一种差动保护闭锁方法及装置与流程

本发明属于电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种差动保护闭锁方法及装置。

背景技术：

特高压直流输电(UHVDC)系统电压等级高，送电容量大，送电距离远，线路故障恢复能力强，调节速度快，更有利于交流系统的稳定。这些优点使其逐渐成为电力界的研究热点，并且其已成为远距离输电的必然趋势。

作为特高压直流输电系统中最主要的设备之一，换流变压器是接在交流系统与换流桥之间的电力变压器，可以提供相位差为30度的12脉动交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗，是换流器正常换相的重要保障；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，使系统运行在最佳状态。由于换流变压器所处的工作环境存在交、直流电场、磁场的共同作用，因此相对于普通电力变压器，换流变压器的结构特殊、复杂，关键技术高难，对制造环境和加工质量要求严格。

作为换流变压器的主保护，差动保护能否可靠动作对保障换流变压器的安全运行至关重要。换流变配置的主保护有差动保护和瓦斯保护，长期以来，变压器差动保护的主要矛盾集中在励磁涌流和内部故障上，励磁涌流现象往往会导致差动保护误动，为防止差动保护误动，目前变压器多采用基于二次谐波制动的差动保护，以此可以有效区分励磁涌流和故障电流。

与换流变压器阀侧直接相连的换流器是非线性元件，对交流侧来说是主要的谐波电流源，其产生的大量谐波影响换流变压器的差动保护动作性能，尤其是对基于二次谐波制动的差动保护可能造成严重影响。

目前，特高压换流变压器虽已配置较为完善的差动保护，但理论分析及仿真实验表明，换流变压器差动保护在发生区内故障时保护有拒动的可能性，现阶段特高压换流变压器差动保护仍存在一定的局限性。因此，亟需一种能够确保特高压变压器差动保护动作的可靠性的差动保护闭锁方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种差动保护闭锁方法及装置，用以确保特高压变压器差动保护动作的可靠性，其技术方案如下：

一种差动保护闭锁方法，所述方法包括：

采集换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值；

利用采集到的所述换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值计算各相的差动电流和制动电流；

根据各相差动电流和制动电流的关系，判断是否存在差动电流落入保护的动作区域；

当存在差动电流落入所述保护的动作区域时，计算所述落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量；

判断所述落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量是否小于预设值；

如果是，则启动差动保护；

如果否，则提取所述落入保护的动作区域的差动电流的直流量和基波，并判断所述直流量和基波是否满足预设条件，所述预设条件为|Idi_dc(k)|＞α|Idi_1(k)|，其中，Idi_1(k)、Idi_dc(k)分别为第k个采样点i相差动电流的基波有效值和直流量大小，α为可靠系数；

如果是，则启动差动保护；

如果否，则差动保护封锁。

其中，所述采集换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值，包括：

利用微机保护装置按一周波24点采样，采集所述换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值。

其中，所述利用采集到的所述换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值计算各相的差动电流和制动电流，包括：利用

分别计算各相的差动电流和制动电流，其中：

I′Y2i(k)＝IY2i(k)·Kbal

其中，Idi(k)为第k个采样点i相差动电流，Iri(k)为第k个采样点i相制动电流，Kbal为平衡系数，IY1i(k)为换流变压器网侧电流，IY2i(k)为阀侧电流，N为高低压侧变比，nCT1、nCT2为换流变压器网侧和阀侧电流互感器变比。

其中，所述计算所述落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量，包括：通过

计算所述落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量；

其中，Idi_1(k)、Idi_2(k)分别为第k个采样点i相差动电流的基波有效值和二次谐波有效值。

一种差动保护闭锁装置，所述差动保护闭锁装置包括：采集模块、第一计算模块、第一判断模块、第二计算模块、第二判断模块、第一启动模块、提取模块、第三判断模块、第二启动模块和封锁模块；

所述采集模块，用于采集换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值；

所述第一计算模块，用于利用采集到的所述换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值计算各相的差动电流和制动电流；

所述第一判断模块，用于根据各相差动电流和制动电流的关系，判断是否存在差动电流落入保护的动作区域；

所述第二计算模块，用于当存在差动电流落入所述保护的动作区域时，计算所述落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量；

所述第二判断模块，用于判断所述落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量是否小于预设值；

所述第一启动模块，用于当所述落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量小于所述预设值时，启动差动保护；

所述提取模块，用于当所述落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量大于或等于所述预设值时，提取所述落入保护的动作区域的差动电流的直流量和基波；

所述第三判断模块，用于判断所述直流量和基波是否满足预设条件，所述预设条件为：

|Idi_dc(k)|＞α|Idi_1(k)|

其中，Idi_1(k)、Idi_dc(k)分别为第k个采样点i相差动电流的基波有效值和直流量大小，α为可靠系数；

所述第二启动模块，用于当所述直流量和基波满足所述预设条件时，启动差动保护；

所述封锁模块，用于当所述直流量和基波不满足所述预设条件时，封锁差动保护。

其中，所述采集模块，具体用于利用微机保护装置按一周波24点采样，采集所述换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值。

其中，所述第一计算模块，具体用于利用

分别计算各相的差动电流和制动电流，其中：

I′Y2i(k)＝IY2i(k)·Kbal

其中，Idi(k)为第k个采样点i相差动电流，Iri(k)为第k个采样点i相制动电流，Kbal为平衡系数，IY1i(k)为换流变压器网侧电流，IY2i(k)为阀侧电流，N为高低压侧变比，nCT1、nCT2为换流变压器网侧和阀侧电流互感器变比。

其中，所述第二计算模块，具体用于通过

计算所述落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量；

其中，Idi_1(k)、Idi_2(k)分别为第k个采样点i相差动电流的基波有效值和二次谐波有效值。

上述技术方案具有如下有益效果：

针对换流器的非线性特性容易对特高压换流变压器差动保护正常动作造成影响，本发明提供的差动保护闭锁方法及装置，保证了正常运行工况下特高压换流变压器发生故障差动保护准确可靠动作，特别地，对于发生阀侧区内单相经过渡电阻接地故障时，差动保护也能够可靠迅速动作，保证换流变压器安全可靠运行，本发明在传统的二次谐波闭锁判据基础上新增了动作辅助判据，动作可靠性高，工程适用性较强，对于特高压换流变压器保护配置具有一定的工程实际意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的差动保护闭锁方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的特高压直流输电单极大地回路运行方式仿真模型；

图3为本发明实施例提供的阀侧区内单相经过渡电阻接地短路状态下的短路电流流通回路示意图；

图4本发明实施例提供的换流变压器差动保护比率制动特性曲线；

图5为本发明实施例提供的三相差流的仿真波形图；

图6为本发明实施例提供的特高压换流变压器A相差动电流的二次谐波含量趋势示意图；

图7为本发明实施例提供的各相的差动电流的直流量与基波幅值比值的示意图；

图8为本发明实施例提供的差动保护闭锁装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种差动保护闭锁方法，请参阅图1，示出了该方法的流程示意图，可以包括：

步骤S101：采集换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值。

在一具体实现方式中，可利用微机保护装置按一周波24点采样，采集换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值。

步骤S102：利用采集到的换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值计算各相的差动电流和制动电流。

具体的，可利用

分别计算各相的差动电流和制动电流，其中：

I′Y2i(k)＝IY2i(k)·Kbal (3)

其中，Idi(k)为第k个采样点i相差动电流，Iri(k)为第k个采样点i相制动电流，Kbal为平衡系数，IY1i(k)为换流变压器网侧电流，IY2i(k)为阀侧电流，N为高低压侧变比，nCT1、nCT2为换流变压器网侧和阀侧电流互感器变比。

步骤S103：根据各相差动电流和制动电流的关系，判断是否存在差动电流落入保护的动作区域。

步骤S104：当存在差动电流落入保护的动作区域时，计算落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量。

具体的，可通过

计算落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量。

其中，Idi_1(k)、Idi_2(k)分别为第k个采样点i相差动电流的基波有效值和二次谐波有效值。

步骤S105：判断落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量是否小于预设值，如果是，执行步骤S106a，否则，执行步骤S106b。

步骤S106a：启动差动保护。

步骤S106b：提取落入保护的动作区域的差动电流的直流量和基波。

步骤S107：判断直流量和基波是否满足预设条件，如果是，则执行步骤S106a，否则，执行步骤S108。

其中，预设条件为|Idi_dc(k)|＞α|Idi_1(k)|，其中，Idi_1(k)、Idi_dc(k)分别为第k个采样点i相差动电流的基波有效值和直流量大小，α为可靠系数。引入可靠系数的目的在于避免不平衡电流，尤其是励磁涌流的影响。

需要说明的是，若直流量和基波满足预设条件，则判定此时为换流变压器的区内故障，保护立即动作，若直流量和基波不满足预设条件，则判定为换流变压器的励磁涌流，则保护被闭锁。

步骤S108：封锁差动保护。

以特高压换流变压器为例，特高压换流变变压器A相经过渡电阻接地短路(过渡电阻为15欧姆)：

图2示出了是特高压直流输电单极大地回路运行方式仿真模型，对图2中3#换流变压器A相进行单相经过渡电阻接地故障仿真，故障时刻t＝0.4s，过渡电阻Rg＝15Ω。

图3示出了阀侧区内单相经过渡电阻接地短路在此状态下的短路电流流通回路(以阀1和阀2导通为例)，短路电流流经系统接地极、D桥换流器共阳极阀、D桥换流变、D桥换流器共阴极阀、Y桥换流器共阳极阀、Y桥换流变、短路点、过渡电阻形成回路。短路电流流经换流阀，由于阀的单相导通性，导致短路电流偏向时间轴一侧，出现一定的谐波含量。图4是换流变差动保护比率制动特性曲线，其中Iop.min＝0.2，Ires＝0.5，计算三相差动电流和制动电流，并根据两者之间的关系确定落入保护的动作区域的差动电流，即比率制动特性曲线的上半部分。

图5示出了三相差动电流的仿真波形，根据图5三相差动电流波形图可得，此时A相差流IdA落入保护的动作区域，然后判断A相差动电流IdA的二次谐波含量是否小于15％，本实施例中，故障时刻为0.4s，故障发生后，短路电流流经换流阀，由于阀的单相导通性，导致短路电流偏向时间轴一侧，使得差动电流出现一定的谐波含量。

如图6所示，A相差动电流的二次谐波含量大于15％，差动保护拒动，此时，提取A相差动电流IdA的直流量IdA_1(k)和基波IdA_dc(k)，并判断是否满足预设条件|IdA_dc(k)|＞α|IdA_1(k)|(α＝1.1)。

如图7所示，本实施例中，故障相A相差动电流IdA的直流量与基波幅值的比值远远超出了α值(黑色实线代表可靠系数α的值，即为1.1)，满足预设条件，故判断此时为换流变压器的区内故障，保护立刻动作。

本发明针对特高压换流变压器在发生阀侧区内单相经过渡电阻接地故障后，基于差动电流二次谐波含量的传统判断依据无法动作，即二次谐波含量在故障后仍高于15％的阈值，差动保护不能正确动作的情况提出合理的解决措施，保证特高压变压器的安全稳定运行。

本发明提供的差动保护闭锁方法，能够保证正常运行工况下特高压换流变压器发生故障差动保护准确可靠动作，特别地，对于发生阀侧区内单相经过渡电阻接地故障时，差动保护也能够可靠迅速动作，保证换流变压器安全可靠运行，本发明工程适用性较强，对于特高压换流变压器保护配置具有一定的工程实际意义。

与上述方法相对应，本发明实施例还提供了一种差动保护闭锁装置，请参阅图8，示出了该差动保护闭锁装置的结构示意图，可以包括：采集模块801、第一计算模块802、第一判断模块803、第二计算模块804、第三判断模块805、第一启动模块806、提取模块807、第四判断模块808、第二启动模块809和封锁模块810。其中，

采集模块801，用于采集换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值。

第一计算模块802，用于利用采集到的换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值计算各相的差动电流和制动电流。

第一判断模块803，用于根据各相差动电流和制动电流的关系，判断是否存在差动电流落入保护的动作区域。

第二计算模块804，用于当存在差动电流落入保护的动作区域时，计算落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量。

第二判断模块805，用于判断落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量是否小于预设值。

第一启动模块806，用于当落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量小于预设值时，启动差动保护。

提取模块807，用于当落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量大于或等于预设值时，提取落入保护的动作区域的差动电流的直流量和基波。

第三判断模块808，用于判断直流量和基波是否满足预设条件，预设条件为：

|Idi_dc(k)|＞α|Idi_1(k)|

其中，Idi_1(k)、Idi_dc(k)分别为第k个采样点i相差动电流的基波有效值和直流量大小，α为可靠系数。

第二启动模块809，用于当直流量和基波满足预设条件时，启动差动保护。

封锁模块810，用于当直流量和基波不满足预设条件时，封锁差动保护。

本发明提供的差动保护闭锁装置，能够保证正常运行工况下特高压换流变压器发生故障差动保护准确可靠动作，特别地，对于发生阀侧区内单相经过渡电阻接地故障时，差动保护也能够可靠迅速动作，保证换流变压器安全可靠运行，本发明工程适用性较强，对于特高压换流变压器保护配置具有一定的工程实际意义。

在上述实施例提供的差动保护闭锁装置中，采集模块具体用于利用微机保护装置按一周波24点采样，采集换流变压器网侧和阀侧电流互感器二次侧电流值。

在上述实施例提供的差动保护闭锁装置中，第一计算模块具体用于利用

分别计算各相的差动电流和制动电流，其中：

I′Y2i(k)＝IY2i(k)·Kbal

其中，Idi(k)为第k个采样点i相差动电流，Iri(k)为第k个采样点i相制动电流，Kbal为平衡系数，IY1i(k)为换流变压器网侧电流，IY2i(k)为阀侧电流，N为高低压侧变比，nCT1、nCT2为换流变压器网侧和阀侧电流互感器变比。

在上述实施例提供的差动保护闭锁装置中，第二计算模块具体用于通过

计算落入保护的动作区域的差动电流的二次谐波含量；

其中，Idi_1(k)、Idi_2(k)分别为第k个采样点i相差动电流的基波有效值和二次谐波有效值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。