CN110361623B - 一种多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法 - Google Patents
一种多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种针对多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法，该方法包括：步骤1：直流控制保护主机实时采集多端直流系统相关模拟量；步骤2：根据变压器阀侧零序电压判据逻辑及直流电压不平衡判据逻辑，由直流控制保护主机判断是否发生了故障；步骤3：如果发生了单点接地故障，直流控制保护主机执行中性点小电阻投切逻辑；如果没有发生单点接地故障，则返回步骤2继续判断；步骤4：直流控制保护主机进行故障定位；步骤5：直流控制保护主机进行故障隔离。该方法可以快速识别单点接地故障，迅速投切小电阻，为直流控制保护主机快速定位及隔离故障提供有力保证，以提高直流系统的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于柔性直流配电控制保护技术领域，尤其涉及一种多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法。
背景技术
多端直流系统各端由直流线路互连，当系统发生单点接地故障时，各端均向该故障点注入故障电流，若不能及时的进行故障定位及隔离，故障范围扩大化会造成整个多端直流系统的停运甚至损坏设备。现有的10kV多端直流系统，系统大多采用大电阻(3750欧姆)接地方式，发生单点接地故障时，故障电流较小，差动保护不能满足动作可靠性的要求，对系统安全运行具有很大的危害性。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法，可以快速识别单点接地故障，迅速投切小电阻，为直流控制保护主机快速定位及隔离故障提供有力保证，以提高直流系统的安全性和可靠性。
本发明具体采用以下技术方案：
一种多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法，当多端直流系统发生交流侧单相接地和直流侧单极接地两种单点接地故障时，直流控制保护主机可以通过变压器阀侧零序电压判据和直流电压不平衡判据进行中性点小电阻投切，短时增大故障电流，供直流控制保护主机进行故障定位。
其中该多端直流系统包括三端，第一端包括换流站VSC1、交流断路器ACB1、联接变压器T1、中性点接地电阻、中性点小电阻及其旁路开关S1、直流断路器DCB1及±10kV线路1，属于直流控制保护主机1保护区域；第二端包括换流站VSC2、交流断路器ACB2、联接变压器T2、中性点接地电阻、中性点小电阻及其旁路开关S2、直流断路器DCB2及±10kV线路2，属于直流控制保护主机2保护区域；第三端包括换流站VSC3、交流断路器ACB3、联接变压器T3、中性点接地电阻、中性点小电阻及其旁路开关S3、直流断路器DCB3、±10kV线路3，属于直流控制保护主机3保护区域；其中联接变压器原边连接交流断路器，变压器中性点连接中性点接地电阻和中性点小电阻及其旁路开关，变压器副边通过交流母线及启动回路连接换流器交流侧，换流器直流侧连接直流断路器，直流断路器连接直流母线，各端直流母线连接在一起，直流控制保护主机属于每一端的上层控制，对每一端进行控制和保护。
该投切方法步骤如下：
步骤1：直流控制保护主机实时采集多端直流系统相关模拟量；
步骤2：根据变压器阀侧零序电压判据逻辑及直流电压不平衡判据逻辑，由直流控制保护主机判断多端直流系统是否发生了交流侧单相接地故障或者直流侧单极接地故障；
步骤3：如果发生了交流侧单相接地故障或者直流侧单极接地故障后，直流控制保护主机执行中性点小电阻投切逻辑；如果没有发生故障，则返回步骤2继续判断；
步骤4：直流控制保护主机故障定位；
步骤5：直流控制保护主机故障隔离。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法，当多端直流系统发生交流测单相接地和直流侧单极接地两种单点接地故障时，可以通过变压器阀侧零序电压判据和直流电压不平衡判据进行中性点小电阻投切，增大故障电流，供保护装置进行故障定位，以提高直流系统的安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明一种多端直流系统主回路示意图。
图2是本发明基于换流器VSC1的故障点和保护区域投切方法示意图。
图3是本发明一种多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加明确，下面将结合附图对本发明做详细的解释说明。
为了便于理解本申请的技术方案，首先对多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法所基于的主回路结构进行简单介绍如下：如图1所示，其中该多端直流系统包括三端，第一端包括换流站VSC1、交流断路器ACB1、联接变压器T1、中性点接地电阻、中性点小电阻及其旁路开关S1、直流断路器DCB1及±10kV线路1，属于直流控制保护主机1保护区域；第二端包括换流站VSC2、交流断路器ACB2、联接变压器T2、中性点接地电阻、中性点小电阻及其旁路开关S2、直流断路器DCB2及±10kV线路2，属于直流控制保护主机2保护区域；第三端包括换流站VSC3、交流断路器ACB3、联接变压器T3、中性点接地电阻、中性点小电阻及其旁路开关S3、直流断路器DCB3、±10kV线路3，属于直流控制保护主机3保护区域；其中联接变压器原边连接交流断路器，变压器中性点连接中性点接地电阻和中性点小电阻及其旁路开关，变压器副边通过交流母线及启动回路连接换流器交流侧，换流器直流侧连接直流断路器，直流断路器连接直流母线，各端直流母线连接在一起，直流控制保护主机属于每一端的上层控制，对每一端进行控制和保护。
一种多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法故障点和保护区域示意图如图2所示，该图以换流器VSC1为例，换流器VSC2和换流器VSC3与之相同。
一种多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法流程图如图3所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤1：直流控制保护主机实时采集多端直流系统相关模拟量；
步骤2：根据变压器阀侧零序电压判据逻辑及直流电压不平衡判据逻辑，由直流控制保护主机判断多端直流系统是否发生了交流侧单相接地故障或者直流侧单极接地故障；
步骤3：如果发生了交流侧单相接地故障或者直流侧单极接地故障后，直流控制保护主机(1、2、3)执行中性点小电阻投切逻辑；如果没有发生故障，则返回步骤2继续判断；
步骤4：直流控制保护主机(1、2、3)故障定位；
步骤5：直流控制保护主机(1、2、3)故障隔离。
所述步骤1中相关模拟量包括变压器阀侧相电压(U1YA、U1YB、U1YC)、变压器阀侧相电流(I1YA、I1YB、I1YC)、启动回路相电流(IvCA、IvCB、IvCC)、换流器上桥臂电流(IbPA、IbPB、IbPC)、换流器下桥臂电流(IbNA、IbNB、IbNC)、换流器直流极正负极电压(UdP、UdN)、换流器直流极正负极电流(IdP、IdN)和直流线路电流(IdPL、IdNL)。
所述步骤2中的变压器阀侧零序电压判据是指单相接地故障时阀侧相电压三相不平衡，产生零序电压(|U1YA+U1YB+U1YC|≠0)，同时非故障相阀侧相电压升高。据此可以判断出多端直流系统发生了交流侧单相接地故障，需要执行小电阻投切逻辑，具体判据为：
|U1YA+U1YB+U1YC|>U1Y0_set且MAX(U1YA、U1YB、U1YC)>U1Y_set，零序电压定值(U1Y0_set)取为2pu，相电压定值(U1Y_set)取为1.2pu；
直流电压不平衡判据是指直流侧单极接地故障后故障极电压跌落为0，非故障极电压升高至2pu，产生不平衡直流电压(|UdP+UdN|≠0)，据此可以判断出多端直流系统发生了直流侧单极接地故障，需要执行小电阻投切逻辑，具体判据为：|UdP+UdN|>Udc_set，不平衡直流电压定值(Udc_set)取为0.5pu。
所述步骤3中发生了交流侧单相接地故障或者直流侧单极接地故障后，直流控制保护主机(1、2、3)执行中性点小电阻投切逻辑是指，各端直流控制保护主机根据步骤2中的判据判别出多端直流系统中某一端(VSC1、VSC2、VSC3)发生交流侧单相接地或者直流侧单极接地故障任意一种故障后，都执行中性点小电阻投切逻辑，由直流控制保护主机(1、2、3)向本保护区域内的中性点小电阻操作机构下发合闸指令，合上对应的中性点小电阻开关(S1、S2、S3)，10s后直流控制保护主机(1、2、3)自动下发分闸指令，分闸中性点小电阻开关。
所述步骤4中的直流控制保护主机(1、2、3)故障定位是指通过直流控制保护主机(1、2、3)的差动保护功能实时判别保护区域内的差动电流是否满足动作判据识别出故障区域，包括交流连接母线差动、桥臂电抗器差动、桥臂差动、直流线路差动，对中性点小电阻投切后系统相应故障点(图2中F2—F9故障点)的差动电流进行检测，定位出满足差动保护判据的区域，即可定位故障发生的区域。
其中交流连接母线差动保护主要保护区域为图2中F2、F3故障点，以A相为例，保护判据为|I1YA-IvCA|>max(Ich_set，k_set*Ires)，其中Ich_set取值0.1pu，k_set取值0.1，制动电流Ires＝max(|I1YA|，|IvCA|)。在F2、F3区域内发生单相接地故障后，故障点两侧测点出现差动电流，当差动电流满足保护判据后，交流连接线差动保护动作，故障点F2、F3区域内的单相接地故障即可定位；
其中桥臂电抗器差动保护主要保护区域为图2中F4、F5故障点，以A相为例，保护判据为|IvCA-IbPA-IbNA|>max(Ibr_set，k_set*Ires)，其中Ibr_set取值0.1pu，k_set取值0.1，制动电流Ires＝max(|IvCA|，|IbPA+IbNA|)。在F4、F5区域内发生单相接地故障后，故障点两侧测点出现差动电流，当差动电流满足保护判据后，桥臂电抗器差动保护动作，故障点F4、F5区域内的单相接地故障即可定位；
其中桥臂差动保护主要保护区域为图2中F6、F8故障点，以上桥臂为例，保护判据为|(IbPA+IbPB+IbPC)-IdP|>Max(Isc_set，k_set*Ires)，其中Isc_set取值0.1pu，k_set取值0.1，制动电流Ires＝max(|IbPA+IbPB+IbPC|，|IdP|)。在F6、F8区域内发生单点接地故障后，故障点两侧测点出现差动电流，当差动电流满足保护判据后，桥臂差动保护动作，故障点F6、F8区域内的单点接地故障即可定位；
其中直流线路差动保护主要保护区域为图2中F9故障点，以正极线路为例，保护判据为||IdP|–|IdPL||>Max(Isc_set，k_set*Ires)，其中Isc_set取值0.1pu，k_set取值0.1，制动电流Ires＝max(|IdP|，|IdPL|)。在F6、F8区域内发生单点接地故障后，故障点两侧测点出现差动电流，当差动电流满足保护判据后，桥臂差动保护动作，故障点F6、F8区域内的单点接地故障即可定位；
所述步骤5中的直流控制保护主机(1、2、3)故障隔离是指以直流控制保护主机1为例，通过步骤4中的差动保护识别出故障区域后，通过闭锁换流器VSC1，跳闸交流断路器ACB1和直流断路器DCB1隔离故障区域，从而保障多端直流系统非故障区域稳定运行。
直流控制保护主机2、3策略同上，在此不再赘述。采用上述多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法，可以快速识别多端直流系统单点接地故障，为系统稳定可靠运行提供有力保证。
以上所述仅为本发明的一种实施案例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多端直流系统单点接地故障定位的小电阻投切方法，其中该多端直流系统包括三端，
第一端包括换流站VSC1、交流断路器ACB1、联接变压器T1、中性点接地电阻、中性点小电阻及其旁路开关S1、直流断路器DCB1及±10kV线路1，属于直流控制保护主机1保护区域；第二端包括换流站VSC2、交流断路器ACB2、联接变压器T2、中性点接地电阻、中性点小电阻及其旁路开关S2、直流断路器DCB2及±10kV线路2，属于直流控制保护主机2保护区域；第三端包括换流站VSC3、交流断路器ACB3、联接变压器T3、中性点接地电阻、中性点小电阻及其旁路开关S3、直流断路器DCB3、±10kV线路3，属于直流控制保护主机3保护区域；其中联接变压器原边连接交流断路器，变压器中性点连接中性点接地电阻和中性点小电阻及其旁路开关，变压器副边通过交流母线及启动回路连接换流器交流侧，换流器直流侧连接直流断路器，直流断路器连接直流母线，各端直流母线连接在一起，直流控制保护主机属于每一端的上层控制，对每一端进行控制和保护；该方法具体包括如下步骤：
步骤1：直流控制保护主机实时采集多端直流系统相关模拟量；
步骤2：根据变压器阀侧零序电压判据逻辑及直流电压不平衡判据逻辑，由直流控制保护主机判断多端直流系统是否发生了交流侧单相接地故障或者直流侧单极接地故障；
步骤3：如果发生了交流侧单相接地故障或者直流侧单极接地故障，直流控制保护主机执行中性点小电阻投切逻辑；如果没有发生故障，则返回步骤2继续判断；
步骤4：直流控制保护主机进行单点接地故障定位，其中，所述单点接地故障被定位于交流连接母线差动保护区域、桥臂电抗器差动保护区域、桥臂差动保护区域或直流线路差动保护区域；
步骤5：直流控制保护主机进行故障隔离。
2.如权利要求1所述的一种小电阻投切方法，其特征在于：
所述步骤1中相关模拟量包括变压器阀侧A、B、C三相的相电压U1YA、U1YB和U1YC，变压器阀侧A、B、C三相的相电流I1YA、I1YB和I1YC，启动回路A、B、C三相的相电流IvCA、IvCB和IvCC，换流器上桥臂A、B、C三相的相电流IbPA、IbPB和IbPC，换流器下桥臂A、B、C三相的相电流IbNA、IbNB和IbNC，换流器直流极正负极电压UdP和UdN，换流器直流极正负极电流IdP和IdN，以及换流器直流极正负极线路电流IdPL和IdNL。
3.如权利要求2所述的一种小电阻投切方法，其特征在于：
所述步骤2中的变压器阀侧零序电压判据为：|U1YA+U1YB+U1YC |>U1Y0_set且MAX（U1YA、U1YB、U1YC）>U1Y_set，其中零序电压定值U1Y0_set取为2pu，相电压定值U1Y_set取为1.2pu；据此可以判断出多端直流系统发生了交流侧单相接地故障。
4.如权利要求2所述的一种小电阻投切方法，其特征在于：
所述步骤2中的直流电压不平衡判据为：|UdP+UdN|>Udc_set，其中不平衡直流电压定值Udc_set取为0.5pu；据此可以判断出多端直流系统发生了直流侧单极接地故障。
5.如权利要求2-4任意一项中所述的一种小电阻投切方法，其特征在于：
所述步骤3中发生了交流侧单相接地故障或者直流侧单极接地故障后，直流控制保护主机执行中性点小电阻投切逻辑是指：各端直流控制保护主机根据步骤2中的判据判别出多端直流系统中某一端发生交流侧单相接地或者直流侧单极接地故障任意一种故障后，都执行中性点小电阻投切逻辑，由直流控制保护主机向本保护区域内的中性点小电阻操作机构下发合闸指令，合上对应的中性点小电阻开关，10s后直流控制保护主机自动下发分闸指令，分闸中性点小电阻开关。
6.如权利要求5所述的一种小电阻投切方法，其特征在于：
所述步骤4中的直流控制保护主机进行故障定位是指：通过对中性点小电阻投切后系统相应故障点的差动电流进行检测，定位出满足差动保护判据的区域，即可定位故障发生的区域。
7.如权利要求6所述的一种小电阻投切方法，其特征在于：其中步骤4中差动保护判据具体为：
当满足|I1YA- IvCA|>max(Ich_set，k_set*Ires) 时，其中Ich_set取值0.1pu，k_set取值0.1pu，制动电流Ires=max(|I1YA|，|IvCA|)，单相接地故障即可定位在交流连接母线区域内；
当满足|IvCA-IbPA-IbNA|>max(Ibr_set，k_set*Ires)时，其中Ibr_set取值0.1pu，k_set取值0.1pu，制动电流Ires=max(|IvCA|，|IbPA+IbNA|)，单相接地故障即可定位在桥臂电抗器区域内；
当满足|(IbPA+ IbPB+ IbPC)-IdP|>Max(Isc_set，k_set*Ires)时，其中Isc_set取值0.1pu，k_set取值0.1pu，制动电流Ires=max（|IbPA+IbPB+IbPC|，|IdP|），单点接地故障即可定位在桥臂区域内；
当满足| |IdP|–|IdPL| |> Max(Isc_set，k_set*Ires)时，其中Isc_set取值0.1pu，k_set取值0.1pu，制动电流Ires=max(|IdP|，|IdPL |)，单点接地故障即可定位在直流线路区域内。
8.如权利要求7所述的一种小电阻投切方法，其特征在于：
所述步骤5中的直流控制保护主机进行故障隔离是指：根据步骤4定位识别出故障区域后，通过闭锁换流器，跳闸交流断路器和直流断路器隔离故障区域，从而保障多端直流系统非故障区域稳定运行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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