CN103346541B - 换流站直流滤波器差动保护方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换流站直流滤波器差动保护方法与装置，保护装置首先采集直流滤波器高、低压侧电流，计算出两者的差值，然后按照保护的逻辑进行逻辑判断和处理。本发明所提出方法能够快速、准确的判断故障，避免故障时电流互感器饱和发生测量失真造成保护误动或拒动的风险。

Description

换流站直流滤波器差动保护方法与装置

技术领域

本发明涉及一种高压直流输电工程中一种直流滤波器差动保护的方法及定值整定，适用于高压直流输电直流滤波器保护系统。

背景技术

直流滤波器是高压直流输电系统中的重要设备，在换流站中，处于直流侧的母线之间，如图1所示，直流滤波器两端分别通过高压侧隔刀和低压侧隔刀连接到高压母线和中性母线。

直流滤波器差动保护是直流滤波器保护中的主保护，实现直流滤波器内部接地故障时的保护功能。直流滤波器差动保护采集直流滤波器高压侧的电流信号和低压侧的电流信号，保护两个测点间的区域，两个测点分别为图1中电流互感器T1和T4。当其保护区内发生接地故障时，两侧的电流有很大的差值，当这个差值大于动作定值时，经过一定的延时输出保护动作信号，拉开直流滤波器高压侧隔刀或停运高压直流输电系统。

现有的直流滤波器差动保护方法，采用的是：电流差值大于一个固定的定值，经过较长的延时后输出保护动作信号；但在发生故障时，故障点往往流过大量的直流电流，电流互感器会发生磁饱和现象，造成测量失真，直流滤波器差动保护存在保护误动和拒动的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流滤波器差动保护方法，用以解决现有保护方法存在误动和拒动隐患的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

换流站直流滤波器差动保护方法，其特征在于，步骤如下：

1)采集直流滤波器高压侧电流信号IT1和低压侧电流信号IT4,并且根据采集的电流信号计算电流差值DIF；

2)进行差动保护判断，判据为DIF>Δ+K*IT1_rms，Δ为常数定值，K为比率制动系数，IT1_rms为高压侧电流的有效值；

3)满足所述判据时，保护动作。

直流滤波器差动保护分为三段，每段具有各自的保护定值、延时和动作策略，三段对应的判据、延时和动作策略分别为：

(1)DIF>Δ1+K1*IT1_rms&IT1_rms<Δ0；延时T1；动作策略：拉开直流滤波器高压侧隔刀；Δ0是高压侧隔刀拉弧能力设定值；Δ1为第一段与第二段保护定值，K1为第一段与第二段比率制动系数，T1为第一段与第二段动作延时；

(2)DIF>Δ1+K1*IT1_rms&IT1_rms>Δ0；延时T1；动作策略：发移相闭锁命令到极控系统，停运高压直流输电系统，同时跳开交流断路器、启动断路器失灵保护；

(3)DIF>Δ2+K2*IT1_rms；延时T2；动作策略：发移相闭锁命令到极控系统，停运高压直流输电系统，同时跳开交流断路器、启动断路器失灵保护；Δ2为第三段保护定值，K2为第三段比率制动系数，T2为第三段动作时间。

高压侧隔刀拉弧能力设定值Δ0由一次设备直流滤波器高压侧隔刀的拉弧能力确定；第三段保护定值Δ2、第三段比率制动系数K2和第三段动作延时T2根据直流滤波器与高压侧隔刀之间的短路故障点(F1)确定；第一段与第二段保护定值Δ1、第一段与第二段比率制动系数K1和第一段与第二段动作延时T1根据直流滤波器内部短路故障点和与低压侧隔刀之间的短路故障点(F2、F3、F4)确定。

步骤1)中，其中N为在一个工频周期内的采样次数，K为比率制动系数，为一个工频周期内IT1与IT4差值的平均值。

${\mathrm{IT}1}_{\mathrm{rms}}=\frac{\sqrt{\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{IT}1}^2}}{N}.$

换流站直流滤波器差动保护装置，其特征在于，包括：

1)采集元件：采集直流滤波器高压侧电流信号IT1和低压侧电流信号IT4,并且根据采集的电流信号计算电流差值DIF；

2)判断元件：进行差动保护判断，判据为DIF>Δ+K*IT1_rms，Δ为常数定值，K为比率制动系数，IT1_rms为高压侧电流的有效值；

3)执行元件：满足所述判据时，保护动作。

直流滤波器差动保护分为三段，每段具有各自的保护定值、延时和动作策略，三段对应的判据、延时和动作策略分别为：

(1)DIF>Δ1+K1*IT1_rms&IT1_rms<Δ0；延时T1；动作策略：拉开直流滤波器高压侧隔刀；Δ0是高压侧隔刀拉弧能力设定值；Δ1为第一段与第二段保护定值，K1为第一段与第二段比率制动系数，T1为第一段与第二段动作延时；

(2)DIF>Δ1+K1*IT1_rms&IT1_rms>Δ0；延时T1；动作策略：发移相闭锁命令到极控系统，停运高压直流输电系统，同时跳开交流断路器、启动断路器失灵保护；

(3)DIF>Δ2+K2*IT1_rms；延时T2；动作策略：发移相闭锁命令到极控系统，停运高压直流输电系统，同时跳开交流断路器、启动断路器失灵保护；Δ2为第三段保护定值，K2为第三段比率制动系数，T2为第三段动作时间。

高压侧隔刀拉弧能力设定值Δ0由一次设备直流滤波器高压侧隔刀的拉弧能力确定；第三段保护定值Δ2、第三段比率制动系数K2和第三段动作延时T2根据直流滤波器与高压侧隔刀之间的短路故障点(F1)确定；第一段与第二段保护定值Δ1、第一段与第二段比率制动系数K1和第一段与第二段动作延时T1根据直流滤波器内部短路故障点和与低压侧隔刀之间的短路故障点(F2、F3、F4)确定。

步骤1)中，其中N为在一个工频周期内的采样次数，K为比率制动系数，为一个工频周期内IT1与IT4差值的平均值。

${\mathrm{IT}1}_{\mathrm{rms}}=\frac{\sqrt{\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{IT}1}^2}}{N}.$

本发明的直流滤波器差动保护方法，差动保护的动作电流不再是定值，而是采用常数加比率制动的新型判据，而且比率制动与高压侧电流相关，减弱了磁饱和造成的测量影响，从而降低了差动保护误动和拒动的风险。

进一步的，本发明的方法还采用了保护分段的策略，将直流滤波器差动保护分为三段，每段具有不同的保护定值及相应的延时、动作测量,使保护更加精确可靠。

最后，本发明的方法还给出了定值的整定措施。应用本发明的方法，能够快速、准确地判断故障，避免故障时电流互感器饱和所造成测量失真使保护误动或拒动的风险。

附图说明

图1是直流滤波器接线图；

图2是实施例2的差动保护方法逻辑框图；

图3是直流滤波器差动保护定值整定的关键故障点示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明所要求保护的换流站直流滤波器差动保护装置应理解为基于本发明的差动保护方法的功能模块构件，并不是实体装置，所以下文省略了装置实施例。本发明可以用嵌入式工业控制平台或PC装置来实现，此两种装置是高压直流输电领域常用的装置。

直流滤波器的典型结构图及差动保护电流测点，如图1所示。它安装在直流高压母线和直流中性母线中间，其结构由高端电容器和低端电阻、电感等元件组成；测点主要为高压测电流IT1、低压测电流IT4。

实施例1

依据本发明的方法，首先采集直流滤波器高压侧电流信号IT1和低压侧电流信号IT4,并且根据采集的电流信号计算电流差值DIF；然后进行差动保护判断，判据为DIF>Δ+K*IT1_rms，Δ为常数定值，K为比率制动系数，IT1_rms为高压侧电流的有效值；当满足所述判据时，保护动作。

作为一种DIF与IT1_rms的计算方式，其中N为在一个工频周期内的采样次数，K为比率制动系数，为一个工频周期内IT1与IT4差值的平均值， ${\mathrm{IT}1}_{\mathrm{rms}}=\frac{\sqrt{\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{IT}1}^2}}{N}.$

实施例2

为了更好地实施保护，进行保护分段：直流滤波器差动保护分为三段，每段具有不同的保护定值及相应的延时、动作策略。对应的判据，延时和动作策略分别为：

(1)DIF>Δ1+K1*IT1_rms&IT1_rms<Δ0；延时T1；动作策略：拉开直流滤波器高压侧隔刀；Δ0是高压侧隔刀拉弧能力设定值；Δ1为第一段与第二段保护定值，K1为第一段与第二段比率制动系数，T1为第一段与第二段动作延时；&为逻辑与。

(2)DIF>Δ1+K1*IT1_rms&IT1_rms>Δ0；延时T1；动作策略：发移相闭锁命令到极控系统，停运高压直流输电系统，同时跳开交流断路器、启动断路器失灵保护；

(3)DIF>Δ2+K2*IT1_rms；延时T2；动作策略：发移相闭锁命令到极控系统，停运高压直流输电系统，同时跳开交流断路器、启动断路器失灵保护；Δ2为第三段保护定值，K2为第三段比率制动系数，T2为第三段动作时间。

保护定值的整定依据动态性能测试的结果，测试时特别要考虑故障时直流分量增大的情况下，此时电流互感器测量结果将会失真，所以应在此前提下(故障情况下)进行各个故障点的详细测试，进一步保证保护功能在各种运行工况下能够正确动作。直流滤波器差动保护定值整定的关键故障点F1、F2、F3、F4，如图3所示。本发明中各段保护的定值及比率系数由动态性能测试结果确定，整定原则是依据区内接地故障时保护能够可靠动作，防止区外故障时穿越式电流引起保护误动，以确定保护动作定值、比率制动系数、和动作延时。

Claims (8)

1.换流站直流滤波器差动保护方法，其特征在于，步骤如下：

1)采集直流滤波器高压侧电流信号IT1和低压侧电流信号IT4,并且根据采集的电流信号计算电流差值DIF；

2)进行差动保护判断，判据为DIF>Δ+K*IT1_rms，Δ为常数定值，K为比率制动系数，IT1_rms为高压侧电流的有效值；

3)满足所述判据时，保护动作；

直流滤波器差动保护分为三段，每段具有各自的保护定值、延时和动作策略，三段对应的判据、延时和动作策略分别为：

(1)DIF>Δ1+K1*IT1_rms&IT1_rms<Δ0；延时T1；动作策略：拉开直流滤波器高压侧隔刀；Δ0是高压侧隔刀拉弧能力设定值；Δ1为第一段与第二段保护定值，K1为第一段与第二段比率制动系数，T1为第一段与第二段动作延时；

(2)DIF>Δ1+K1*IT1_rms&IT1_rms>Δ0；延时T1；动作策略：发移相闭锁命令到极控系统，停运高压直流输电系统，同时跳开交流断路器、启动断路器失灵保护；

(3)DIF>Δ2+K2*IT1_rms；延时T2；动作策略：发移相闭锁命令到极控系统，停运高压直流输电系统，同时跳开交流断路器、启动断路器失灵保护；Δ2为第三段保护定值，K2为第三段比率制动系数，T2为第三段动作时间。

2.据权利要求1所述的换流站直流滤波器差动保护方法，其特征在于，高压侧隔刀拉弧能力设定值Δ0由一次设备直流滤波器高压侧隔刀的拉弧能力确定；第三段保护定值Δ2、第三段比率制动系数K2和第三段动作延时T2根据直流滤波器与高压侧隔刀之间的短路故障点(F1)确定；第一段与第二段保护定值Δ1、第一段与第二段比率制动系数K1和第一段与第二段动作延时T1根据直流滤波器内部短路故障点和与低压侧隔刀之间的短路故障点(F2、F3、F4)确定。

3.根据权利要求1所述的换流站直流滤波器差动保护方法，其特征在于，步骤1)中，其中N为在一个工频周期内的采样次数，K为比率制动系数，为一个工频周期内IT1与IT4差值的平均值。

4.根据权利要求3所述的换流站直流滤波器差动保护方法，其特征在于， ${\mathrm{IT}1}_{\mathrm{rms}}=\frac{\sqrt{\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{IT}1}^2}}{N}.$

5.换流站直流滤波器差动保护装置，其特征在于，包括：

1)采集元件：采集直流滤波器高压侧电流信号IT1和低压侧电流信号IT4,并且根据采集的电流信号计算电流差值DIF；

2)判断元件：进行差动保护判断，判据为DIF>Δ+K*IT1_rms，Δ为常数定值，K为比率制动系数，IT1_rms为高压侧电流的有效值；

3)执行元件：满足所述判据时，保护动作；

直流滤波器差动保护分为三段，每段具有各自的保护定值、延时和动作策略，三段对应的判据、延时和动作策略分别为：

(1)DIF>Δ1+K1*IT1_rms&IT1_rms<Δ0；延时T1；动作策略：拉开直流滤波器高压侧隔刀；Δ0是高压侧隔刀拉弧能力设定值；Δ1为第一段与第二段保护定值，K1为第一段与第二段比率制动系数，T1为第一段与第二段动作延时；

(2)DIF>Δ1+K1*IT1_rms&IT1_rms>Δ0；延时T1；动作策略：发移相闭锁命令到极控系统，停运高压直流输电系统，同时跳开交流断路器、启动断路器失灵保护；

(3)DIF>Δ2+K2*IT1_rms；延时T2；动作策略：发移相闭锁命令到极控系统，停运高压直流输电系统，同时跳开交流断路器、启动断路器失灵保护；Δ2为第三段保护定值，K2为第三段比率制动系数，T2为第三段动作时间。

6.根据权利要求5所述的换流站直流滤波器差动保护装置，其特征在于，高压侧隔刀拉弧能力设定值Δ0由一次设备直流滤波器高压侧隔刀的拉弧能力确定；第三段保护定值Δ2、第三段比率制动系数K2和第三段动作延时T2根据直流滤波器与高压侧隔刀之间的短路故障点(F1)确定；第一段与第二段保护定值Δ1、第一段与第二段比率制动系数K1和第一段与第二段动作延时T1根据直流滤波器内部短路故障点和与低压侧隔刀之间的短路故障点(F2、F3、F4)确定。

7.根据权利要求5所述的换流站直流滤波器差动保护装置，其特征在于，步骤1)中，其中N为在一个工频周期内的采样次数，K为比率制动系数，为一个工频周期内IT1与IT4差值的平均值。

8.根据权利要求7所述的换流站直流滤波器差动保护装置，其特征在于， ${\mathrm{IT}1}_{\mathrm{rms}}=\frac{\sqrt{\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{IT}1}^2}}{N}.$