一种换流器桥差保护防误动的方法

摘要

本发明提供一种换流器桥差保护防误动的方法，包括如下步骤：步骤(1)：执行常规桥差保护功能，然后进入步骤(2)；步骤(2)判断交流系统零序电压是否大于整定值：计算当前时刻换流变交流侧电压的有效值3U0m，若3U0m大于整定值U0set，则进入步骤(3)；若3U0m由大于U0set开始变为小于U0set，则直接进入步骤(5)；若之前以及当前时刻的零序电压有效值都小于U0set，则返回步骤(1)；步骤(3)：判断是否投入互感器饱和防误动判据，如果判断投入，则进入步骤(4)，如果判断不投入，则返回步骤(1)；步骤(4)：执行互感器饱和防误动判据，然后返回步骤(2)；步骤(5)退出互感器饱和防误动判据。本发明可以防止桥差保护因互感器饱和而发生的误动。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体是一种换流器桥差保护防误 动的方法。

背景技术

近年来，直流输电在我国快速发展，尤其是本世纪以来，随着一 大批高压、特高压直流输电工程的投运，交直流混联电网已在我国逐 步形成，正在成为我国电网发展的必然模式。

直流控制保护系统是直流输电工程的核心，是直流输电系统安 全、可靠、稳定运行的保障。其中换流器桥差保护可以对换流桥的换 相失败、阀短路故障、换流器直流侧出口高压端和中性端对换流器中 点短路等故障提供安全防护，是换流器的重要保护手段之一。

近年来，现场发生多起换流变空投以及交流系统发生短路故障期 间换流桥Y桥桥差保护误动的事例，严重影响交直流混联输电系统 的稳定可靠运行。分析表明，在换流变空投及交流系统发生短路故障 期间，Y/△换流变的△绕组流过含有一定非周期分量的零序环流，导 致电流互感器饱和，是造成直流桥差保护误动的原因。针对此问题， 也有一些建议与措施被提出，譬如：更换性能更好的电流互感器；在 换流变空投期间闭锁桥差保护；利用交流低电压展宽桥差保护动作时 延，以躲过误动。

上述方法对于防止桥差保护因互感器饱和产生误动有一定指导 意义，但实际应用中仍存在问题：更换电流互感器增加了成本，且受 安装位置的限制；在换流变空投期间短时闭锁桥差保护会降低桥差保 护的动作速度，给直流系统的安全运行带来隐患，此外，该方法并不 能防止交流系统发生故障时导致的误动，无法从根本上解决互感器饱 和对桥差保护的影响；低电压展宽桥差保护延时的判据在换流变空投 期间，由于交流系统电压波动程度可能较为有限，而并不一定动作， 桥差保护仍存在误动的风险。

发明内容

本发明提供一种换流器桥差保护防误动的方法，其利用交流零序 电压展宽桥差保护动作时延并且引入△绕组零序环流作为制动电流 的桥差保护改进策略，可以防止桥差保护因互感器饱和而发生的误 动。

一种换流器桥差保护防误动的方法，包括如下步骤：

步骤(1)执行常规桥差保护功能

常规桥差保护的动作判据如式(1)所示；

max(I_Y，I_D)－I_Y>I_set    (1)

式(1)中：I_Y和I_D分别为Y换流桥与△换流桥阀侧电流的整流 值，I_set为桥差保护的动作电流，每隔采样时间T_s，对max(I_Y，I_D) －I_Y与电流定值I_set比较，如果式(1)成立，则将内部计数器的值Z 加20，如果(1)不成立，则将Z减1，当Z数值减少为0时，保持 为0不再减少；如果保护的累积动作时间(Z/20×T_s)大于t_set则保护 动作，t_set基于工程经验设置为0.2s；

步骤1执行完后，转入步骤(2)；

步骤(2)判断交流系统零序电压是否大于整定值

计算当前时刻换流变交流侧电压的有效值3U_0m，若3U_0m大于整 定值U_0set，则进入步骤(3)；若3U_0m由大于U_0set开始变为小于U_0set， 则直接进入步骤(5)；若之前以及当前时刻的零序电压有效值都小于 U_0set，则返回步骤(1)；

步骤(3)判断是否投入互感器饱和防误动判据

从3U_0m开始大于整定值U_0set的时刻启动计时，若在t_set1时间内， 式(1)所示的常规桥差保护动作判据满足或者3U_0m小于整定值U_0set， 则返回步骤(1)并停止计时；若计时时间到达t_set1则进入步骤(4)， 其中t_set1基于工程经验设置为0.01s；

步骤(4)执行互感器饱和防误动判据

引入换流变△绕组零序环流作为制动电流，如式(2)所示，且 将桥差保护的动作延时的整定值增加为t_set2，以防止桥差保护误动作；

max(I_Y，I_D)－I_Y>max(I_set，k_rel×3I_0m)    (2)

式(2)中：3I_0m为换流变△绕组的零序环流有效值，k_rel为制动 系数，可设为0.3，t_set2根据工程经验设置为0.4s；

执行完该步骤后返回步骤(2)；

步骤(5)退出互感器饱和防误动判据

将换流桥Y桥桥差保护判据由式(2)恢复为式(1)，且将动作 延时的整定值恢复为t_set，并且将桥差保护的累积动作时间置为0。

进一步的，步骤(2)中零序电压有效值3U_0m的计算公式为： ${3U}_{0m}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(U_A\left(j\right)+U_B\left(j\right)+U_C\left(j\right))}^2},$其中U_A(1)～U_A(N)、U_B(1)～U_B(N) 和U_C(1)～U_C(N)分别对应交流母线M的A、B、C三相电压从t₀-T时 刻到t₀时刻的采样值。

进一步的，整定值U_0set设为50kV。

进一步的，步骤(4)中换流变△绕组的零序环流有效值3I_0m的 计算公式为：${3I}_{0m}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(i_{\mathrm{\Delta A}}\left(j\right)+i_{\mathrm{\Delta B}}\left(j\right)+i_{\mathrm{\Delta C}}\left(j\right))}^2},$式中：i_△A(1)～i_△A(N)、 i_△B(1)～i_△B(N)和i_△C(1)～i_△C(N)分别对应Y△换流变阀侧三相绕组电流 从t₀-T时刻到t₀时刻的采样值。

本发明通过投入互感器饱和防误动判据，将现有常规桥差保护判 据中的动作电流由I_set改为max(I_set，k_rel×3I_0m)，以减少桥差保护判据 满足的次数，将保护动作延时的整定值由t_set(0.2s)增加至t_set2(0.4s)， 以防止桥差保护误动作，这样桥差保护在外部故障情况下可靠不动 作，即可靠性得到了有效提升。

附图说明

图1为本发明实施例中换流站的连接示意图，其中在极I换流器 中的桥差保护使用互感器饱和防误动策略；

图2为本发明实施例实施过程的仿真结果。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、 完整地描述。

如图1所示，极I换流桥通过Y/Y换流变与Y/△换流变阀侧三 相测量电流的整流值I_Y与I_△构成桥差保护。在下述整个过程中，保 持对电流进行等间隔采样，采样时间间隔T_s为T/N，其中T为电网工 频周期，N为每周期的采样点数，当前采样时刻设为t₀。

步骤(1)执行常规桥差保护功能

读取Y/Y换流变与Y/△换流变阀侧三相绕组电流的采样值i_YA、 i_YB、i_YC与i_△A、i_△B、i_△C，并分别通过式(2)和式(4)所示的通过 数字整流算法转化为直流电流，记为I_Y与I_△。

I_Y＝max(|i_YA|，|i_YB|，|i_YC|)    (3)

I_△＝max(|i_△A|，|i_△B|，|i_△C|)    (4)

按照式(5)执行换流器Y桥的常规桥差保护判据，保护延时为 整定值t_set，t_set设为0.2s，保护计时考虑了换流桥的热量累积过程， 具体原理为：每隔采样时间T_s，都对max(I_Y，I_D)－I_Y与电流定值 I_set比较；如果大于电流定值，则将内部计数器的值Z加20；如果小 于定值，则将Z减1(当Z数值减少为0时，保持为0不在减少)； 如果保护的累积动作时间(Z/20×T_s)大于t_set则保护动作。

max(I_Y，I_D)－I_Y>I_set    (5)

式中：I_set为桥差保护的动作电流，根据换流器安全运行时的承 受能力，以及工程经验，I_set设为0.07倍的直流额定电流。

步骤1执行完后，转入步骤(2)。

步骤(2)判断交流系统零序电压是否大于整定值

读取换流变交流母线的电压采样值，根据式(6)计算零序电压 有效值3U_0m。

${3U}_{0m}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(U_A\left(j\right)+U_B\left(j\right)+U_C\left(j\right))}^2}---\left(6\right)$

式中：U_A(1)～U_A(N)、U_B(1)～U_B(N)和U_C(1)～U_C(N)分别对应图1 中交流母线M的A、B、C三相电压从t₀-T时刻到t₀时刻的采样值。

若零序交流电压幅值3U_0m大于整定值U_0set(设为50kV)，则置 标记位flag为1，且转入步骤(3)；若零序交流电压幅值3U_0m小于 整定值U_0set，且此时标记位flag为1，则置标记位flag为0，并转入 步骤(5)；若零序交流电压幅值3U_0m小于整定值U_0set，且标记位flag 为0，则返回步骤(1)。

以图2为例做进一步说明：在0s时刻，图1中的换流变交流系 统发生持续时间为0.5s的单相接地故障。在0.0012s时，3U_0m开始大 于U_0set(设为50kV)，如图2(c)所示，标记位flag由0转化为1， 进入步骤(3)。

步骤(3)判断是否投入互感器饱和防误动判据

从flag由0跳变为1的时刻开始计时，若在t_set1(设为0.01s)时 间内，式(5)所示的桥差保护判据满足或者3U_0m小于整定值U_0set， 则返回步骤(1)并停止计时；若计时时间到达t_set1则进入步骤(4)。

步骤(3)中，设置t_set1的目的是开放一段时间判断零序电压开 始增大的情况下是否发生了内部故障，如果零序电压增大的同时原有 的桥差保护动作，则由步骤(3)返回步骤(1)，防误动策略不会投 入，不会影响内部故障情况下的灵敏度。

以图2为例做进一步说明：在进入步骤(3)后的t_set1时间之内， 即(0.0012s～0.0112s)时间内，式(5)所示桥差保护差动电流小于 制动电流，桥差保护判据并不动作，如图2(a)所示，且3U_0m持续 大于U_0set，如图2(c)所示，因此进入步骤(4)。

步骤(4)执行互感器饱和防误动判据

将式(5)所示的换流桥Y桥桥差保护判据修改为式(7)。通过 引入换流变△绕组零序环流有效值3I_0m作为制动电流，并且将桥差保 护的动作延时的整定值增加为t_set2，以防止桥差保护误动作；t_set2根据 工程经验设置，可设置为0.4s，执行完该步骤后返回步骤(2)。

max(I_Y，I_D)－I_Y>max(I_set，k_rel×3I_0m)    (7)

式中：3I_0m为换流变△绕组的零序环流有效值，k_rel为制动系数， 设为0.3。

零序环流有效值3I_0m的计算的方法如式(8)所示。

${3I}_{0m}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(i_{\mathrm{\Delta A}}\left(j\right)+i_{\mathrm{\Delta B}}\left(j\right)+i_{\mathrm{\Delta C}}\left(j\right))}^2}---\left(8\right)$

式中：i_△A(1)～i_△A(N)、i_△B(1)～i_△B(N)和i_△C(1)～i_△C(N)分别对应Y△ 换流变阀侧三相绕组电流从t₀-T时刻到t₀时刻的采样值。

以图2为例做进一步说明：如图2(d)所示，在0.0212s时投入 互感器饱和防误动判据，将式(5)中的动作电流由I_set改为max(I_set， k_rel×3I_0m)，以减少桥差保护判据满足的次数，如图2(a)所示；将保 护动作延时的整定值由t_set(0.2s)增加至t_set2(0.4s)，以防止桥差保 护误动作，如图2(e)所示。在约0.05s时，互感器进入饱和状态， 桥差电流max(I_Y，I_D)－I_Y开始增加，式(5)所示的判据开始满足， 如图2(a)所示。但是由于投入了防误动策略，保护的累积动作时 间(Z/20×T_s)始终小于整定的延时t_set2，此时桥差保护可靠不动作。

步骤(5)退出互感器饱和防误动判据

根据步骤(2)的介绍，当3U_0m小于U_0set，且标记位flag为1时 进入步骤(5)。此时3U_0m由之前的大于整定值U_0set变为小于U_0set， 在该情况下退出互感器饱和防误动判据，具体做法为：将换流桥Y 桥桥差保护判据由式(7)恢复为式(5)，且将保护动作延时的整定 值恢复为t_set并将计数器内的计数值Z重置为0。

以图2为例做进一步说明：如图2(c)所示，在0.518s时，3U_0m开始小于U_0set，此时互感器已经退出饱和状态，桥差保护不会误动， 故进入步骤(5)，退出互感器饱和防误动策略，桥差保护动作判据由 式(7)恢复为常规情况下的式(5)，即桥差保护的制动电流变为0.07 倍的额定电流，如图2(a)所示；将动作延时的整定值恢复为t_set(0.2s)， 并将计数器内的计数值Z重置为0，如图2(e)所示。

实例说明

下面根据如图2所示的仿真结果说明本互感器饱和识别判据的 效果。由图2所示，在0s时刻，图2中的换流变交流系统发生持续 时间为0.5s的单相接地故障。如果采用常规桥差保护判据(式(5))， 则判据的动作条件会多次满足，使得图2(e)中累积时延大于延时 整定值(0.2s)，从而导致桥差保护将发生误动作。

采用本发明提出的判别方法后，在0.0012s时，3U_0m开始大于 U_0set(设为50kV)，如图2(c)所示，进入步骤(3)。

在随后的0.01s之内，式(5)所示桥差保护判据并不动作，且 3U_0m持续大于U_0set，因此进入步骤(4)。

在0.0112s时投入互感器饱和防误动判据，如图2d)所示。将式 (5)中的动作电流由I_set改为max(I_set，k_rel×3I_0m)，以减少桥差保护 判据满足的次数，如图2(a)所示；将保护动作延时的整定值由t_set(0.2s)增加至t_set2(0.4s)，以防止桥差保护误动作，如图2(e)所 示。在约0.05s时，互感器进入饱和状态，桥差电流max(I_Y，I_D) －I_Y开始增加，如图2(a)所示。但是由于投入了防误动策略，保护 的累积动作时间(Z/20×T_s)始终小于整定的延时t_set2，此时桥差保护 可靠不动作。

在0.518s时，3U_0m开始小于U_0set，进入步骤(5)，退出互感器 饱和防误动策略，桥差保护动作判据由式(7)恢复为常规情况下的 式(5)，且将动作延时的整定值恢复为t_set(0.2s)，并将计数器内的 计数值Z重置为0。

在采用本发明提出的判别方法后，桥差保护在外部故障造成电流 互感器饱和情况下可靠不动作；如图2(f)所示，保护动作信号始终 为0(0代表保护不动作，1代表保护动作)，即本发明提出的判别方 法有效提升了桥差保护的可靠性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。