整流变压器阀侧直流系统短路故障的判别方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种整流变压器阀侧直流系统短路故障的判别方法和系统，方法包括：通过在整流柜的输出端的直流正极线路上的监测点TA1、TA2……TAN，获取整流柜的输出端的直流正极线路上的在线测量直流电流I1、I2……In；通过在负载的输入端正极线路上监测点TAj，获取负载的输入端的直流正极线路上的在线测量直流电流Ij；计算整流柜输出端的直流正极线路上的在线测量直流电流绝对值之和I∑；计算整流柜电流比I∑*，计算负载电流比Ij*，根据整流柜电流比I∑*与负载电流比Ij*之间的差值判断直流差动保护是否动作。
【专利说明】
整流变压器阀侧直流系统短路故障的判别方法和系统
技术领域
[0001] 本发明设及电力工程的继电保护领域，尤其是指一种整流变压器阀侧直流系统短 路故障的判别方法和系统。
【背景技术】
[0002] 当前国内外化工冶炼企业整流变压器阀侧直流系统的保护装置几乎都采用逆流 保护。逆流保护的性能较差，它只能保护整流阀短路、直流电流互感器TA至Ξ相整流桥之间 的正负极短路及两点接地短路，它不能保护直流电流互感器至电解槽之间广大直流系统的 正负极短路及两点接地短路。
[0003] 见图1，当前国内外化工冶炼企业整流变压器阀侧直流系统判别故障的方法几乎 都采用在各个直流电流互感器TAi、TA2……TAn处装设各自独立的"逆流保护"，其动作判据 理论上为：
[0004] 其中Ii、l2……In为图1中TAi、TA2……TAn处安装的各自逆流保护装置的在线测量 直流电流。当直流电流由TA的正极性端流入时，电流I为正，逆流保护不动作；当直流电流由 TA的负极性端流入时，电流I为负，发生逆流，逆流保护动作。由此可见，逆流保护实质上是 判别直流电流流动方向的"直流电流方向保护"。在实际应用中，为了增强逆流保护不误动 的可靠性，其整定值Iset不为零，而为一个具有负值的口限值。
[0005] WTAi处安装的逆流保护为例（其他节点TA处的逆流保护同理），分析在各种短路 故障情况下该逆流保护的动作特性，见图1:
[0006] (1)在直流电流互感器TAi处至整流柜1的区间内任一点（例如图1中的短路点1)发 生直流正负极之间短路时，流经直流电流互感器TAi的电流Ii为其他整流柜(整流柜2~η)输 送至短路点1的短路电流，由直流电流互感器TAi的负极性端流入，此时11 <0，由此可知此时 电流为负是发生了逆流，直流电流互感器TAi的逆流保护动作。
[0007] (2)而当整流柜1发生阀短路时，其特征表现为交流两相短路、Ξ相短路及直流短 路，直流电流互感器TAi的逆流保护动作特性同上述第（1)项，直流电流互感器TAi的逆流保 护动作。
[000引（3)直流电流互感器TAi另一端的广大直流系统中的任一点（例如图1中的短路点2 或短路点3)发生正负极之间短路时，流经图1中直流电流互感器TAi的电流Ii为整流柜1送至 短路点的短路电流，电流Ii由直流电流互感器TAi的正极性端流入，电流Ii为正，TAi的逆流 保护不动作。
[0009] (4)如果图1中的两个故障点4发生直流系统两点接地短路的故障，其中一个接地 的故障点4位于直流电流互感器TAi前端的正极线路上，另一个接地的故障点4位于直流系 统负极线路的任一点，流经直流电流互感器TAi的电流Ii为其他整流柜(整流柜2~η)输送到 接地点的短路电流，电流Ii由直流电流互感器TAi的负极性端流入，此时该电流Ii为负说明 发生了逆流，直流电流互感器TAi的逆流保护动作。
[0010] (5)如果图1中的故障点5发生直流系统两点接地短路的故障，其中一个接地的故 障点5位于直流电流互感器TAi后端的直流系统正极性线路的任一点，另一个接地的故障点 5位于直流系统负极性线路的任一点，流经直流电流互感器TAi的电流Ii为整流柜1输送到接 地点的短路电流，电流Ii由直流电流互感器TAi的正极性端流入，电流Ii为正，直流电流互感 器TAi的逆流保护不动作。
[0011] 由上述分析可W看出：
[0012] (1)逆流保护只能保护直流电流互感器TAi、TA2……TAn至各相应整流柜之间线路 的正负极短路、整流柜的阀短路W及直流系统的较小区间的两点接点短路;也就是说必须 其中的一个接地点位于直流电流互感器TAi、TA2……TAn至各相应整流柜之间的正极线路 上，逆流保护才能动作。
[001引（2)直流电流互感器TAi、TA2……TAn之后至电解槽之间的广大直流系统范围内发 生正负极短路或者两点接地短路时，各直流电流互感器的逆流保护均不动作，也就是在运 个广大直流系统范围内无任何保护，对企业安全运行造成重大危害。
[0014] 由上述分析可W看出，现有的逆流保护存在重大缺陷，运也是国内外电力系统继 电保护领域中急待解决的一个空白。
【发明内容】
[0015] 针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种更好的整流变 压器阀侧直流系统短路故障的判别方法和系统，其保护性能应显著优于传统的逆流保护。
[0016] 为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种整流变压器阀侧直流系统短路故障 的判别方法，包括：
[0017]通过在整流柜输出端的直流正极线路上的监测点TAi、TA2……TAn，获取整流柜输 出端的直流正极线路上的在线测量直流电流II、12……In;
[0018] 通过在负载输入端的正极线路上监测点TAj，获取负载输入端的直流正极线路上 的在线测量直流电流Ij;
[0019] 计算整流柜输出端的直流正极线路上的在线测量直流电流绝对值之和ΙΣ，
[0020] Ι?= |?ι| + |?2|+......+ |?η| ；
[0021] 计算整流柜电流比Ι?*，整流柜电流比Ι?*为各整流柜在线测量直流电流绝对值之 和与正常运行状态下电解槽输入的额定直流电流的比值，
[0022]
[0023] 计算负载电流比。*，负载电流比。*为流经负载的输入端正极线路上TAj的在线测 量直流电流与正常运行状态下电解槽输入的额定直流电流的比值，
[0024]
[0025] η为整流变压器的总台数（即整流柜的总台数），Ie为每个整流柜正常运行时输出 的额定直流电流。
[0026] 根据整流柜电流比ΙΣ*与负载电流比。*之间的差值判断直流差动保护是否动作。
[0027] 其中，所述方法中根据整流柜电流比ΙΣ*与负载电流比。*之间的差值判断直流差 动保护是否动作，具体包括：
[0028] 判断整流柜电流比ΙΣ*与负载电流比。*之间的差值是否大于预设阔值，如果是则 直流差动保护动作，否则直流差动保护不动作。
[0029] 其中，所述预设阔值为0.2~0.4;即判断W下公式(1)是否成立
[0030] |h*-Ij*|〉0.2 ~0.4 (1)
[0031] 如果是则直流差动保护动作，否则直流差动保护不动作。
[0032] 同时，本发明实施例还提出了一种整流变压器阀侧直流系统短路故障保护系统， 包括：
[0033] 设置在整流柜输出端的直流正极线路上的监测点TAi、TA2……TAn，所述监测点 TAi、TA2……TAn用于获取整流柜输出端的直流正极线路上的在线测量直流电流Ii、l2…… In；
[0034] 设置在负载的输入端正极线路上监测点TAj，所述监测点TAj用于获取负载输入端 的直流正极线路上的在线测量直流电流I j;
[0035] 故障判断机构，用于执行W下操作：
[0036] 计算整流柜输出端的直流正极线路上的在线测量直流电流绝对值之和Ι?，Ι? = I II I + I Ι2 I +......+ I In
[0037] 计算整流柜电流比Ι?*，整流柜电流比Ι?*为各整流柜在线测量直流电流绝对值之 和与正常运行状态下电解槽输入的额定直流电流的比值，
[00；3 引
[0039] 计算负载电流比。*，负载电流比。*为流经负载的输入端正极线路上ΤΑ撕在线测 量直流电流与正常运行状态下电解槽输入的额定直流电流的比值，
[0040]
[0041] 根据整流柜电流比ΙΣ*与负载电流比。*之间的差值判断直流差动保护是否动作。
[0042] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明实施例提出的直流差动保护，能 保护化工冶炼企业整流变压器阀侧广大直流系统全部区域内任一地点的正负极短路、同一 地点及不同地点的两点接地短路W及阀短路而且动作灵敏度高。本发明"直流差动保护"能 保护传统的"逆流保护"所不能保护的区域（即弥补"逆流保护"的死区），而且也能保护"逆 流保护"能保护的区域，显然本发明的特性优于"逆流保护"的特性。本发明"直流差动保护" 单独应用或者与"逆流保护"联合应用可显著提高冶炼企业及电力系统运行的安全性。
【附图说明】
[0043] 图1为现有的逆流差动保护的原理示意图；
[0044] 图2为本发明实施例的直流差动保护的原理示意图；
[0045] 图3-图6为四种不同故障状态下的本发明实施例的工作原理。
【具体实施方式】
[0046] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。
[0047] 如图2所示的，本发明实施例的整流变压器阀侧直流系统短路故障的判别系统包 括连接在整流柜输出端的直流正极线路上的直流电流互感器TAi、TA2……TAn;还包括安装 在负载输入端正极线路上的负载直流电流互感器TAj。在本发明实施例中，该负载可W为电 解槽。TAi、TA2……ΤΑν、ΤΑ^且成了本发明实施例的直流差动保护系统，保护的动作判据方程 为：
[004引 |h*-Ij*|〉0.2 ~0.4 (1)
[0049] 其中Ii、l2……In为各整流柜输出端的直流正极线路上的在线测量直流电流；
[0050] le为正常运行状态下的各整流柜输出的额定直流电流；
[0051] 。为流经负载的输入端正极线路上T心的在线测量直流电流；
[0052] nie为正常运行状态下电解槽输入的额定直流电流;η为整流变压器的台数（即整 流柜的台数）。
[0053] 其中Ι?为整流柜输出端的直流正极线路上的在线测量直流电流绝对值之和，Ι? = II | + I Ι2 I +......+ | In
[0054] Ι?*为整流柜电流比，即各整流柜输出端正极的在线测量直流电流绝对值之和与 正常运行状态下电解槽输入的额定直流电流的比值。
[0化5]
[0056] 为负载电流比，即流经负载的输入端正极线路上TAj的在线测量直流电流与正 常运行状态下电解槽输入的额定直流电流的比值。
[0化7]
[0058] W下论述在正常运行及各种短路故障情况下，W式（1)为动作判据的直流差动保 护的动作特性。
[0化9] (1)正常运行
[0060] 如图2所示的，在正常运行时，各个监测点的电流Ii、l2……In及负载的电流Ij都由 相应的监测点TA的正极性端流入，各电流为正。
[0061] Ι?= |ii| + |i2|+......+ |in
[0062] 理论上h = ij，h*=Ij*，动作量 =
[0063] 但实际上，由于各ΤΑ的变比误差及各种测量误差，动作量不为零，为一个较小的不 平衡电流，I Ι?*-。* I <0.2~0.4，式（1)动作判据不满足，直流差动保护不动作。
[0064] (2)ΤΑι、ΤΑ2……ΤΑν与各整流柜之间所包围的区域内任一点正负极短路，或是整流 柜阀短路；
[0065] 如图3所示的，假设其中一个监测点TAi与整流柜1之间发生正负极短路，流经监测 点TAi的电流Ii由负极性端流入，I功负值：
[0066] Ii = -(l2+......+In) (2)
[0067] 而流经非故障线路TA2……ΤΑν的电流12……I。都由正极性端流入，……I。均为正 值；
[006引 h=|ii| + |i2|+……+|ln|=2|l2+……+In|=2|li| (3)
[0069] 由于电流l2……In为正而电流II为负，因此即ΙΣ等于流过非故障线路监测点 ΤΑ2……ΤΑν电流总和的2倍，也等于流过故障线路TAi电流幅值的2倍。由于ΙΣ很大，ΙΣ*很大， 而此时短路点的电压为零，电解槽端部正负极之间的电压仅为端部至短路点之间的线路压 降，此压降很小，故流过电解槽的负载电流。*很小（图3中未画出。）。可见，式（1)中的动作 量I Ι?*-。* I很大，直流差动保护灵敏动作。
[0070] 此外，整流柜中的阀短路时，表现的特征为交流两相短路Ξ相短路及直流短路。故 阀短路时，与上述正负极短路同理，直流差动保护灵敏动作。
[0071] 需要指出的是：在现有技术中根本无式（1)所示的直流差动保护系统，也根本无 Ι?、Ι?*值。W下为论证本发明原理更加深入清晰，假若动作判据式(1)中的ΙΣ采用?Σ = Ι?+?2 +......+Ιη，即ΙΣ假若采用各整流柜输出正极线路的在线测量电流的向量和，不是绝对值 之和，则当图3所不的正负极短路故障时，Ie=Ii~I~I2+......+In = -( I2+......+In) + l2 +......+?η=ο，?Σ*=ο,又负载电流Ij地极小，势必式（1)中的动作量极小，式（1) 所示的直流差动保护必然拒动，无法完成直流差动保护担当的保护任务。运是本发明式（1) 中的Ι?为何不采用?Σ = Ι?+?2+......+Ιη向量之和方程而采用Ι?= I Ι?| + | Ι2|+......+ | In 绝对值之和方程的理由。
[0072] (3)监测点TAi、TA2……TAn与负载（电解槽)之间所包围的区域内任一地点正负极 短路
[0073] 如图4所示的，直流母线某处正负极短路，通过监测点TAi、TA2……TAn的电流Ii、 I2……In都由各自的检测点TA的正极性端流入，电流Il、l2……In均为正值。
[0074] 由于?Σ=|?ι| + |?2|+......+ |?η|，因此ΙΣ大，?Σ*大，而由于电解槽的端电压很低， 因此电解槽的负载电流Ij很小，Ij*很小。公式(1)的动作量I Ι?*-。* I大，直流差动保护动作。
[0075] (4)同一地点两点接地短路
[0076] 同一地点两点接地短路与上述第(2)、第(3)的原理相同，直流差动保护动作。
[0077] (5)不同地点两点接地短路，如图5所示，正极接地点位于ΤΑ与整流柜之间区域内 任一点，负极接地点位于直流系统负极的任一点。
[0078] 见图5,假设整流柜1的正极线路上和整流柜2的负极线路上都接地短路;此时整流 柜1的正极线路上的电流I油监测点TAi的负极性端流入，
[0079] Ii = -(l2+......+In) (4)
[0080] 电流I2……In都由各自的整流柜的正极性端流入，因此12……In均为正值，贝U
[0081] Ι?= |li| + |l2|+......+ |in| =2|l2+......+In| =2|li (5)
[0082] 可见，ΙΣ很大，。为很小的负荷电流，直流差动保护灵敏动作。式(4)、式(5)分别与 式(2)、式(3)同。
[0083] (6)不同地点两点接地短路，如图6所示，正极接地点位于ΤΑ与电解槽之间区域内 任一点，负极接地点位于直流系统负极的任一点。
[0084] 见图6，电流11、12……Iη分别由对应的监测点TAi、ΤΑ2……TAn的正极线路流入，电 流II、12……In均为正值，贝IJ
[00 化]h=|li| + |l2|+......+ |ln
[0086] 因此ΙΣ很大，。为很小的负荷电流，直流差动保护灵敏动作。
[0087] 结论；
[0088] 综上所述，本发明实施例提出的直流差动保护，能保护化工冶炼企业整流变压器 阀侧广大直流系统全部区域内任一地点的正负极短路、同一地点及不同地点的两点接地短 路W及阀短路而且动作灵敏度高。本发明"直流差动保护"能保护传统的"逆流保护"所不能 保护的区域（即弥补"逆流保护"的死区），而且也能保护"逆流保护"能保护的区域，显然本 发明的特性优于"逆流保护"的特性。本发明"直流差动保护"单独应用或者与"逆流保护"联 合应用可显著提高冶炼企业及电力系统运行的安全性。
[0089] W上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可W作出若干改进和润饰，运些改进和润饰也 应视为本发明的权利要求保护的范围。
【主权项】
1. 一种整流变压器阀侧直流系统短路故障的判别方法，其特征在于，包括： 通过在整流柜输出端的直流正极线路上的监测点TAi、TA2……TAn，获取整流柜输出端 的直流正极线路上的在线测量直流电流Ii、12……In; 通过在负载输入端正极线路上监测点T、，获取负载输入端的直流正极线路上的在线测 量直流电流Ij; 计算整流柜输出端的直流正极线路上的在线测量直流电流绝对值之和Ι?， Ι?= I II I + I 12 I +......+ I In I ； 计算整流柜电流比Ι?*，整流柜电流比Ι?*为各整流柜在线测量直流电流绝对值之和Ι? 与正常运行状态下电解槽输入的额定直流电流nle的比值，计算负载电流比Ij*，负载电流比Ij*为流经负载的输入端正极线路上TAj的在线测量直 流电流L与正常运行状态下电解槽输入的额定直流电流nle的比值，η为整流变压器的总台数(即整流柜的总台数），Ie为每个整流柜正常运行时输出的额定 直流电流。 根据整流柜电流比Ι?*与负载电流比Ij*之间的差值判断直流差动保护是否动作。2. 根据权利要求1所述的整流变压器阀侧直流系统短路故障的判别方法，其特征在于， 根据整流柜电流比Ι?*与负载电流比1^之间的差值判断直流差动保护是否动作，具体包括： 判断整流柜电流比Ι?*与负载电流比之间的差值是否大于预设阈值，如果是则直流 差动保护动作，否则直流差动保护不动作。3. 根据权利要求1所述的整流变压器阀侧直流系统短路故障的判别方法，其特征在于， 包括： 所述预设阈值为0.2~0.4;即判断以下公式（1)是否成立 >0.2~0.4 (1) 如果是则直流差动保护动作，否则直流差动保护不动作。4. 一种整流变压器阀侧直流系统短路故障保护系统，其特征在于，包括： 设置在整流柜的输出端的直流正极线路上的监测点TA^TAs……TAn，所述监测点TAi、 TA2……TAn用于获取整流柜的输出端的直流正极线路上的在线测量直流电流1^12……In; 设置在负载的输入端正极线路上监测点T、，所述监测点T、用于获取负载的输入端的 直流正极线路上的在线测量直流电流Ij; 计算整流柜输出端的直流正极线路上的在线测量直流电流绝对值之和Ι?， Ι?= I II I + I 12 I +......+ I In I ； 计算整流柜电流比Ι?*，整流柜电流比Ι?*为各整流柜在线测量直流电流绝对值之和与 正常运行状态下电解槽输入的额定直流电流的比值，计算负载电流比Ij*，负载电流比Ij*为流经负载的输入端正极线路上TAj的在线测量直 流电流与正常运行状态下电解槽输入的额定直流电流的比值，根据整流柜电流比Ι?*与负载电流比Ij*之间的差值判断直流差动保护是否动作。
【文档编号】G01R31/02GK106066447SQ201610517075
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】姚晴林, 刘星, 姜睿智, 杨振良, 翟浩冲, 孔晓民, 邱舵, 张义, 冀娟, 李鹤, 黄蔚, 刘虎, 庞杰锋, 张艳华
【申请人】许昌许继软件技术有限公司, 许继集团有限公司, 许继电气股份有限公司