直流滤波器保护的研究和改进.pdf

  • 文档大小:453.49 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 6页
  • 2021-06-25 发布
  • 举报
直流滤波器保护的研究和改进1 直流滤波器保护的研究和改进2 直流滤波器保护的研究和改进3 直流滤波器保护的研究和改进4 直流滤波器保护的研究和改进5 直流滤波器保护的研究和改进6
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共6页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
第39卷第4期2011年2月16日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlVb1.39No.4Feb.16.2011直流滤波器保护的研究和改进程江平,周全(中国南方电网超高压输电公司检修试验中心,广东广州510663)摘要:介绍了中国南方电网高肇、兴安直流的直流滤波器保护原理和配置。通过故障案例,对直流滤波器c1不平衡保护和c1电容器过负荷保护进行研究,发现了保护误动的可能原因。针对c1不平衡保护,提出了ITD/ITS实际值与定值对比时考虑正负的改进方案;针对cl过负荷保护,提出了L大于170%时保护闭锁,来避免直流线路电压测量系统异常造成的误动。系统仿真结论和现场运行情况证明所提出的改进方案是有效、可行的。关键词:高压直流输电;直流滤波器;C1电容器不平衡保护;Cl电容器过负荷保护StudyandimprovementofDCfilterprotectionCHENGJiang-ping,ZHOUQuan(Test&MaintenanceCenter,CSGEHVPowerTransmissionCompany,Guangzhou510663.China)Abstract:TheprincipleofDCfilterprotectionandconfigurationofGaozhaoandXinganHVDCprojectsinChinasouthernpowergridisintroduced.ThenDCfilterC1unbalanceprotectionandcapacitorC1overloadprotectionarestudiedthroughfaultcasesandthereasonsofthemaloperationarefound.Thepaperproposesanimprovedschemeconsideringpositive-neg ̄ivewhentherealvalueofITD/ITSiscomparedwithsettingvalueaimingatcapacitorC1unbalanceprotection.WithrespecttocapacitorC1overloadprotection,theprotectionblockingwhenUdLexceeds170%ispresentedtoavoidthem ̄operationcausedbyabnormalityofDClinevoltagemeasurementsystem.Thesimulationresultsandon-siteoperationshowthattheimprovedtechniquespresentedareeffectiveandfeasible.Keywords:HVDC;DCfilter;capacitorC1unbalanceprotection;capacitorC1overloadprotection中图分类号:TM72文献标识码:A文章编号:1674-3415(2011)04-0105.050引言直流滤波器作为换流站的重要设备,并联装设在直流高压母线和中性母线之间,是抑制高压直流输电系统(HVDC)直流侧谐波的最有效手段【lJ。从国内直流工程运行的情况来看,直流滤波器故障占直流故障的比例较大。根据上海南桥换流站的事故统计,在1989年到1998年中直流滤波器故障占首位,2001年直流滤波器故障占导致直流系统停运故障的18%J。自高肇直流工程投运以来,曾多次出现直流滤波器保护动作使直流滤波器退出运行的情况,2006年1月9曰,高坡换流站直流滤波器C1电容器过负荷保护误动导致极2闭锁【4]。由此可见,直流滤波器对直流输电系统的安全稳定运行具有十分重要的作用,必须对其提供完善的保护功能。目前直流滤波器保护在国内外直流工程中的应用还不是十分成熟。这是由于直流系统运行方式的多样性以及谐波电压、电流的多变性所决定的,这种特性要求直流滤波器的保护应该能不失真地反映多个频率的电量。此外,直流滤波器保护采用何种算法、定值与整定原则等来保证其灵敏性和可靠性尚待进行深入的研究。本文主要对目前南方电网高肇、兴安直流工程所采用的直流滤波器保护的原理进行介绍,通过对其保护动作情况和原因进行详细的分析,找出其中存在的问题与不足,有针对性地提出改进方案。1高肇、兴安直流滤波器保护原理【5-61高肇、兴安直流每个换流站每极分别装设两组三调谐TT12/24/36无源滤波器,每组滤波器配置两套完全相同的控制保护装置。其保护功能主要围绕12次谐波作为判据,采用SIEMENS的数字式多微处理器系统SIMADYND实现。单极直流滤波器及保护配置如图l所示,图中仅显示系统1的保护.106.电力系统保护与控制功能配置,系统2与系统1的配置完全相同。其中ITD为高压电容器C1两个支路电流之差,ITS为高压电容器Cl两个支路电流之和;ITx为电流互感器Tx(11,12,2)中的电流。直流滤波器主要由高压电容器、高压电抗器、低压电容器、低压电抗器等元件组成。从直流滤波器保护的对象来分,针对滤波器整体设置了差动保护和失谐保护;针对高压电容器设置了C1不平衡保护、c1过负荷保护和Cl桥差过流保护;针对高压电抗器设置了反时限过流保护;针对低压电阻/电抗器设置了过负荷保护。500kV流母线捌一一一一一;[亚要口电容器cl过负衙保护[亘口反时限过流保护[豇fi]电容器cl差流过流保护[1而jF]差动保护[]电容器c1不平衡保护[亘重口直流滤波器尖谐视图1三调谐滤波器及保护配置Fig.1Blockdiagram0fTT12/24/36DCfilterandDCfilterprotectionconfiguration1.1直流滤波器差动保护(87DF)87DF保护的保护范围:高压电容器以下的直流滤波器内的接地或对中性线短路故障。其保护原理为:f一盯21>A(1)其中:A=MAX{MIN(ITS,IT2)x0.2,2.0A}(2)该保护模拟量取10ms内的平均值来作差。其延时应小于直流中性母线差动保护延时(50ms),并且应能躲过瞬时差动现象。保护动作后果:相应极闭锁,发断开中性母线开关(HSNBS)请求,跳交流侧开关,断开直流滤波器。1.2直流滤波器失谐监视(DCFDS)DCFDS保护的保护任务:监视两组直流滤波器的调谐状态。其保护原理如下:ITSF1(600Hz、.ITSF2(600Hz、式中:,Fl、ITSF2分别为每极直流滤波器1、2的和电流。该比值的允许范围是0.92~1.08,超过该范围且延时10S,则该保护出口:发SER告警信号。当只有一组直流滤波器运行时,该功能被闭锁。1.3C1电容器不平衡保护(60/61DF)60/61DF保护的保护任务:保护直流滤波器Cl电容器免受由于故障电容器单元对完好电容器组造成的过应力而使电容器单元雪崩损坏。以兴安直流为例,Cl不平衡保护分为暂态和稳态不平衡两段,静态段反应Cl不平衡电流的累积效应,动态段反应C1不平衡电流的快速变化,实际程序中的判据为:静态段:/ITS>67.96%—/ITS<67.96%动态段:A(ITD/ITS一/ITS)>30_3%△或(/一』ITD/ITS)<-30.3%ITD/ITS为C1电容器两侧桥臂之间的差电流与和电流的比值,取12次(600Hz)谐波量。静态段和动态段的出口时间均为800ms,动作结果为:,<100A,退出该组直流滤波器;ITS>100A,相应极紧急停运,并退出该组直流滤波器。1.4c1电容器过负荷保护(49/59DF)49/59DF保护的保护任务:防止高压电容器c1过负荷损坏。△其保护原理为:当>时,启动C1过负荷保护,其中△是直流线路电压,为电容器承受电压与额定电压的比值。当A=I10%时,启动软件程序中的积分模块,按反时限电压一时间特性曲线延△时出口(如图2)。当=193.7%,无延时出口。动作后果:相应极闭锁,发断开HSNBS请求,断开直流滤波器。1.5C1高压电容器差动过流保护(5ICIDF)51C1DF保护的保护任务:保护C1电容器内部的接地或对中性线短路故障。其保护原理为:当ITD(rms)>A,延时250ms后,Cl差动过流保护出口,闭锁相应极,发断开HSNBS请求,跳交流侧开关,断开直流滤波器。程江平,等直流滤波器保护的研究和改进.107一’\、、\、.图2反时限电压一时间特性曲线—Fig.2Curveofthevoltagetimecharacteristic1.6反时限过流保护(51DF)51DF保护的保护任务:防止过量的谐波电流造成高压电抗器过热损坏。△其保护原理为:ITS(rms)>,定值的大小取决于谐波电流造成电抗器L1产生积肤效应时过负荷情况,跳闸时间由滤波器总电流与反时限特性曲线配合来决定。动作后果:相应极紧急停运,跳交流侧开关,断开直流滤波器。2c1电容器不平衡保护算法的改进2.1高肇、兴安直流电容器不平衡保护动作情况[墙1自高肇直流投运以来,曾多次出现直流滤波器电容器c1不平衡保护暂态段动作的情况,其中高坡换流站极1直流滤波器012LB在2006年5月8日、5月24日和6月5日连续三次发生电容器c1不平衡保护暂态段动作而使该滤波器退出运行。露冒曩重图3012LB直流滤波器ITD(6o0H2),,(6ooH)Trace录波图Fig.3CurveoflTD/ITSinTracerecorder2006年6月5日,高坡换流站电容器c1不平衡保护动作后,现场检修人员用PG(SIMADYND专用调试电脑)读取了两套直流滤波器保护系统的内部Trace文件(系统1的Trace录波图如图3所示,系统2的Trace录波图与系统1一致)。从图中可以看出,直流滤波器保护系统检测到了较大的不平衡电流,持续时间超过800mS,导致直流滤波器c1不平衡保护动作。现场检修人员对直流滤波器012LB进行检查,检查结果是cl电容器本身没有发现问题,测量回路电缆也没有发现问题,不平衡cT试验项目结果正常。兴安直流自投运以来也曾多次发生C1电容器不平衡保护暂态段误动作。保护动作后,现场对电容器本体进行检查均未发现异常情况。2.2电容器不平衡保护动作原因分析直流滤波器的不平衡保护用于保护电容器免受由于故障电容器单元对完好电容器组造成的过应力而使电容器单元雪崩损坏。高压电容器是直流滤波器中价格最贵的元件,耐受直流线路上所有的直流电压和大部分谐波压降,因此对不平衡保护的灵敏性要求非常高。一般将电容器分成容量相等的两个支路,以便检测故障,当某一支路中电容器有损坏时,两个支路中的谐波电流就会出现不平衡。但由于直流系统运行方式的多样性以及谐波电压、电流的多变性,导致流过直流滤波器的谐波电流中的谐波分量随时问变化,在电容器损坏相同的情况下,其不平衡电流也不同。此外,在直流滤波器正常情况下,由于制造误差、电容器元件的老化以及温度、阳光等外界环境参数会使电容值发生变化,也会导致不平衡电流的产生。为了找出电容器C1不平衡保护暂态段频繁动作的原因,我们对该保护的定值整定原则、判据原理进行了分析。从历次C1不平衡保护误动作的ITDHTS波形可以看出,ITDHTS在超过正、负定值两个方向快速不规则跳变,而单个方向超过定值的连续时间均未达到出口时间800ms,这些都不是直流滤波器C1电容器真正故障时的波形。由于当前版本软件中800ms的保护延时逻辑放在或逻辑之后,ITD/ITS交替满足正、负定值动作判据,因此造成保护的误动作。当前兴安直流Cl不平衡保护暂态段的软件逻辑如图4所示(高肇直流仅定值不同),图中功能块B270、B280分别为正负定值越限判断逻辑,B270、B280输出经或逻辑、延时800ms出口。2.3C1电容器不平衡保护的改进[9-10J根据Cl不平衡保护误动作原因的分析,对目前版本的软件逻辑提出改进:将图4中大于30.3%和小于一30.3%两种判据分别进行800ms延时,可以有效避免扰动情况下快速段保护的误动作。改进后的cl不平衡保护暂态段的软件逻辑如图5所示。为了对修改后的C1不平衡保护逻辑的正确性进行验证,利用南网研究中心仿真实验室的直流滤波器保护系统测试平台进行了历次故障波形回放试验,由于故障波形单个方向超过定值的连续时间均未达到出口时问800ms,能够有效避免Cl不平衡保护的误动作。.108.电力系统保护与控制图4CI不平衡保护暂态段逻辑图Fig.4LogicoftransientstageofC1unbalanceprotection图5改进的C1不平衡保护暂态段逻辑图Fig.5ImprovedlogicoftransientstageofC1unbalanceprotection3C1电容器过负荷保护逻辑的改进3.1高肇直流C1过负荷保护动作情况及原因分析白2005年5月份以来,高肇直流曾多次发生因直流滤波器C1电容器过负荷(49/59DF)保护动作造成单极停运的事件,每次停运的故障现象相同。每次事件发生后,现场人员对直流滤波器电容器进行检查,并未发现异常。从直流滤波器保护内部读取的Trace录波图(如图6所示)可以看出,跳闸前直流线路电压不断地跳变至测量上限值200%,远大于c1电容器过负荷保护反时限特性动作定值,造成保护动作。而通过跳闸时的故障录波来看此时实际系统的直流线路电压并没有发生变化。通过分析,直流线路电压测量系统异常是造成高肇直流滤波器c1电容器过负荷保护误动的原因。2500—2000——1500—-1000——500050010001500f图6直流滤波器保护Trace录波图Fig.6CurveofudLintheTracerecorder程江平,等直流滤波器保护的研究和改进t.109.3.2改进方案及仿真验证为防止由于上述原因造成直流滤波器Cl电容器过负荷保护误动,提出如下修改方案:直流滤波器保护软件判断直流线路电压L出现很高数据(170%)时,认为光纤通道故障,闭锁直流滤波器C1电容器过负荷(49/59DF)保护功能,同时发通道故障告警信号。将170%作为49/59DF保护功能的闭锁值,主要是根据每次测量系统异常后,从直流滤波器保护系统内读取的典型内部录波数据而取的经验值,同时考虑与直流保护系统中直流过电压保护3段相配合。为了验证上述方案的可行性,我们将闭锁C1电容器过负荷保护的定值设为170%,利用现场故障录波数据通过RTDS模拟输出直流电压至直流滤波器保护系统,保护正确闭锁。试验波形如图7所示。此外,我们还分别从RTDS向直流滤波器保护系统施加不同直流电压量,观察保护动作行为,当施加8V(1.6P.u.)直流电压,保护1.8S动作,试验波形如图8所示;当施加8.5V(1.7P.u.)直流电压,保护正确闭锁。试验波形如图9所示。●●●●●●‘●J《:●●l:j.JII_㈣【-’’——‘3500。3050。。2600。21501700。1250800-350100550mS图7电容器过负荷保护故障波形回放Fig.7Faultplaybackcurveofthe49/59DFprotectionms图81.6p.u.直流电压试验波形Fig.8Testcurveswhen=1.6p.u.图91.7p-u_直流电压试验波形Fig・9Testcurveswhen1.7P.u.3.3现场应用兴安直流直流滤波器C1电容器过负荷保护运行版本与高肇直流修改前的版本完全相同,因此同样存在测量系统异常造成C1电容器过负荷保护误动的隐患,因此根据上述方案对高肇、兴安直流直流滤波器C1电容器过负荷(49/59DF)保护软件进行升级,运行至今未发生因测量值不断跳变造成c1电容器过负荷保护动作的情况。4结语本文从国内投运的直流工程运行情况入手,通过分析直流滤波器保护动作的情况和原因,找出目前高肇、兴安直流滤波器保护算法与逻辑存在的问题和不足,提出了改进方案,并予以实施,仿真结果及现场运行情况表明改进方案是有效、可行的。参考文献[1]浙江大学发电教研组直流输电科研组.直流输电[M】.北京:中国电力工业出版社,1985.[2]赵畹君.高压直流输电工程技术[M】.北京:中国电力出版社,2004.[3]文继锋,陈松林,李海英,等.超高压直流系统中的直流滤波器保护[J].电力系统自动化,2004,28(21):69.72.—WENJifeng,CHENSong-lin;lLlHai-ying,eta1.DCfilterprotectioninHVDCsystems[J].Automationof—ElectricPowerSystems,2004,28(21):6972.[4]陈明俊,禹晋云,徐华平.高肇直流高坡换流站极II闭锁原因分析[J】.高电压技术,2006,32(9):168-172.—CHENMing-jkill,YUJinyun,XUHua-ping.AnalysisofthereasonofpoleIItripintheGui-guangHVDCtransmissionsystem[J].HighVoltageEngineering,2006,32(9):168-172.(下转第145页continuedonpage145)李惠军,等电源送出安全稳定控制系统典型方案及装置主辅运设置原则分析.145.(上接第109页continuedfrompage109)[5]Siemens.Guizhou.Guangdong ̄500kVDCtransmissionproject:DCfilterprotectionC/Psoftwaredesignrepot[R].Germany:Siemens,2002.—[6]XJSIMENS.Guizhou-GuangdongIIline ̄500kVDCtransmissionproject:DCfilterprotectionparametersandsettings[S].XJ.SIMENS.2007.[7]朱韬析,王宁宁,郭卫明,等.交流滤波器电容器不平衡保护在南方电网直流输电系统中的应用[J].电力系统保护与控制,2010,38(20):102.105.—ZHUTao-xi,WANGNingning,GUOWei-ming,eta1.TheapplicationofACfilterC1unbalanceprotectioninCSGDCtransmissionsystem[J].PowerSystem—ProtectionandControl,2010,38(2o):1021O5.[8]李慧杰,李啸骢,刘超,等.高压直流输电系统交流侧谐波分析及滤波配置的探讨[J].继电器,2005,33(6):70.72.—LIHui-jie,LIXiaotong,LIUChao,eta1.AnalysisofharmonicsontheACsideofHVDCpowertransimissionsystemanddiscussionofthefilterconfiguration[J].Relay,2005,33(6):70-72.[9]朱韬析.提高南方电网直流保护动作可靠性的建议[Jj.电力系统保护与控制,2010,38(5):64.67.ZHUTao-xi.SuggestionstoimprovethereliabilityofHVDCprotectionincso[J].PowerSystemProtection—andControl,2010,38(5):6467.[1O]幸晋渝,刘念,郝江涛,等.故障电流中衰减直流分量的滤波算法研究[J】.继电器,2005,33(13):10-12.XINGJin-yu,LIUNian,HAOJiang-tao,eta1.ResearchofdecayingDCremovalalgorithmsinfaultcurrent[J].Relay,2005,33(13):10-12.收稿日期:2010-03-10;修回日期:2010-05-29作者简介:程江平(1976一),男,工程师,硕士,主要从事高压直流输电系统运行分析与管理工作E-mail: ̄p7876@sina.com.cn
村长
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档