柔性直流输电接地测量装置及保护方法

摘要

本发明公开一种适用于柔性直流输电接地测量保护装置及方法，在换流器侧的接地处设置电流测量装置，和/或接地电压测量装置，和/或位于直流母线处的电压测量装置，以及延时装置，通过测量接地电流IGND、接地电压UGND和/或直流正极电压UdP以及直流负极电压UdN，根据各测量值判断是否故障，若发生故障，则经过延时后启动保护。与现有的测量保护技术相比，提高了接地故障相关保护动作速度和可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及保护电路技术，特别涉及一种柔性直流输电接地测量装置及保 护方法。

背景技术

柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的传输、提高 交流系统的输电能力，易于构成多端直流输电系统，在可再生能源的发电并网、 孤岛城市供电以及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。

柔性直流输电系统通常使用换流变压器连接两个及以上交流系统。对于单 个换流站来说，换流变压器的一次侧接入交流系统，换流变压器的二次侧连接 到换流器，转变成直流，通过直流线路输送电能到另一个换流站。换流变压器 的一次侧，即交流侧的接地形式由交流系统决定，根据不同电压等级可能采用 直接接地、经消弧线圈电阻接地或不接地的形式。换流变压器的二次侧即直流 侧，一般采用弱接地给整个直流系统提供电位参考点，主要包括经大电阻和大 电抗接地两种形式。

大电阻形式如图1，其中标号名称：1、交流母线；2、换流变压器；3、接 地电阻；4、换流器；5、直流母线。其中交流母线（1）和交流系统相连接，换 流变压器（2）一次侧为交流母线(1)，二次侧为换流器(4)，换流器(4)将交流转 成直流送到直流母线(5)上。换流变压器(2)二次侧为弱接地系统，通过大电阻(3) 和地相连提供参考电位。大电阻(3)接地处通过直流电压来完成故障的检测。在 直流正极母线和负极母线上分别设置了2个电流测点和2个电压测点，其中电 压测点位置如图1中的UdP和UdN，采用这2个电压测点构成直流母线电压不 平衡来间接检测接地故障，不足之处在于检测手段不直接。

发明内容

本发明技术方案提供了一种柔性直流输电系统的测量保护装置及方法，通 过在接地点设置的电流或电压测点装置,来直接检测柔性直流输电系统的接地 故障，提高了接地故障相关保护动作速度和可靠性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种柔性直流输电接地测量保护装置，包括换流器侧的接地电流测量装置， 和/或位于换流器侧的接地电压测量装置，和/或位于直流母线处的电压测量装 置，以及延时装置；其中所述接地电流测量装置测量接地电流IGND；所述接 地电压测量装置测量接地电压UGND；所述直流母线处设置的电压测量装置测 量直流正极电压UdP以及直流负极电压UdN；所述延时装置根据所述IGND， 和/或所述UGND，和/或所述UdP与所述UdN的差值的情况，在发生故障的情 况下，经过延时后启动保护。

当|IGND|>定值1，进行延时1后，启动保护；或者

当｜UGND｜>定值2，进行延时2后，启动保护；或者

当|IGND|>定值1且｜UGND｜>定值2，进行延时3后，启动保护；或者

当|IGND|>定值1，且|UdP-UdN|>定值3时，进行延时4后，启动保护；或 者

当同时满足|IGND|>定值1、|UGND|>定值2及|UdP-UdN|>定值3时，进行 延时5后，启动保护。

定值1为0.2±0.15倍直流额定电流，定值2为0.3±0.2倍直流额定电压， 定值3为0.4±0.3倍直流额定电压。

延时1到延时5分别取值，取值范围为1ms-10min。

延时3小于所述延时1和延时2的最小值；延时4小于延时1和延时3的 最小值；延时5小于延时1、延时2和延时3的最小值。

接地电流测量装置，以及所述接地电压测量装置可以是常规互感器，也可 以是电子式、光学或其它原理的互感器。

本发明还提供一种基于该测量保护装置的测量保护方法，接地电流测量装 置测试接地电流IGND，当|IGND|>定值1，进行延时1后，启动保护；或者接 地电压测量装置测试接地电压UGND，当｜UGND｜>定值2，进行延时2后， 启动保护；或者接地电流测量装置测试接地电流IGND，并且接地电压测量装 置测试接地电压UGND，当|IGND|>定值1且｜UGND｜>定值2，进行延时3 后，启动保护；或者接地电流测量装置测试接地电流IGND，直流母线处设置 的电压测量装置测量直流正极电压UdP以及直流负极电压UdN，当|IGND|>定 值1，且|UdP-UdN|>定值3时，进行延时4后，启动保护；或者接地电流测量 装置测试接地电流IGND，接地电压测量装置测试接地电压UGND，直流母线 处设置的电压测量装置测量直流正极电压UdP以及直流负极电压UdN，当同时 满足|IGND|>定值1、|UGND|>定值2及|UdP-UdN|>定值3时，进行延时5后， 启动保护。

定值1为0.2±0.15倍直流额定电流，定值2为0.3±0.2倍直流额定电压， 定值3为0.4±0.3倍直流额定电压。

延时1到延时5分别取值，取值范围为1ms-10min。

延时3小于所述延时1和延时2的最小值；延时4小于延时1和延时3的 最小值；延时5小于延时1、延时2和延时3的最小值。

本发明所提供的装置和方法，直接引入接地电压电流的测量，通过在接地 点配置电流或电压测点来直接反应柔性直流输电系统的接地故障，提高了接地 故障相关保护动作速度和可靠性。

附图说明

图1为柔性直流现有（单站，电阻接地）测量保护装置示意图；

图2为本发明实施例1的测量保护装置示意图；

图3为本发明实施例2的测量保护装置示意图；

图4为本发明实施例3的测量保护装置示意图；

图5为本发明实施例4的测量保护装置示意图；

图6为本发明实施例5的测量保护装置示意图；

图7为本发明测量保护方法实施例的逻辑实现框图；

图8为本发明实施例以电抗接地方式的测量保护装置示意图。

具体实施方式

下面对本发明的测量装置及方法进行说明。

本发明的实施例1如图2所示,一种柔性直流输电系统中的测量保护装置， 具体指在接地点（3）处设置电流测量装置以及延时装置。电流测量装置测得接 地电流IGND。若|IGND|>定值1，表明发生故障，则通过延时装置进行延时1 后，启动保护。定值1为0.2±0.15倍直流额定电流。例如某次接地故障，IGND 为112A，额定电流1000A，故障持续110ms；定值1为100A，延时1为80ms。 故障后80ms保护动作。

本发明实施例2如图3所示，测量装置包括在接地点（3）处设置电压测量 装置以及延时装置。电压测量装置测得接地电压UGND。若｜UGND｜>定值2 时，表明发生故障，通过延时装置进行延时2后，启动保护。定值2为0.3±0.2 倍直流额定电压。例如某次接地故障，UGND为32kV，额定电压100kV，故障 持续90ms；定值2为16kV，延时2为40ms。故障后40ms保护动作。

本发明实施例3如图4所示，测量装置包括在接地点（3）处设置电流测量 装置、电压测量装置以及延时装置。电流测量装置测得接地电流IGND，电压 测量装置测得接地电压UGND。若|IGND|>定值1且｜UGND｜>定值2时，表 明发生故障，通过延时装置进行延时3后，启动保护。定值1为0.2±0.15倍直 流额定电流。定值2为0.3±0.2倍直流额定电压。例如某次接地故障，IGND 为112A，额定电流1000A，UGND为32kV，额定电压100kV，故障持续50ms； 定值1为100A，定值2为20kV，延时3为30ms，故障后30ms保护动作。

本发明实施例4如图5所示，测量装置包括在接地点（3）处设置电流测量 装置、在直流母线（5）处设置电压测量装置以及延时装置。接地点（3）设置 的测点用来测量接地电流IGND。直流母线（5）处设置的电压测点用来测量直 流正极电压UdP以及直流负极电压UdN。当|IGND|>定值1，且|UdP-UdN|>定 值3时，表明发生故障，通过延时装置进行延时4后，启动保护。定值1为0.2 ±0.15倍直流额定电流，定值3为0.4±0.3倍直流额定电压。例如某次接地故 障，IGND为112A，额定电流1000A，UdP-UdN为112kV，额定电压100kV， 故障持续50ms；定值1为100A，定值3为50kV，延时4为20ms，故障后20ms 保护动作。

本发明实施例5如图6所示，测量装置包括在接地点（3）处设置电流测量 装置、电压测量装置、在直流母线（5）处设置电压测量装置以及延时装置。接 地点（3）设置的测点用来测量接地电流IGND及接地电压UGND。直流母线 （5）处设置的电压测点用来测量直流正极电压UdP以及直流负极电压UdN。 同时满足|IGND|>定值1、|UGND|>定值2及|UdP-UdN|>定值3时，表明发生故 障，通过延时装置延时5后，启动保护措施。定值1为0.2±0.15倍直流额定电 流，定值2为0.3±0.2倍直流额定电压，定值3为0.4±0.3倍直流额定电压。 例如某次接地故障，IGND为112A，额定电流1000A，UGND为32kV，UdP-UdN 为110kV，额定电压100kV，故障持续60ms；定值1为100A，定值2为20kV， 定值3为50kV，延时5为15ms，故障后15ms保护动作。

上述实施例中配置在接地点上的电压测量装置以及电流测量装置既可以是 常规互感器，也可以是电子式、光学或其它原理的互感器。上述实施例中延时 1到延时5分别取值，根据不同一次系统情况取值范围为1ms-10min。延时3 小于延时1和延时2的最小值，延时4小于延时1和延时3的最小值，延时5 小于延时1和延时2和延时3的最小值。

基于实施例1-5所描述的装置，本发明提供柔性直流输电接地测量方法的 实施例，逻辑如图7所示。接地电流测量装置测量接地电流IGND。接地电压 测量装置测量接地电压UGND。直流母线处设置的电压测量装置测量直流正极 电压UdP以及直流负极电压UdN。

条件1：|IGND|>定值1

条件2：|UGND|>定值2

条件3：|UdP-UdN|>定值3

满足条件1，经过延时1后；或条件2，经过延时2后；或满足条件1和条 件2，经过延时3后；或满足条件1和条件3，经过延时4后；或同时满足条件 1和条件2和条件3，经过延时5后，启动保护。

上述实施例中定值1为0.2±0.15倍直流额定电流，定值2为0.3±0.2倍直 流额定电压，定值3为0.4±0.3倍直流额定电压。延时1到延时5分别取值， 根据不同一次系统情况取值范围为1ms-10min。延时3小于延时1和延时2的 最小值，延时4小于延时1和延时3的最小值，延时5小于延时1和延时2和 延时3的最小值。

上述各个实施例中附图中以大电阻接地，也可使用大电抗接地方式，对本 发明提供的测量保护装置及方法的实施无区别。对于大电抗形式的实施例见附 图8。其中标号名称：1、交流母线；2、换流变压器；3、接地电阻；4、换流 器；5、直流母线。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围， 凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入 本发明保护范围之内。