一種直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)，屬于直流輸電【技術領域】。該線路故障檢測系統(tǒng)包括信號產(chǎn)生及檢測單元、傳輸單元和注入單元，信號產(chǎn)生及檢測單元包括數(shù)字振蕩器、電壓檢測模塊和電流檢測模塊，傳輸單元包括功率放大器、信號電纜和匹配變壓器，注入單元包括LC注入濾波器，LC注入濾波器一端用于與直流輸電中的接地極線路相連，另一端與匹配變壓器的二次側相連，本實用新型通過將高頻諧波信號注入電極線路，檢測注入濾波器的電壓變化，從而間接檢測電極線路的阻抗變化，如果檢測的阻抗變化超出了阻抗死區(qū)范圍，經(jīng)過一定時延阻抗依然異常，則發(fā)送電極線路異常信號，從而檢測出直流輸電接地極線路發(fā)生故障。
【專利說明】一種直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)，屬于直流輸電【技術領域】。
【背景技術】
[0002]直流輸電系統(tǒng)中接地極線路主要作用為:一是鉗制換流站中性點電位，避免兩極對地電壓不平衡損壞設備；二是為直流輸電電流提供通路。接地極故障會直接影響整個直流輸電系統(tǒng)的正常運行。
[0003]按照工程的實際需要，直流輸電主要的接線方式包括:①單極大地回線方式單極金屬回線方式雙極兩端不接地方式；④雙極兩端接地方式雙極一端接地方式。其中單極大地回線和雙極兩端接地方式不僅鉗制換流站中性點電位，而且還為直流電流提供通路。其它三種方式由于只有單點接地或者不接地，所以地中沒有電流，接地極只起鉗制中性點電位的作用。實際運行中直流輸電的運行方式會經(jīng)常發(fā)生變化，在直流輸電建設初期，為了盡早發(fā)揮經(jīng)濟效益，往往是單極先投入運行，這時接地極線路主要起傳輸電流的作用，接地極對地電壓很高。雙極投入運行后，接地極線路流過的是較小的不平衡電流，對地電壓幾乎為零，這時接地極線路主要起鉗制換流站中性點電位的作用。當一極故障退出運行后健全極要繼續(xù)運行，這時通過接地極的電流為健全極線路的傳輸電流。不同的運行工況，接地極上的電流和電壓信號差別很大，在這種情況下通過傳統(tǒng)的方法很難做到對接地極線路上的故障進行有效檢測，配置的高壓直流保護也不能對接地極線路上的故障做出快速有效的動作，必須在直流保護系統(tǒng)外配置可靠的接地極線路故障檢測系統(tǒng)。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提供一種直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)，以解決目前由于不同的運行工況下接地極上的電流和電壓信號差別很大，導致很難對接地極線路上的故障進行有效檢測的問題。
[0005]本實用新型為解決上述技術問題而提供一種直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)，該線路故障檢測系統(tǒng)包括信號產(chǎn)生及檢測單元、傳輸單元和注入單元，信號產(chǎn)生及檢測單元包括數(shù)字振蕩器、電壓檢測模塊和電流檢測模塊，傳輸單元包括功率放大器、信號電纜和匹配變壓器，功率放大器的輸入端與數(shù)字振蕩器的輸出端相連，功率放大器的輸出端通過信號電纜與匹配變壓器的源邊側相連，注入單元包括LC注入濾波器，LC注入濾波器一端用于與直流輸電中的接地極線路相連，另一端與匹配變壓器的二次側相連，電壓檢測模塊和電流檢測模塊與傳輸單元中功率放大器輸出端相連，用于采集經(jīng)信號電纜連接的注入濾波器的電壓和電流。
[0006]所述的信號產(chǎn)生及檢測單元由DSP實現(xiàn)，該信號產(chǎn)生及檢測單元還包括PI控制器，PI控制器的輸入端與電壓檢測模塊和電流檢測模塊的輸出端相連，PI控制器的輸出端與數(shù)字振蕩器的控制端相連。[0007]所述的信號電纜由帶屏蔽材料的雙絞導線構成，且信號電纜的阻抗與功率放大器的阻抗相匹配。
[0008]所述的電極線路兩端還分別串接有一帶阻諧振濾波器，用于阻止電極線路中注入
高頻信號。
[0009]所述與電極端連接的電極線路上串接的帶阻濾波器上并聯(lián)有一電阻，該并聯(lián)電阻用于與電極線路的波阻抗相對應，以防止反射波。
[0010]所述的匹配變壓器為步進可調變比變壓器。
[0011]所述的LC注入濾波器為頻率可調濾波器，LC注入濾波器的頻率與數(shù)字振蕩器輸出信號的頻率一致。
[0012]本實用新型的有益效果是:本實用新型通過將高頻諧波信號注入接地極線路，檢測注入濾波器的電壓變化，從而間接檢測電極線路的阻抗變化，如果檢測的阻抗變化超出了阻抗死區(qū)范圍，經(jīng)過一定時延阻抗依然異常，則發(fā)送電極線路異常信號，從而檢測出直流輸電接地極線路發(fā)生故障。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)的控制連接圖；
[0014]圖2是本實用新型實施例中1000 Ω接地故障不同位置處的復阻抗變化圖；
[0015]圖3是本實用新型中閉環(huán)電流PI控制程序原理圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做進一步的說明。
[0017]如圖1所示，本實用新型的直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)包括信號發(fā)生器、功率放大器、信號電纜、匹配變壓器、注入濾波器和阻抗檢測模塊，信號發(fā)生器與功率放大器的輸入端相連，功率放大器的輸出端通過信號電纜連接到匹配變壓器的一次側，匹配變壓器的二次側通過注入濾波器用于與電極線路相連，阻抗檢測模塊與功率放大器的二次側相連，用于檢測功率放大器二次測的電壓和電流，信號發(fā)生器包括數(shù)字正弦波振蕩器和PI控制器，數(shù)字正弦振蕩器產(chǎn)生注入電極線路的諧波高頻信號，振蕩器功能由DSP板卡實現(xiàn)，正弦波頻率默認設置為13.95kHz，，考慮頻率會受到線路高頻衰減的限制，而且頻率不能和變流器所產(chǎn)生的諧波頻率相同，在現(xiàn)場需要對注入濾波器調頻以達到最佳值，另外，通過閉環(huán)PI控制器控制注入電流保持恒定，電流控制器的上限值由電壓控制，以確保功率放大器的輸出電壓不超過其額定值。
[0018]通過高速DSP板卡產(chǎn)生諧波高頻電流信號注入電極線路，檢測注入濾波器的電壓變化，從而間接檢測電極線路的阻抗變化，如果檢測的阻抗變化超出了阻抗死區(qū)范圍，經(jīng)過一定時延阻抗依然異常，則發(fā)送電極線路異常信號，并進行相應的開關動作。采集經(jīng)信號電纜連接的高頻電流注入濾波器的電壓和電流，然后將調理的電壓和電流信號發(fā)送給DSP板卡，DSP板卡將電壓和電流信號通過數(shù)模轉換送給主機監(jiān)控，并計算任意時刻的線路阻抗值，注入諧波電流濾波器通過功率放大器模塊注入高頻電流，高頻電流控制信號由DSP板卡給定。反饋的電流信號經(jīng)過PI控制部分調節(jié)高頻信號，以保證注入的高頻電流的恒定。
[0019]根據(jù)采樣的電壓和電流值，計算它們的相位和方根值，由這些值計算幅度和相位信息，計算電極線路復阻抗的實部和虛部。電極線路無故障狀態(tài)的復阻抗典型值為:
[0020]Z = (280-j20) Ω
[0021]上面給出的是參考值，若線路發(fā)生故障，線路阻抗會隨之改變，圖2給出了經(jīng)過實際檢測線路不同位置處1000 Ω接地故障的復阻抗變化圖。電極線路每隔一公里處測量一個接地故障線路阻抗，測量的復阻抗標于圖2中，居中的點是參考阻抗，螺旋的外部點是遠離換流站每隔一公里處的故障阻抗。檢測邏輯設置參考阻抗的死區(qū)阻抗區(qū)域，若測量阻抗經(jīng)過一定時間的時延仍處于死區(qū)范圍外，發(fā)出告警信息，告警信息顯示電極線路故障發(fā)生于線路何處，以及線路故障類型。
[0022]電極線路的阻抗也受系統(tǒng)運行模式和導線溫度的影響，對于不同運行模式設置一組預定義的參考阻抗值并進行現(xiàn)場校驗，對于導線溫度的影響，因其與線路故障相比，阻抗變化很慢，為了不誤發(fā)告警信息，參考阻抗以10分鐘的時間常數(shù)跟隨測量阻抗。
[0023]直流輸電的運行方式有雙極運行、大地回線、金屬回線和隔離等運行模式，各種模式下電極線路的阻抗會有所不同，可根據(jù)現(xiàn)場試驗情況設置各個模式下的參考復阻抗值。
[0024]為了提高測量阻抗的精度，可通過對測量阻抗設置偏移值以對阻抗校正。考慮受環(huán)境、溫度等的影響應該對阻抗保護設置一定的死區(qū)，以防止誤動作。此外，對阻抗異常報警時延、跟蹤時間常數(shù)、對由熱效應等因素引起的阻抗緩慢變化的跟隨限制等也要進行參數(shù)設置。
[0025]測量阻抗的計算由主程序完成，由DSP板卡獲得電極線路注入的高頻電流和產(chǎn)生的電壓信號，計算出電極線路的測量阻抗，由此獲得復阻抗值及阻抗的幅值和相位信息。通過與帶有死區(qū)的參考阻抗值比較，若測量阻抗經(jīng)延時后仍在死區(qū)以外，則發(fā)送電極線路故障報警信號，并執(zhí)行相應的保護動作。
[0026]注入的高頻諧波電流應該保持恒定，其可以通過閉環(huán)電流PI控制器控制調節(jié)，PI控制如圖3所示。檢測的電流信號通過PI調節(jié)器跟隨給定的電流值，產(chǎn)生的電流值作為DSP板卡的高頻電流幅值輸入，若調節(jié)后的電流信號過大，經(jīng)延時后仍過大則發(fā)送相應的注入電流過大報警信號。檢測的電壓信號與給定的電壓上限比較，并通過電壓PI調節(jié)器，將調節(jié)后的信號作為電流PI控制器的上限，以防止諧波電壓過高。電流調節(jié)器的積分值作為電壓調節(jié)器的上限，以防止電壓過低，若電壓過低則減小諧波電流的幅值。
【權利要求】
1.一種直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)，其特征在于:該線路故障檢測系統(tǒng)包括信號產(chǎn)生及檢測單元、傳輸單元和注入單元，信號產(chǎn)生及檢測單元包括數(shù)字振蕩器、電壓檢測模塊和電流檢測模塊，傳輸單元包括功率放大器、信號電纜和匹配變壓器，功率放大器的輸入端與數(shù)字振蕩器的輸出端相連，功率放大器的輸出端通過信號電纜與匹配變壓器的源邊側相連，注入單元包括LC注入濾波器，LC注入濾波器一端用于與直流輸電中的接地極線路相連，另一端與匹配變壓器的二次側相連，電壓檢測模塊和電流檢測模塊與傳輸單元中功率放大器輸出端相連，用于采集經(jīng)信號電纜連接的注入濾波器的電壓和電流。
2.根據(jù)權利要求1所述的直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的信號產(chǎn)生及檢測單元由DSP實現(xiàn)，該信號產(chǎn)生及檢測單元還包括PI控制器，PI控制器的輸入端與電壓檢測模塊和電流檢測模塊的輸出端相連，PI控制器的輸出端與數(shù)字振蕩器的控制端相連。
3.根據(jù)權利要求2所述的直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的信號電纜由帶屏蔽材料的雙絞導線構成，且信號電纜的阻抗與功率放大器的阻抗相匹配。
4.根據(jù)權利要求2所述的直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的電極線路兩端還分別串接有一帶阻諧振濾波器，用于阻止電極線路中注入高頻信號。
5.根據(jù)權利要求4所述的直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述與電極端連接的電極線路上串接的帶阻濾波器上并聯(lián)有一電阻，該并聯(lián)電阻用于與電極線路的波阻抗相對應，以防止反射波。
6.根據(jù)權利要求2所述的直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的匹配變壓器為步進可調變比變壓器。
7.根據(jù)權利要求2所述的直流輸電接地極線路故障檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的LC注入濾波器為頻率可調濾波器，LC注入濾波器的頻率與數(shù)字振蕩器輸出信號的頻率一致。
【文檔編號】G01R31/08GK203688720SQ201320353620
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年6月19日 優(yōu)先權日:2013年6月19日
【發(fā)明者】黃利軍, 饒國輝, 張敬安, 馬儀成, 張子彪 申請人:國家電網(wǎng)公司, 許繼集團有限公司, 許繼電氣股份有限公司