛1和动作门槛2。