一种分层接入式特高压直流系统的差动保护方法和装置与流程

本发明属于特高压直流输电系统技术领域，具体涉及一种分层接入式特高压直流系统的差动保护方法和装置。

背景技术：

目前我国特高压直流接入方式均为直接接入受端系统500kV交流网架，将导致功率分配转移困难，对系统安全稳定性造成较大的负面影响。考虑到华中、华东等负荷密集区域，未来将建成1000kV等级的交流同步电网，因此有专家提出将特高压直流接入受端系统1000kV的特高压交流网架，然而特高压交流网架尚处于初期建设阶段，短路容量较小，特高压交直流间建设进度的配合问题将制约该方案的实施。为此，专家提出采用分层接入的方式，即分别接入受端系统500kV和1000kV交流网架的方案来综合解决上述问题。

特高压直流受端分层接入交流电网的方式可优化特高压直流系统功率输送，提高受端交流系统电压支撑能力，引导潮流合理分布。分层接入500/1000千伏交流电网，将进一步发挥特高压直流工程远距离、大容量技术优势和特高压交流电网的系统支撑和电力消纳优势，有利于改善“强直弱交”的电网局面，对于坚强智能电网的构建和发展具有重要意义。但特高压直流分层接入方式下的结构增加了系统结构的复杂性，特高压交直流系统之间相互影响，超、特高压交流系统之间的耦合等问题，对交直流系统的继电保护提出了新的要求。

对于实际运行的变压器保护多采用“三相或门制动”方案，即三相差动电流中只要有一相的二次谐波含量超过制动比，就将三相差动继电器全部闭锁。特高压直流受端分层接入交流电网时，由于特高压直流输电系统中换流器的非线性作用，导致特高压变压器发生区内故障时，非故障相励磁电流中的二次谐波含量很大，导致差动继电器被闭锁，差动保护可能延迟动作甚至拒动，造成特高压直流系统可靠性降低的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种分层接入式特高压直流系统的差动保护方法和装置，用于解决由于二次谐波含量过大而造成的差动保护失灵的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

方法方案1：一种分层接入式特高压直流系统的差动保护方法，包括如下步骤：

判断是差动保护是否启动；如果差动保护启动，则判断三相差流中二次谐波的综合含量是否过低；

如果三相差流中二次谐波的综合含量过低，则对三相差流进行微分处理；

判断为分后各相差流是否饱和，如果其中某相差流不饱和，则开放该相的差动保护；

所述三相差流中二次谐波的综合含量过低，是指三相差流中最大相的二次谐波电流与基波电流之间的比值小于第一设定值。

本发明提供的技术方案，差动保护启动时，如果三相差流中二次谐波的含量过低，则对三相差流进行微分，并判断为分后的各相差流是否饱和，如果某相的差流不饱和，则开放该相的差动保护。由于本发明所提供的技术方案充分考虑到了二次谐波对电流的影响，所以差动保护不会由于二次谐波含量过大而失灵。

方法方案2：在方法方案1的基础上，差动保护是否启动的条件为：三相差流中的任意一相差流大于差动保护启动电流值的0.8倍。

方法方案3：在方法方案1的基础上，所述第一设定值的取值范围为0.15～0.2。

方法方案4：在方法方案1-3任意一相的基础上，判断微分后各相差流是否饱和的方法为：

设判断是否饱和的高设定值为k1，低设定值为k2，第一判别公式为

|ΔiK|＞k1|ΔiK.MAX|

第二判别公式为

|ΔiK|＞k2|ΔiK.MAX|

其中ΔiK为微分后的差流采样值，ΔiK.MAX为微分后一周期内采样值的最大峰值；k1的取值范围为0.4～0.5；k2的取值范围为0.15～0.2；

对三相差流中各相差流一个周期内统计第一设定数量的点数，如果满足第一判别公式的采样点数大于第二设定数量且满足第二判别公式的采样点数大于第三设定数量，则判断为该相差流波形不饱和。

方法方案5：在方法方案4的基础上，所述第一设定数量为24，第二设定数量为12，第三设定数量为18。

方法方案6：在方法方案1的基础上，当需要开放其中一相的差动保护时，如果三相差流中最大相的二次谐波电流与基波电流之间的比值小于第二设定值，则立即开放该相的差动保护，否则设定时间后开放该相的差动保护。

如果三相电流的二次谐波综合量较大，为了保证系统的安全，需要在设定时间后再开放差动保护。

方法方案7：在方法方案6的基础上，所述第二设定值为第一设定值的0.5倍。

方法方案8：在方法方案6或7的基础上，所述设定时间为5ms。

方法方案9：在方法方案1的基础上，如果三相差流中最大相的二次谐波电流与基波电流之间的比值不小于第一设定值，则闭锁三相差动保护。

当变压器三相差流中电流最大相的二次谐波电流和该相基波电流之间的比值大于第一设定值时，不需要启动差动保护，所以将三相差动保护闭锁。

方法方案10：在方法方案1或9的基础上，所述差动保护包括主变纵差保护、主变分相差动保护、调压变纵差保护和补偿变纵差保护。

装置方案1：一种分层接入式特高压直流系统的差动保护装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行时的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

判断是差动保护是否启动；如果差动保护启动，则判断三相差流中二次谐波的综合含量是否过低；

如果三相差流中二次谐波的综合含量过低，则对三相差流进行微分处理；

判断为分后各相差流是否饱和，如果其中某相差流不饱和，则开放该相的差动保护；

所述三相差流中二次谐波的综合含量过低，是指三相差流中最大相的二次谐波电流与基波电流之间的比值小于第一设定值。

装置方案2：在装置方案1的基础上，差动保护是否启动的条件为：三相差流中的任意一相差流大于差动保护启动电流值的0.8倍。

装置方案3：在装置方案1的基础上，所述第一设定值的取值范围为0.15～0.2。

装置方案4：在装置方案1-3任意一相的基础上，判断微分后各相差流是否饱和的方法为：

设判断是否饱和的高设定值为k1，低设定值为k2，第一判别公式为

|ΔiK|＞k1|ΔiK.MAX|

第二判别公式为

|ΔiK|＞k2|ΔiK.MAX|

其中ΔiK为微分后的差流采样值，ΔiK.MAX为微分后一周期内采样值的最大峰值；k1的取值范围为0.4～0.5；k2的取值范围为0.15～0.2；

对三相差流中各相差流一个周期内统计第一设定数量的点数，如果满足第一判别公式的采样点数大于第二设定数量且满足第二判别公式的采样点数大于第三设定数量，则判断为该相差流波形不饱和。

装置方案5：在装置方案4的基础上，所述第一设定数量为24，第二设定数量为12，第三设定数量为18。

装置方案6：在装置方案1的基础上，当需要开放其中一相的差动保护时，如果三相差流中最大相的二次谐波电流与基波电流之间的比值小于第二设定值，则立即开放该相的差动保护，否则设定时间后开放该相的差动保护。

装置方案7：在装置方案6的基础上，所述第二设定值为第一设定值的0.5倍。

装置方案8：在装置方案6或7的基础上，所述设定时间为5ms。

装置方案9：在装置方案1的基础上，如果三相差流中最大相的二次谐波电流与基波电流之间的比值不小于第一设定值，则闭锁三相差动保护。

装置方案10：在装置方案1或9的基础上，所述差动保护包括主变纵差保护、主变分相差动保护、调压变纵差保护和补偿变纵差保护。

附图说明

图1为方法实施例中分层接入式特高压直流系统的结构图；

图2为方法实施例中分层接入式特高压直流系统的差动保护控制流程图。

具体实施方式

本发明提供一种分层接入式特高压直流系统的差动保护方法和装置，用于解决由于二次谐波含量过大而造成的差动保护失灵的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种分层接入式特高压直流系统的差动保护方法，包括如下步骤：

判断是差动保护是否启动；如果差动保护启动，则判断三相差流中二次谐波的综合含量是否过低；

如果三相差流中二次谐波的综合含量过低，则对三相差流进行微分处理；

判断为分后各相差流是否饱和，如果其中某相差流不饱和，则开放该相的差动保护；

所述三相差流中二次谐波的综合含量过低，是指三相差流中最大相的二次谐波电流与基波电流之间的比值小于第一设定值。

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

方法实施例：

本实施例提供一种分层接入式特高压直流系统的差动保护方法，主要应用于分层接入式特高压直流系统的特高压继电保护装置中，通过对特高压变压器三相差流中的二次谐波综合判别及饱和判别，防止变压器内部故障时保护可能延迟动作甚至拒动，差动保护装置的可靠性。

本实施例所提供的一种分层接入式特高压直流系统的差动保护方法，其应用的分层接入式特高压直流系统如图1所示，主变纵差保护根据TA11、TA12、TA21、TA22、TA31、TA32六侧的电流决定，主变分相差动保护根据TA11、TA12、TA21、TA22、TA4五侧的电流决定，调压变纵差保护根据TA5、TA6、TA7三侧的电流决定，补偿变纵差保护根据TA6、TA8两侧的电流决定。

分层接入式特高压直流系统中的差动保护控制作为一个独立的功能模块，分别放置在主变保护装置和调压补偿变保护装置中，该功能模块始终投入，由于变压器空投时差流波形存在饱和，而故障时差流波形没有饱和因此，该功能模块能可靠识别变压器空投及故障，其流程如图2所示，步骤如下：

(1)检测变压器各相的差流，判断各相的差流是否大于相应差动保护启动电流值的0.8倍；

如检测到其中一相的差流值为Iop，该相差动保护的启动电流值为Iop.0，则判断是否满足条件

Iop＞0.8Iop.0

如果满足，则启动差动保护并执行下一步骤，否则闭锁变压器的三相差动保护；

(2)计算变压器三相差流中二次谐波的综合含量，得到三相差流中最大相的二次谐波电流和基波电流，判断两者之间的比值是否小于二次谐波制动系数kxb2；

设三相差流中二次谐波电流的最大值为Id2.MAX，基波电流的最大值为Id1.MAX，则判断是否满足条件

Id2.MAX＜kxb2Id1.MAX

其中kxb2的取值范围为0.15～0.20；

如果满足，则执行下一步骤，否则闭锁变压器的三相差动保护；

(3)对三相差流进行微分，微分方程为：

ΔiK＝iK-iK-1

其中iK为当前点采样值，iK-1为前一点采样值，ΔiK为微分后的差流采样值；

(4)对微分后的三相差流进行饱和判别，判别的方法如下：

设饱和判别的高判断值为k1，低判定值为k2，第一判别公式为

|ΔiK|＞k1|ΔiK.MAX|

第二判别公式为

|ΔiK|＞k2|ΔiK.MAX|

ΔiK.MAX为微分后一周波内采样值的最大峰值；k1为常数，取值范围为0.4～0.5；k2为常数，取值范围为0.15～0.2；

对各相差流进行采样，每相在一个周期内采集24个点；设各相差流满足第一判别公式的采样点数为N1，满足第二判别公式的采样点数为N2，如果某相的N1>12且N2>18，则判断为该相的差流不饱和；

(5)开放差流不饱和相的差动保护；当其中某相的差动保护需要开放时，当三相差流中二次谐波的综合含量小于0.5倍的kxb2时瞬时开放该相的差动保护，否则延时5ms后再开放该相的差动保护。

本实施例中，差动保护包括但不限于主变纵差保护、主变分相差动保护、调压变纵差保护和补偿变纵差保护。

作为其他实施方式，启动差动保护时判别条件的阈值可以根据实际需求进行调整。

作为其他实施方式高设定值k1，低设定值k2和kxb2的取值范围可以根据实际的需求确定。

作为其他实施方式，开放差动保护的时间阈值可以根据需求调整。

装置实施例：

本实施例提供一种分层接入式特高压直流系统的差动保护装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行时的计算机程序，处理器执行所述程序时实现上述方法实施例中的分层接入式特高压直流系统的差动保护方法，该差动保护方法在上述方法实施例中已经做了详细介绍，这里不多做说明。