CN111562455A - 用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法，包括：检测低压端电流I及不平衡电流I_un，并分别计算得出有效值；计算不平衡电流相对值I_unpu及低压端电流相对值I_opu；根据不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)及低压端电流相对值I_opu判定故障。还揭示一种装置。基于检测出的低压端电流I及不平衡电流I_un，分别进行计算转换成有效值，计算出不平衡电流相对值I_unpu及低压端电流相对值I_opu，通过不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)及低压端电流相对值I_opu的变化，可将故障的范围缩小到1/4桥臂，缩短故障定位的时间，节约了人力和时间成本，同时，可尽早发现故障并进行处理，避免跳闸现象，进而稳定高压直流系统的功率输送，以及避免电网频率的振荡产生。

Description

用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体地，涉及一种用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法及装置。

背景技术

交流滤波器是高压换流站的一个重要组成部分，可以补偿直流换流器消耗的无功功率，同时滤除和减少换流过程中产生的谐波以避免对交流系统造成影响。交流滤波器根据调谐滤波特性可分为多种类型，但主要的组成部分均为高压侧电容器，电容器的可靠运行直接影响到直流输电系统的安全稳定。高压电容器不平衡保护是交流滤波器的重要保护条件之一，这种保护方式可以在交流滤波器的电容器发生损坏后，及时地检测并切除故障滤波器，避免滤波器的电容器发生雪崩现象。

在高压直流输电系统中，每年都会发生2～3次交流滤波器高压电容器不平衡保护跳闸的情况，现有故障查找方法，一般是整组进行大臂桥差测量，此种方法是一种事后方法，保护装置动作后只能反映故障电容器所在电容器组的整组信息，要定位故障电容器还需要对组内电容器进行分只容量测量，检查和维护效率不高，由于整组电容器一般都在100多只以上，从故障发生到恢复正常需要10小时以上，需要耗费大量人力和时间，若是在工作过程中，再次发生同类故障，则会影响高压直流系统的功率输送或者引起电网频率的振荡。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法及装置。

本发明公开的一种用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法，包括：

检测低压端电流I及不平衡电流I_un，并分别计算得出有效值；

计算不平衡电流相对值I_unpu及低压端电流相对值I_opu；

根据不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)及低压端电流相对值I_opu判定故障。

根据本发明的一实施方式，还包括温度修正，温度修正为温度系数K的导入，温度系数K在计算不平衡电流相对值I_unpu及低压端电流相对值I_opu时导入。

根据本发明的一实施方式，低压端电流I包括第一低压电流I₃及第二低压电流I₄。

根据本发明的一实施方式，不平衡电流相对值I_unpu为不平衡电流I_un与第一低压电流I₃比值。

根据本发明的一实施方式，低压端电流相对值I_opu为第二低压电流I₄与第一低压电流I₃比值。

根据本发明的一实施方式，不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)为I_unpu(t2)与I_unpu(t1)差值。

本发明还公开一种装置，包括依序电连接的检测传感器、数据传输器及故障判定器。

根据本发明的一实施方式，还包括与故障判定器连接的故障显示器。

根据本发明的一实施方式，还包括温度传感器，温度传感器与故障判定器电连接。

根据本发明的一实施方式，检测传感器包括分别与数据传输器电连接的第一低压端电流传感、第二低压端电流传感器及不平衡电流传感器。

本发明的有益效果在于，基于检测出的低压端电流I及不平衡电流I_un，分别进行计算转换成有效值，并通过各自的有效值计算出不平衡电流相对值I_unpu及低压端电流相对值I_opu，通过不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)可判定故障发生在哪一个对角桥臂，再结合低压端电流相对值I_opu的变化，可将故障的范围缩小到1/4桥臂，可大大缩短故障定位的时间，节约了人力和时间成本，同时，可尽早发现故障并进行处理，避免跳闸现象，进而稳定高压直流系统的功率输送，以及避免电网频率的振荡产生。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为实施例一中H桥拓扑结构示意图；

图2为实施例二中装置的示意图。

附图标记说明

1-检测传感器；11-第一低压端电流传感；12-第二低压端电流传感器；13-不平衡电流传感器；2-数据传输器；3-故障判定器；4-故障显示器；5-温度传感器。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一：

如图1所示，图1为实施例一中H桥拓扑结构示意图。本发明的用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法，包括：

检测低压端电流I及不平衡电流I_un，并分别计算得出有效值；

计算不平衡电流相对值I_unpu及低压端电流相对值I_opu；

根据不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)及所述低压端电流相对值I_opu判定故障电容。

具体应用时，低压端电流I包括第一低压电流I₃及第二低压电流I₄。与低压端电流相对应的一端为高压端电流，高压端电流包括第一高压电流I₁及第二高压电流I₂。本实施例中，不平衡电流I_un为第一高压电流I₁与第一低压电流I₃的差值。具体的，根据现有的计算公式：

分别计算第一低压电流I₃、第二低压电流I₄及不平衡电流I_un的有效值。

具体应用时，不平衡电流相对值I_unpu为不平衡电流I_un与第一低压电流I₃比值。不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)为不同的两个时刻不平衡电流相对值I_unpu的差值，假设t₂时刻，不平衡电流相对值为I_unpu(t2)；t₁时刻，不平衡电流相对值为I_unpu(t1)，则不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)为I_unpu(t2)与I_unpu(t1)差值。

具体应用时，低压端电流相对值I_opu为第二低压电流I₄与第一低压电流I₃比值。

优选地，用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法还包括温度修正，其中，温度修正为温度系数K的导入，在计算不平衡电流相对值I_unpu及低压端电流相对值I_opu时导入温度系数K，由于温度对电容器电容值存在影响，故需要引入温度系数K进行补偿，有利于保证电容器电容值的准确性，防止电容器电容值的变化对不平衡电流相对值I_unpu造成影响，进而避免因不平衡电流相对值I_unpu出现偏差而导致的误判，确保对故障区精准判断。具体的，温度系数K的计算公式为：k＝1+α×(t-t₀)，其中，t₀为基准温度，即温度每升高一度，电容器电容值增加α倍。

优选地，可将正常的温度值与不平衡电流相对值I_unpu进行记录，并建立温度与不平衡电流相对值I_unpu的关系曲线，便于后续通过对比判断电容器是否正常运行，以及进行温度的补偿。

以下为用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法的详细步骤内容：本实施例中以H桥为例，每个桥臂上各设有电容器，如图1所示，4个桥臂上的电容器分别为C1、C2、C3、C4；设C1、C2、C3、C4的温度系数K分别为k1、k2、k3、k4，系统电压为U。

H桥总电容：

H桥总阻抗：

其中，ω为角频率，单位为rad/s，表达式为：ω＝2π*f，f为频率。

H桥高压侧阻抗：

H桥低压侧阻抗：

流经C1电流：

流经C2电流：

流经C3电流：

流经C4电流：

不平衡电流I_un：I_un＝I₁-I₃

不平衡电流I_un与第一低压电流I₃比值：

不平衡电流I_un与第一低压电流I₃比值的不平衡电流相对值阶跃变化：

设k₁k₄＝k₁₄，k₂k₃＝k₂₃，k₁′k₄′＝k₁₄′，k₂′k₃′＝k₂₃′，因为k＝1+α×(t-t₀)，温度系数K在分母上对于整体影响可以忽略，则上式化简为：

在不引入温度系数K时，若t₁与t₂时刻电容器温度差别较大，两时刻不平衡电流相对值I_unpu可能会有较大差别，此时对比得出的不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)可能会引起故障误判，而温度系数K值的引入可以排除这种误差。假设在t₂时刻电容器C1有元件被隔离，损失的电容量为ΔC，因为电容量损失相比于C1可以忽略，则上式可以写成：

第二低压电流I₄与第一低压电流I₃比值：

由以上公式推导可知，在电容器组正常运行时，因检测不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)的时间间隔很短，认为在t₁至t₂的间隔内，电容器温度系数没有变化，即不平衡电流相对值I_unpu和不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)只随C4/C3、C2/C1改变。而如果t₁至t₂的时间间隔较长，比如电容器投切前后，电容器温度差别较大的情况，此时不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)较大，如不补偿因温度变化而产生的误差，可能会造成故障误判，所以此时需要将t₁与t₂时刻的温度与他们正常运行时的不平衡电流相对值I_unpu进行对比，补偿因温度不同而产生的误差。在上式的ΔI中，

为补偿的量(即温漂)，此值可以从温度-不平衡电流相对值I_unpu关系曲线得出，而△I可以检测给出，所以

为真正需要抓取的不平衡电流相对值I_unpu的阶跃变化，此值为△I与

的差值，故障判定依靠这个值来判断。

结合以下两个公式，可将故障的判断分为两种情况：

第一种情况：当不平衡电流相对值I_unpu的代数值增大，即△I_(t)为正值时，即存在两种情况，其一为C4与C3的比值增大；其二是C2与C1的比值减小；鉴于电容器某元件损坏或隔离的情况下，其电容量减少，所以可判定是C3减小了，或者是C2减小，此时，可判定故障位于C2、C3这一对角桥臂；然后再结合低压端电流相对值I_opu的变化做进一步判断，若是检测到低压端电流相对值I_opu发生变化，则故障位于C3；反之，若是检测到低压端电流相对值I_opu没有发生变化，则故障位于C2。

第二种情况：当不平衡电流相对值I_unpu的代数值减小，即不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)为负值时，即存在两种情况，其一为C4与C3的比值减小；其二是C2与C1的比值增大；鉴于电容器某元件损坏或隔离的情况下，其电容量减少，所以可判定是C4减小了，或者是C1减小，此时，可判定故障位于C1、C4这一对角桥臂；然后再结合低压端电流相对值I_opu的变化做进一步判断，若是检测到低压端电流相对值I_opu发生变化，则故障位于C4；反之，若是检测到低压端电流相对值I_opu没有发生变化，则故障位于C1。

表一为验证该方法正确性的相应实验数据，其中，设定H桥电容器组中，每一相电容器被分为四个象限，每个象限(1/4桥臂)内电容器单元的组合方式为28串2并，单元电容器内部元件接线为4串16并，单元电容器内单个元件电容量为Ce。

表一：

通过表一的数据可知，时刻1为电容器正常工作的数据，时刻2相对时刻1而言，△I为负值，低压端电流相对值I_opu没有发生变化，判定故障位于C1；时刻3相对时刻2而言，△I为正值，低压端电流相对值I_opu没有发生变化，判定故障位于C2；时刻4相对时刻3而言，△I为正值，低压端电流相对值I_opu发生变化，判定故障位于C3；时刻5相对时刻4而言，△I为负值，低压端电流相对值I_opu发生变化，判定故障位于C4。显然，实验数据与理论推断结果一致。

实施例二：

如图2所示，图2为实施例二中装置的示意图。本发明还包括基于用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法的装置，包括依序电连接的检测传感器1、数据传输器2及故障判定器3，通过检测传感器1将检测到的数据通过数据传输器2输送至故障判定器3，通过故障判定器3进行判定。

优选地，该装置还包括故障显示器4，故障显示器4与故障判定器3电连接，通过故障显示器4将故障判定器3判定的结果进行显示，起到提示作用。

优选地，该装置还包括温度传感器5，温度传感器5电连接故障判定器3，通过温度传感器5将电容器的温度传输至故障判定器3，便于存储电容器正常工作时的温度数据，以及发生了变化后的温度数据，用以后续的温度修正。

优选地，检测传感器1包括第一低压端电流传感器11、第二低压端电流传感器12及不平衡电流传感器13，第一低压端电流传感器11、第二低压端电流传感器12及不平衡电流传感器13均与数据传输器2电连接。

该装置使用时，第一低压端电流传感器11、第二低压端电流传感器12分别获取两个低压端的电流值，不平衡电流传感器13获取不平衡电流的电流值，三者通过数据传输器2将数据输送至故障判断器3，与此同时，温度传感器5将电容器的温度值输送至故障判断器3，故障判断器3将第一低压端电流传感器11、第二低压端电流传感器12以及不平衡电流传感器13输送的数据进行有效值的转换，再通过实施例一的判定方法进行判定，并将判定结果通过故障显示器4进行显示。

综上，基于检测出的低压端电流I及不平衡电流I_un，分别进行计算转换成有效值，并通过各自的有效值计算出不平衡电流相对值I_unpu及低压端电流相对值I_opu，通过不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)可判定故障发生在哪一个对角桥臂，再结合低压端电流相对值I_opu的变化，可将故障的范围缩小到1/4桥臂，可大大缩短故障定位的时间，节约了人力和时间成本，同时，可尽早发现故障并进行处理，避免跳闸现象，进而稳定高压直流系统的功率输送，以及避免电网频率的振荡产生。

上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法，其特征在于，包括：

检测低压端电流I及不平衡电流I_un，并分别计算得出有效值；

计算不平衡电流相对值I_unpu及低压端电流相对值I_opu；

根据不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)及所述低压端电流相对值I_opu判定故障。

2.根据权利要求1所述的用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法，其特征在于，还包括温度修正，所述温度修正为温度系数K的导入，所述温度系数K在计算所述不平衡电流相对值I_unpu及所述低压端电流相对值I_opu时导入。

3.根据权利要求1所述的用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法，其特征在于，所述低压端电流I包括第一低压电流I₃及第二低压电流I₄。

4.根据权利要求3所述的用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法，其特征在于，所述不平衡电流相对值I_unpu为所述不平衡电流I_un与所述第一低压电流I₃比值。

5.根据权利要求3所述的用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法，其特征在于，所述低压端电流相对值I_opu为第二低压电流I₄与第一低压电流I₃比值。

6.根据权利要求1所述的用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法，其特征在于，所述不平衡电流相对值阶跃变化△I_(t)为I_unpu(t2)与I_unpu(t1)差值。

7.采用权利要求1-6任一所述的用于桥差不平衡保护的电容器组故障定位方法的装置，其特征在于，包括依序电连接的检测传感器(1)、数据传输器(2)及故障判定器(3)。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括与所述故障判定器(3)连接的故障显示器(4)。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括温度传感器(5)，所述温度传感器(5)与所述故障判定器(3)电连接。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述检测传感器(1)包括分别与所述数据传输器(2)电连接的第一低压端电流传感(11)、第二低压端电流传感器(12)及不平衡电流传感器(13)。

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