一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法

专利名称：一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法
技术领域：
本发明涉及一种继电保护技术，特别涉及一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法。
背景技术：
输电线路在冬季覆冰严重威胁电力系统的安全运行。直流融冰装置的研制成功对提高电网的抗击冰灾能力起到了巨大作用。直流融冰装置的基本原理是采用换流桥将交流电流转化为直流电流，注入交流导线，利用直流电流在导线电阻中产生热量使覆冰融化。
线路开路试验(Open Line Tests，0LT)，又称空载加压试验，是直流融冰装置和高压直流输电工程系统试验中一项非常重要的试验。OLT试验的方法就是将整流器的负载回路断开，在直流电流为O的情况下逐步升高直流电压到指定值。OLT试验的目的是检验极控制保护系统中直流电压控制功能是否正确工作；检验控制保护系统对晶闸管换流桥的触发功能是否正常；检验换流桥以及换流桥直流侧设备的绝缘水平和电压耐受能力是否达到要求。12脉动直流融冰装置的换流桥由2个6脉动标准的换流桥串联而成。为了降低每个6脉动换流桥的绝缘水平，常将两个6脉动换流桥的连接点接地，阳极接地的那个6脉动换流桥整流得到的直流电压为正值，因此该6脉动换流桥常被称为正6脉动桥；阴极接地的那个6脉动换流桥整流得到的直流电压为负值，因此该6脉动换流桥常被称为负6脉动桥。在实际工程中，一般为正、负6脉动桥分别配置一台直流电压测量装置，测量得到的直流电压分别称为Udl和Ud2，而12脉动直流融冰装置的直流电压(Ud)为直流融冰装置输出的总的直流电压，是Udl和Ud2的绝对值之和，是个正值。在直流融冰装置正常运行时，Udl和Ud2的绝对值均约为Ud的一半。采用晶闸管换流桥的直流融冰装置在进行OLT试验时，Ud与触发角(α )之间有明确的对应关系。对于6脉动和12脉动直流融冰装置，OLT时直流电压的理论计算公式分别如式(I)和式(2)所示
8( ⑴
Uii =^=Udl9O 6 (2)在式(I)和(2)中，Udi0均为6脉动换流桥在无相控情况下的理想空载直流电压。从式(I)和(2)中都可以看出，当触发角α为150°时，Ud为O ;由于换流桥是个整流电路，当α大于150°时，Ud也为O;随着α逐渐变小，Ud逐渐变大；在α为60°时，Ud达到最大值。通过上述分析可以看出，在正常的OLT运行时，可以通过对α的控制实现Ud从OkV起始，并且可以在OkV到最大值之间进行连续调节。直流融冰装置的OLT —般会配置相应的电压原理保护对于12脉动直流融冰装置，其OLT时的直流电压理论值UD_CALC可以按式(2)计算得到，而实际测量得到的直流电压UD_MEAS会受到直流融冰装置均压、阻尼回路等因素的影响，与UD_CALC之间存在一定的差异，但是这种差异是有限的，即在OLT试验中，正常情况下UD_MEAS会与UD_CALC基本保持一致，当二者差异过大超过一定值UD_set时，就认为是融冰装置的设备绝缘可能出现了问题，驱动保护动作。在直流融冰装置中，UD_set —般取值为O. 3 I. Opu (基准为融冰装置直流侧的额定直流电压Μ)Ν)。12脉动直流融冰装置一般都会配备专用的换流变压器，换流变压器可以采用一台三绕组变压器或2台双绕组变压器。换流变压器的2个低压绕组在接线上一般一个为星形(Y形)接法，而另一个为角形(D形)接法，两种接法绕组的输出端线电压在相位上相差30度，例如D/dO/yll和D/dO/yl绕组接线方法。专用换流变压器与换流桥之间距离很近，并且采用硬母线连接，一般不会出现交流进线相序接反的情况。
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控制保护系统(C&P)中负责产生换流桥控制脉冲的装置一般会以一个标准的6·脉动换流桥为单位产生一组控制脉冲，并通过I根多芯控制脉冲电缆输出到阀控制单元(V⑶)上。因此，对于12脉动换流桥，C&P会产生2组控制脉冲(D桥控制脉冲和Y桥控制脉冲)，分别对应于D换流桥和Y换流桥。C&P会通过2根多芯控制电缆分别将D桥制脉冲和Y桥控制脉冲送往D桥和Y桥的VCU。由于2根控制脉冲电缆的外形和接口完全相同，因此在C&P与VCU之间进行连接时，有时会出现C&P的D桥控制脉冲通过电缆连接到Y桥VCU，而Y桥的控制脉冲通过电缆连接到D桥VCU的情况，即控制脉冲电缆接反的情况。在OLT试验时，这种控制脉冲电缆接反的情况会导致Ud无法爬升到融冰装置操作人员设定的直流电压参考值，并且直流电压波形非常奇怪。发生这种故障时，技术人员需要对直流融冰装置控制保护系统的故障录波文件进行人工分析来确定故障原因，这种故障分析过程会花费很多时间，并且受到个人技术水平以及现场经验等因素的影响，技术人员很有可能无法及时、准确定位设备的故障原因。目前还没有一种明确的、有效的判断换流桥控制脉冲电缆接反故障的方法。

发明内容
本发明的目的，在于提供一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，其可明确、有效地判断12脉动换流桥控制脉冲电缆接反的故障，保护系统可根据该方法在空载加压试验保护动作后自动确定故障的原因，给出故障分析提示。为了达成上述目的，本发明的解决方案是一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，包括如下步骤(I)实时检测换流桥当前是否处于空载加压试验状态，若是则进入步骤(2)，否则继续检测；(2)判断当解锁换流桥的触发脉冲时，与换流变压器相位落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压是否出现第一次明显的阶跃，若出现则进入步骤(3)，否则返回步骤(O;(3)判断当换流桥的触发脉冲移相命令消失时，与换流变压器相位落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压是否出现第二次明显的阶跃，若出现则进入步骤(4)，否则返回步骤(I)；(4)判断与换流变压器相位超前绕组对应的6脉动换流桥的直流电压是否保持低于电压阈值，若是且经过延时时间后判断换流桥控制脉冲电缆接反，否则判断未接反。上述步骤(2)的具体内容是实时检测换流桥的触发脉冲解锁命令，一旦该解锁命令从O向I变位并持续第一判断时间，且在该第一判断时间内与换流变压器落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压的峰值大于第一直流电压定值，则判定与换流变压器落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压出现第一次阶跃，否则没有出现。上述第一判断时间的取值范围是5 20ms。上述第一直流电压定值是6脉动换流桥在无相控情况下的理想空载直流电压的O. 25 O. 33 倍。 上述步骤(3)的具体内容是实时检测换流桥的触发脉冲移相命令，一旦该解锁命令从I向O变位并持续第二判断时间，且在该第二判断时间内与换流变压器落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压的峰值大于第二直流电压定值，则判定与换流变压器落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压出现第二次阶跃，否则没有出现。上述第二判断时间的取值范围是5 20ms。上述第二直流电压定值是6脉动换流桥在无相控情况下的理想空载直流电压的
O.15 O. 26 倍。上述步骤(4)中，电压阈值是指融冰装置直流电压额定值的O. 01 O. I倍。上述步骤(4)中，延时时间的取值范围是2 5ms。采用上述方案后，本发明提出了一种简易、有效地判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，保护系统可根据该方法在空载加压试验保护动作后自动确定故障的原因，给出故障分析提示。


图I是进行12脉动直流融冰装置空载加压试验示意图； 其中，换流变压器为三绕组变压器，两个副边绕组的接线形式相差30度；与D型接法的副边绕组相连的6脉动整流桥为D桥，此处的D桥为正6脉动桥，与Y型接法的副边绕组相连的6脉动整流桥为Y桥，此处的Y桥为负6脉动桥；D1、D2、D3、D4、D5、D6分别指融冰装置D桥中的6个换流臂，Yl、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6分别指融冰装置Y桥中的6个换流臂；Udl指融冰装置正6脉冲桥直流母线对地的直流电压；Ud2指融冰装置负6脉动桥直流母线对地的直流电压；Ud指融冰装置正6脉动桥直流母线对负6脉动桥直流母线之间的直流电压，即12脉动换流桥总的输出直流电压；图2是某直流融冰装置现场空载加压试验时控制脉冲电缆接反对应的故障录波图；其中，4张子图的横坐标一致，都是时间轴，单位s;第一张子图的纵坐标为触发角，单位度；第二张子图的纵坐标是正6脉动桥和负6脉动桥的直流电压，单位kV ;第三张子图的纵坐标是触发脉冲的解锁命令，无单位；第四张子图的纵坐标是控制保护系统发出撤消触发脉冲移相的命令，无单位；图3是本发明中实现判断绕组落后桥直流电压出现第一次阶跃的逻辑框其中，箭头代表了数据流方向；tl为逻辑中用到的单稳态脉冲的时间宽度；U_setl为一个电压定值，用以辅助衡量直流电压出现第一次阶跃的阶跃量；图4是本发明中实现判断绕组落后桥直流电压出现第二次阶跃的逻辑框图；其中，箭头代表了数据流方向；t2为逻辑中用到的单稳态脉冲的时间宽度；U_set2为一个电压定值，用以辅助衡量直流电压出现第二次阶跃的阶跃量；图5是本发明中实现判断绕组超前桥直流电压没有保持为OkV的逻辑框图；其中，箭头代表了数据流方向；U_set3为一个电压定值，用以辅助判断直流电压是否始终保持为OkV ；图6是本发明的整体逻辑框图；
其中，箭头代表了数据流方向；tb和t3均为逻辑中用到的单稳态脉冲的时间宽度。
具体实施例方式以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。本发明是基于以下情况提出的在直流融冰装置换流桥控制脉冲对应关系正确的情况下进行空载加压试验时，由于初始触发角一般为164°左右(大于150° )，此时解锁换流桥的触发脉冲后，换流桥的直流电压为OkV，在控制系统的触发脉冲移相命令消失时，触发角会从164°降为150°，换流桥的直流电压仍然保持为OkV。如图I所示，如果D换流桥对应的变压器绕组落后Y换流桥对应的变压器绕组30°，并且D桥和Y桥的控制脉冲信号电缆相互接反，那么在控制系统的触发角为164°时，实际加在D桥上的触发脉冲对应的角度是134° (即164°减去30° )，而实际加在Y桥上的触发脉冲对应的角度是194° (即164°加30° )。因此，在换流桥触发脉冲解锁时，D桥对应的直流电压就会出现一个阶跃，D桥对应的直流电压衰减后的稳态值就对应于6脉动桥在134°时的直流电压，而Y桥对应的直流电压会保持为OkV。由于此时总的直流电压比较小，空载加压试验的电压保护一般不会动作。当触发脉冲移相命令从I变为O时，触发角会从164°降为150°，此时实际加在D桥上的触发脉冲对应的角度是120° (即150°减去30° )，而实际加在Y桥上的触发脉冲对应的角度是180° (即150°加30° )。因此，在换流桥触发脉冲移相命令消失时，D桥对应的直流电压又会出现一个阶跃，D桥对应的直流电压衰减后的稳态值就对应于6脉动桥在120°时的直流电压，而Y桥对应的直流电压仍旧保持为OkV。由于此时总的直流电压也不会太大，空载加压试验的电压保护有可能动作，也有可能不动作，这主要取决于所选取的空载加压试验电压保护动作定值的大小。如果变压器落后绕组对应整流桥是正6脉动桥，那么该桥的直流电压出现的2次阶跃均为上阶跃；如果变压器落后绕组对应整流桥是负6脉动桥，那么该桥的直流电压出现的2次阶跃均为下阶跃。基于以上情况，如图6所示，本发明提供一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，包括如下步骤(I)实时检测换流桥当前是否处于空载加压试验状态，若是则进入步骤(2)，否则继续检测；
(2)判断当解锁换流桥的触发脉冲时，与换流变压器相位落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压是否出现第一次明显的阶跃，若出现则进入步骤(3)，否则返回步骤(O;该步骤具体实施时，结合图3所示，包括如下两个方面 (21)实时检测换流桥的触发脉冲解锁命令，一旦该解锁命令从O向I变位时，就利用信号的上升沿触发单稳态触发器，产生一个宽度为tl时间的脉冲，作为图3中“与”逻辑的第一个输入值，时间tl的取值范围为5 20ms ；(22)实时读取与换流变压器落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压值(在换流变压器的绕组接线形式为D/dO/yll时，该电压为正6脉动桥的直流输出电压Udl)，对该电压值取绝对值后利用求取峰值的程序模块得到上述触发脉冲解锁命令出现时刻之后的tl时间内直流电压的峰值，该峰值在模拟量比较模块中与直流电压定值U_setl比较，如果峰值大于U_setl，则输出值为1，如果峰值小于U_setl，则输出值为O ;该模拟量比较模块的输出值作为图3中“与”逻辑的第二个输入值。直流电压定值U_setl的取值范围为6脉动换 流桥在无相控情况下的理想空载直流电压(UdiO)的O. 25 O. 33倍。当图3中“与”逻辑的两个输入值都为I时，该“与”逻辑输出值就变为1，表明已经判断出换流变压器落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压出现了第一次阶跃。(3)判断当换流桥的触发脉冲移相命令消失时，与换流变压器相位落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压是否出现第二次明显的阶跃，若出现则进入步骤(4)，否则返回步骤(I);该步骤具体实施时，结合图4所示，包括如下两个方面(31)实时检测换流桥的触发脉冲移相命令，一旦该解锁命令从I向O变位时，就利用信号的下降沿触发单稳态触发器，产生一个宽度为t2时间的脉冲，作为图4中“与”逻辑的第一个输入值。时间t2的取值范围为5 20ms ；(32)实时读取换流变压器落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压值(例如Udl)，对该电压值取绝对值，利用求取峰值的程序模块得到上述触发脉冲移相命令消失时刻到之后的t2时间内直流电压的峰值，该峰值作为其后减法模块的第一个输入值，另外，用一个模拟量锁存模块锁存触发脉冲移相命令消失之前的Udl的绝对值，作为其后减法模块的第二个输入值，第一个输入值与第二个输入值之差即是触发脉冲移相命令消失之后t2时间内Udl的阶跃值，该值在模拟量比较模块中与直流电压定值[8的2比较，如果峰值大于U_set2，则输出值为1，如果峰值小于U_set2，则输出值为O ;该模拟量比较模块的输出值作为图4中“与”逻辑的第二个输入值。直流电压定值U_set2的取值范围为6脉动换流桥在无相控情况下的理想空载直流电压(UdiO)的O. 15 O. 26倍。当图4中“与”逻辑的两个输入值都为I时，该“与”逻辑输出值就变为1，表明已经判断出换流变压器落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压出现了第二次阶跃。(4)判断与换流变压器相位超前绕组对应的6脉动换流桥的直流电压是否保持为OkV，若是且经过一定的信号防抖延时后判断换流桥控制脉冲电缆接反，否则判断未接反；需要说明的是，与换流变压器相位超前绕组对应的6脉动换流桥的直流电压保持为OkV是一个理论值，在实际工程中该电压小于某个比较小的电压值，某个比较小的电压值可以取融冰装置直流电压额定值的0.01 O. I倍；
按照图5所示的逻辑框图，实时读取换流变压器超前绕组对应的6脉动换流桥的直流电压值(在换流变压器的绕组接线形式为D/dO/yll时，该电压为负6脉动桥的直流输出电压Ud2)，对该电压值取绝对值后在模拟量比较模块中与直流电压定值U_set3比较，如果峰值大于U_set3，则输出值为1，如果峰值小于U_set3，则输出值为O ;直流电压定值U_set3可以取融冰装置直流额定电压的O. 01 O. I倍。该逻辑用于判断Ud2是否出现了没有保持为OkV的情况。综上，图6概述了本发明的整体流程，首先实时检测融冰装置当前是否处于空载加压试验状态，该状态作为图6中“与”逻辑的第一个输入值；在图3逻辑中判断出的Udl第一次阶跃信号从O向I变位时，其上升沿触发单稳态触发器，产生一个宽度为tb时间的脉冲，作为图6中“与”逻辑的第二个输入值，时间tb的取值范围为246 261ms ；在图4逻辑中判断出的Udl第二次阶跃信号作为图6中“与”逻辑的第三个输入值； 在图5逻辑中判断出的Ud2没有保持为OkV的情况将触发一个宽度为t3时间的脉冲，然后经过一个“非”门作为图6中“与”逻辑的第四个输入值，时间t3的取值范围为246 261ms。图5中逻辑的目的是一旦发现Ud2没有保持为OkV的情况就用一个较宽的(t3)脉冲将判断换流桥控制脉冲电缆接反的逻辑屏蔽掉；当图6中“与”逻辑的四个输入值都为I时，“与”逻辑输出值就变为1，经过一定的信号防抖延时后发出换流桥控制脉冲电缆接反的报警信息，该一定的信号防抖延时按照躲过开关量信号受到不期望的干扰而可能出现的抖动时间进行整定，典型的防抖时间范围为 2ms 5ms ο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。
权利要求
1.一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，其特征在于包括如下步骤 (1)实时检测换流桥当前是否处于空载加压试验状态，若是则进入步骤(2)，否则继续检测； (2)判断当解锁换流桥的触发脉冲时，与换流变压器相位落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压是否出现第一次明显的阶跃，若出现则进入步骤(3)，否则返回步骤(I); (3)判断当换流桥的触发脉冲移相命令消失时，与换流变压器相位落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压是否出现第二次明显的阶跃，若出现则进入步骤(4)，否则返回步骤(O; (4)判断与换流变压器相位超前绕组对应的6脉动换流桥的直流电压是否保持低于电压阈值，若是且经过延时时间后判断换流桥控制脉冲电缆接反，否则判断未接反。
2.如权利要求I所述的一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，其特征在于所述步骤(2)的具体内容是实时检测换流桥的触发脉冲解锁命令，一旦该解锁命令从O向I变位并持续第一判断时间，且在该第一判断时间内与换流变压器落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压的峰值大于第一直流电压定值，则判定与换流变压器落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压出现第一次阶跃，否则没有出现。
3.如权利要求2所述的一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，其特征在于所述第一判断时间的取值范围是5 20ms。
4.如权利要求2所述的一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，其特征在于所述第一直流电压定值是6脉动换流桥在无相控情况下的理想空载直流电压的O. 25 O. 33倍。
5.如权利要求I所述的一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，其特征在于所述步骤(3)的具体内容是实时检测换流桥的触发脉冲移相命令，一旦该解锁命令从I向O变位并持续第二判断时间，且在该第二判断时间内与换流变压器落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压的峰值大于第二直流电压定值，则判定与换流变压器落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压出现第二次阶跃，否则没有出现。
6.如权利要求5所述的一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，其特征在于所述第二判断时间的取值范围是5 20ms。
7.如权利要求5所述的一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，其特征在于所述第二直流电压定值是6脉动换流桥在无相控情况下的理想空载直流电压的O. 15 O. 26倍。
8.如权利要求I所述的一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，其特征在于所述步骤(4)中，电压阈值是指融冰装置直流电压额定值的O. 01 O. I倍。
9.如权利要求I所述的一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，其特征在于所述步骤(4)中，延时时间的取值范围是2 5ms。
全文摘要
本发明公开一种判断换流桥控制脉冲电缆接反的方法，在对换流桥进行空载加压试验情况下，当解锁换流桥的触发脉冲时，与换流变压器相位落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压出现第一次阶跃，而与相位超前绕组对应的6脉动换流桥的直流电压保持低于电压阈值，并且当触发脉冲移相命令消失时，与相位落后绕组对应的6脉动换流桥的直流电压出现第二次阶跃，而与相位超前绕组对应的6脉动换流桥的直流电压仍旧保持低于电压阈值，则经过延时时间后，判断该换流桥控制脉冲电缆存在接反故障。此种方法可明确、有效地判断12脉动换流桥控制脉冲电缆接反的故障，保护系统可根据该方法在空载加压试验保护动作后自动确定故障的原因，给出故障分析提示。
文档编号G01R31/02GK102841286SQ201210277878
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月7日 优先权日2012年8月7日
发明者张翔, 李海英, 刘海彬, 陈松林 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司